BIM技术在城市轨道交通机电安装工程计量中的应用研究

张育雨，王进

（1.中铁南方投资集团有限公司；2.深圳大学中澳BIM与智慧建造联合研究中心）

1 引言

随着城市化进程的快速推进，城市轨道交通项目投资大、建设周期长、利益相关者众多的特点对项目造价管理提出了更高的要求。对城市轨道交通项目而言，工程量计算是设计及施工阶段成本控制的前提和基础，对各项目利益相关者至为重要。基于BIM的工程算量技术在房建项目中已取得巨大进展，然而BIM技术在城市轨道交通计量中的应用研究却屈指可数，特别是在机电安装算量方面。如何将BIM技术应用于城市轨道交通工程项目的机电安装计量工作，打通设计阶段到计量计价阶段的信息共享路径，充分发挥BIM数据共享的优势，实现一模多用和数据的交互共享显得尤为重要。

目前，大量学者在BIM工程计量方面开展了研究。针对BIM 计量和现有清单计量规则差异问题，张鹏等通过理论分析和多案例验证，提出了将现行工程量清单计价规范的计量规则由强制条文改为任意性条文的解决方案[1]。针对自动化算量问题，刘刚等通过分析我国电力行业工程计量的现状和存在的问题，提出了基于BIM和BSL算量软件的电力基础设施项目工程量自动化计量的方法[2]。针对数据交互共享问题，王进等基于文献分析和半结构访谈，通过ISMMICMAC模型得到了业主驱动模式下影响BIM数据共享的表层障碍因素、中层障碍因素和深层障碍因素，研究结果表明：标准规范不完善、法律责任不明、产权不清以及项目全生命周期模型轻量化难以实现是目前业主驱动模式下BIM数据共享亟待解决的关键问题[3]。

尽管已有大量学者对BIM计量技术进行了研究，但目前BIM技术在工程计量中的应用研究主要集中在土建工程，关于机电安装算量的研究止步于理论研究和探索阶段，未能通过有效的手段，打通设计阶段到计量计价阶段的数据共享通路，对于城市轨道的BIM机电安装算量应用研究更是少见。而机电安装工程计量计价是反映拟建项目经济效益的一项重要经济指标，是机电安装工程全过程造价控制的基础与前提[4]。因此，本研究基于城市轨道交通工程清单和定额计量规范，利用Revit平台API、SDK接口，建立了一套将BIM设计模型转换为计量模型的构件映射规则，并以此开发了三维算量for Revit插件，实现了城市轨道交通安装工程的智能化算量，打通了设计阶段到计量计价阶段的信息共享通路。

2 城市轨道交通算量软件的必要性

城市轨道交通机电安装算量包括众多子系统，本研究主要聚焦排水及消防系统、通风空调系统、动力照明系统三个模块。地铁工程浩大，且机电工程量计算存在几何关系重叠、建模条件要求高、工程量提取处理比较复杂等问题，因此，如何提升其机电算量的精准性成了轨道交通算量的关键。

BIM技术逐渐成熟的运用为机电安装算量工作的精确性提供了强有力的支持和保障，但目前BIM计量技术的运用大多集中在房建工程的土建项目，对于机电安装的运用更多的倾向于管线碰撞优化[5]，没有对计量计价工作进行更加深入的研究，其精确性有较大的提升空间。并且城市轨道交通项目相对房建项目来讲，涉及的专业系统更多、施工工法更复杂、体量更大、利益相关者更多，计量计价规则也有较大差异，现有计量软件很难满足城市轨道交通安装工程计量需求。在城市轨道交通项目中，主流的计量方式有两种：基于CAD图纸和Excel表格的手工计量方式，基于斯维尔、广联达等三维算量软件的计量方式。目前城市轨道交通机电安装算量还存在计量结果精确性较低、数据可复制性较差、数据可共享程度较低等问题。

基于此，充分挖掘BIM技术在工程计量的优势，借鉴房建项目中BIM算量的成功经验，研发基于BIM技术的城市轨道交通安装工程计量软件，打通设计阶段到计量计价阶段的数据共享通路，对实现城市轨道交通安装工程计量的自动化、精确化、快速化具有重大的指导意义。

3 计量软件开发

Revit是我国建筑业BIM体系中使用较为广泛的软件，能够提供丰富的模型数据和参数，基于Revit平台进行城市轨道交通安装算量插件开发具有较大的落地价值[6]。该算量插件主要基于Revit 2016平台，利用C#语言在.NET Framework 4.5开发环境下完成，具有工程设置、模型映射、做法套用、计算分析、报表输出等功能，已开发完成的软件功能界面如图1所示、软件运行原理如图2所示。本文在前期团队研究成果的基础上[7]，进一步开发了机电安装算量功能，主要区别在于信息提取算法的改进和信息提取功能的完善。

4 案例分析

4.1 工程概况

本研究所选取的研究对象为深圳某地铁车站安装工程，本站为地下两层11m宽岛式站台车站，车站总面积14941.2㎡，机电安装工程范围主要包括：排水及消防系统、通风空调系统、动力照明系统等部分。

图1 已开发完成的软件功能界面

图2 三维算量for Revit插件工作原理

图3 Revit设计

图4 三维算量for Revit插件算量流程

4.2 工程算量软件应用

本研究以地铁车站的机电安装工程专业为例，进行智能化算量和模型映射的阐述，车站的机电设计模型如图3所示，其他专业的计算方法在原理上相同。

①在Revit平台中导入BIM模型，利用Revit算量插件通过API接口和SDK数据库自动识别读取工程信息。

②通过设置工程的基本信息、软件映射规则、计量扣减规则等，按照构件映射规则，将算量模型转换为计量模型。

③通过自动套取清单和汇总计算，完成对工程量的计算和统计，并导出报表，具体计算流程如图4所示。

4.3 软件准确性检验

本案例基于Revit平台，利用三维算量for Revit插件，通过构件映射规则，成功实现了设计模型到算量模型的转换，提高了模型的利用率和信息共享程度。为检测模型转换的完整性和准确性，根据所转换构件的名称和工程量选取代表性较强的构件进行转换率分析，如表1所示。转换结果表明，在插件映射规则下，设计模型构件能够完全转换为计量模型构件，转换率为100%。

为了检验三维算量for Revit插件计量的准确性，通过对比研究法来分析施工图工程量、计量软件（本文采用斯维尔三维算量软件）工程量、for Revit插件工程量的计量差异，车站排水及消防系统的材料工程量对比分析结果见表2，车站通风空调系统的材料工程量对比分析结果见表3，车站动力照明系统材料工程量对比分析结果见表4。

表1、表2、表3、表4的分析结果表明：三维算量for Revit插件能够准确计算出车站排水及消防系统、通风空调系统、动力照明系统的主要工程量，与施工图和计量计价软件的误差控制在2%以内，有效验证了算量插件的准确性。同时数据也表明，长度计量结果的精确性要高于面积计量结果。

表1 部分模型构件转换率

4.4 误差因素分析

在三维算量过程中，城市轨道交通机电安装工程因几何关系重叠、材料种类型号繁杂，对建模条件要求较高，故在计算的过程中存在一定的误差。通过本研究所建立的构件映射规则和开发的三维算量for Revit插件，实现了城市轨道交通机电安装工程的智能化算量，提升了计量的准确性和效率，主要误差原因分析如下。

表2 车站排水及消防系统的材料工程量对比

表3 车站通风空调系统的材料工程量对比

表4 车站动力照明系统材料工程量对比表

1）软件内部计量规则的差异

计量软件的计算主要依据现行计价规范，所计算的工程量包含了管件、连接件、设备等所占用的长度；基于Revit所开发的三维算量for Revit插件，虽然已将现行清单和定额计量规则内嵌，但在运算过程中，还是不可避免出现部分工程量自动扣减管件、连接件所占长度，在一定程度上影响了计量结果的准确性。

2）建模精细化程度欠缺

城市轨道交通机电安装工程三维计量对模型的精度要求较高，设计模型的精度一般达不到计量要求，直接运用设计模型进行计量，会存在错漏的情况，影响工程计量的准确性。

3）建模人员专业水平不一

计量软件和三维算量for Revit插件所用的三维模型，都是建模人员依据施工图纸翻模得到的，每个建模人员对图纸的熟悉程度、对计量计价规范的掌握程度、对软件的熟练程度以及建模习惯都会影响到工程计量的准确性。

5 结语

本研究针对城市轨道交通机电安装工程计量存在计量结果精确性较低、计量数据可复制性较差、数据可共享程度较低等问题，基于Revit平台API和SDK接口，将清单、定额计量计价规范内置于插件中，构建了从设计模型到计量模型的映射规则，并以此开发了三维算量for Revit插件，旨在提高城市轨道交通机电安装计量的准确性和信息共享程度，实现智能化算量。最后，以深圳某地铁车站作为案例，从排水及消防系统、通风空调系统、动力照明系统三个模块验证了三维算量for Revit插件计量的准确性，并深入分析了误差原因。然而，城市轨道交通工程需要计量的部分还有很多，本研究只是聚焦于车站工程，为城市轨道交通机电安装工程计量提供了一种解决思路，在后续的研究中将继续深化和完善研究成果，以便能够提供更加全面和科学的参考。