基于BIM 4D技术的建筑工程计划成本提取系统设计与应用

牛立军 赵仪 周锦安

(华北水利水电大学水利学院，河南 郑州 450046)

0 引言

当前，随着科学技术和工程技术的发展，人们对建筑物的功能和质量要求越来越高，施工管理难度随之增加。随着建筑行业信息化水平的提升，BIM 4D技术应运而生。BIM 4D技术不仅包括传统的进度计划管理，而且集成了建筑工程造价成本等信息。一方面，有助于实现科学合理的施工管理，提升项目管理水平；另一方面，能够节约项目成本、提高项目利润。但是，在实际操作中仍存在较多问题。例如，从BIM模型中自动读取所需参数信息较为困难，需要技术人员通过工程进行计量、套取定额、汇总等步骤手动输入，工作量巨大且存在一定误差。为了解决这一问题，本文设计了基于BIM 4D技术的建筑工程计划成本信息参数自动提取系统，可为其他项目的计划成本管理提供参考。

1 建模前期准备

1.1 建筑工程构件分解

BIM模型在软件中通常以族的集合形式展现。建筑工程主要包括土建和设备两大部分。其中，土建部分是指建筑和结构两个专业，设备部分通常包括给排水、采暖通风与空调、电气等专业。因此，建筑工程图样也代表着各个构件的集合，以构件的形式对建筑工程项目进行划分，同时在BIM软件中以族的形式体现，即通过分解建筑构件的方法与BIM模型建立联系。建筑工程构件分解如图1所示。

图1 建筑工程构件分解

1.2 工作计划任务分解

为了实现模型的参数化和后续的工作区分，首先需要进行工作任务分解。分解对象是实现项目的最终结果所需要的工作。通过依次分解，形成更详细的层级，并对大小不同的项目单元进行编码。在实际的建筑工程中，通常以施工层为节点，将钢筋工程、混凝土工程、木工工程等层级从下向上分解，通过一系列交叉工程，实现各工程节点的目标。BIM技术的最终目的是指导实际施工，因此，将钢筋工程、混凝土工程、木工工程等作为任务分解目标更加有利于后续工作的开展。建筑工程工作任务分解如图2所示。

图2 建筑工程工作任务分解

1.3 成本参数分析

在BIM构件族的设计阶段，为了能够从不同的建筑构件上成功提取成本信息，依据建筑工程定额标准和清单工程量计算规则，详细分析各个构件所需的信息，为BIM模型添加相关的材料种类、性质、尺寸、施工工艺等参数。

2 设计基于BIM 4D技术的计划成本自动化提取系统

2.1 成本参数自动化提取系统架构

当前，建筑行业常用的4D计划软件包括Fuzor、Ynchro、Navisworks、Lumion等。相较于其他软件，Fuzor的功能性更强，能够对建筑物进行4D计划的施工模拟，展示人、料、机等资源的消耗等。此外，Fuzor还可以添加二次开发的插件。为了实现基于BIM 4D技术的建筑工程计划成本自动化提取，对Revit进行二次开发成为必要条件。该系统采用Visual Studio 2012开发工具、Office 2013办公软件、NET Frameweork 4.5.2开发环境、Fuzor 2018 4D项目软件。通过对设计图样和技术文件的分析，构建将建筑工程作业任务及部件分解而参数化的BIM模型，通过提取Revit二次开发的检索模型参数将必要的工程信息自动导入Excel，计算得出建筑工程的人、料、机等成本信息。建筑工程成本自动化提取系统如图3所示。

图3 建筑工程成本自动化提取系统架构

2.2 BIM模型构建

以某商业楼项目为例。该项目为地上4层，采用独立基础形式和框架结构，主要包括墙、柱、梁、板、楼梯等构件。根据项目图样、施工技术、项目工期的具体要求，建立该项目Revit模型，如图4所示。

图4 某商业楼项目Revit模型

2.3 BIM模型参数化

在BIM软件中，建筑模型往往由大量构件族组合而成。这些构件族的作用各不相同，若不能将参数附加在构件模型上，那么信息提取将难以符合系统的设计要求。基于工作任务的分解，在Revit软件中分别设置项目的全局参数、各个构件属性模块的标记和注释等，进行模型参数化设计，将具体构件对应的施工顺序、施工部位等进行描述。基于该模型，能够自动提取所需信息，并通过参数化的三维模型对项目进行全面管控。模型参数化示意图如图5所示。

图5 模型参数化示意图(截图)

2.4 BIM模型参数信息的提取

为了在IE Visual Stdio平台上进行Revit的二次开发，首先，调用Revit API.dll和Revit API.dll的程序组；其次，通过Add-In Manager将用户开发的插件加载至Revit平台，以提取构件的材质、体积、密度等主要计量信息以及用户对构件本身的标识和注释等；最后，根据Revit外部命令，将必要的工程部位、材料的特征、工程量、施工任务等信息直接输入Excel表格。

2.5 基于Excel的数据存储及计算

该系统采用的Excel的主要功能包括：①对成本计算所需的定额、单价分析表等信息建库并进行存储；②基于Excel的强大计算能力，建立程序的计算规则；③将BIM模型中的参数信息按要求提取至Excel表格进行程式化计算。

3 构建基于BIM 4D技术的计划成本参数自动化提取系统

3.1 成本参数自动化提取系统

该系统采用C#语言开发，利用Visual Studio 2012软件的Windows form窗体扩展UI界面。UI界面主要包括将模型中的混凝土、钢筋、砌筑等工程导入Excel表格等功能，能够将符合要求的工程部位、材料特征、工程量、施工任务等参数信息统计至自动打开的Excel表格，由其进行数据处理，提取的数据可由开发人员进行验证和核算。成本自动化提取系统界面如图6所示，自动提取的工程量数据示意图如图7所示。

图6 成本自动化提取系统界面(截图)

图7 自动提取的工程量数据示意图(截图)

3.2 成本核算

在系统自动提取模型工程量后，按照相应的清单计价规则，套取相应的定额形成清单工程量。同时，按照该工程对成本核算的要求，对各个单项工程的人、材、机、管、利进行单价分析，再通过清单工程量及单价信息进行计算，得到该4D计划所需的各个单项工程的人、料、机、管、利等成本信息。

本文将《工程量清单项目计量规范》(2013版)、《河南省房屋建筑装饰工程预算定额》(2016版)作为工程量清单定额的编制依据，按照工程部位与结构的划分及计价的要求分别设置独立基础C30(基础层)、基础梁C30(基础层)、矩形柱C30(一层)等单项工程，并对其进行单价分析，最后对项目的混凝土工程成本进行核算。综合单价分析表如图8所示，成本信息汇总表如图9所示。

图8 综合单价分析表(截图)

图9 成本信息汇总表(截图)

3.3 成本信息导入

将各单项工程的人、材、机等成本数据与项目计划相结合，形成符合要求的数据文本，通过CSV格式导入Fuzor软件，实现对建筑工程计划成本信息的自动化提取。

4 结语

本文以某商业楼项目混凝土工程为例，通过建立三维模型、模型参数化、获取模型参数、自动计算成本信息等步骤生成Fuzor所识别的计划文件，实现了基于BIM 4D技术的建筑工程计划成本的自动化提取。主要研究结论如下：

(1)针对建筑工程计划成本参数提取不便的问题，利用C#语言对Revit进行二次开发，参照建筑工程成本计算规则，建立建筑工程单价分析表，实现了计划成本参数的自动化提取，提高了成本管理效率。

(2)该系统采用Excel表格进行数据处理和计算，适用性较强。提取的工程信息还可以应用于项目的成本计算、现场成本管理等方面。

(3)通过构建基于BIM 4D技术的建筑工程计划成本参数自动提取系统，可为BIM 4D技术的进一步发展提供参考。