基于BIM技术的钢筋砼工程算量研究与应用

吴帆 陈斌

1.咸宁市城发市政工程有限公司 湖北 咸宁 437000

2.咸宁市宁安建筑工程有限公司 湖北 咸宁 437000

BIM(building information modeling，建筑信息模型)技术以三维数字技术为基础，以模型数据库为核心，为项目建设的各个专业提供了协同作业的信息交流平台[1]。BIM技术的协同设计、一体化施工建造和智能化维护管理，使业主、施工单位和运营方能够无缝对接，实现对建造全生命周期的管理[2]，必将带来建筑行业新的巨大变革。本文鉴于BIM技术在钢筋砼结构工程算量的不足，尤其是钢筋工程的建模繁琐的问题，通过对BIM建模核心软件Revit的深入研究，结合工程实际需要，对其进行二次研发 ，开发出快速建模软件，实现了在Revit自动生成钢筋混凝土结构完整模型，并通过工程实例对该软件在钢筋砼工程中算量的准确性进行了验证。

1 BIM技术的发展现状

自20世纪90年代BIM技术在欧美国家兴起开始，经过近二十年的发展，BIM技术取得了突飞猛进的发展，并在西方发达国家已经广泛应用于工程建设中[3]。BIM技术在我国的应用起步较晚，在建设行业中发展缓慢[4]。《中国BIM应用价值研究报告》（2020）中的数据显示，接近半数（46%）的设计企业目前应用率低（在不到15%的项目中应用BIM），而施工企业中的这一比例不到三分之一（31%），BIM技术的应用率比较低。随着建筑工业化和信息化程度的不断提高，BIM技术在工程建设中的优势也越加明显,BIM技术的应用给工程建设带来的显著的经济效益、社会效益和环境效益越来越受到政府和业界相关人士的重视和关注。近年来，住建部和各地政府不断推出BIM新政，促进BIM技术在建筑行业内的推广和应用。“十二五”规划的公布和实施，使得BIM技术开始迅猛发展。住建部发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，更为BIM技术在工程量精确计算及造价、投资控制等方面的应用指明方向。经过近些年的不断发展,BIM技术开始广泛应用于工程实践。“上海中心”、天津团泊湖网球中心、兰州国际商贸中心等都是BIM技术的典型应用。而BIM技术在工程量计算及工程成本控制的应用与研究也逐渐受到业界人士和学者的广泛关注。如黄华[5]从信息技术在工程建设领域中的应用这个角度来分析，指出了在设计阶段传统造价控制方式存在的问题，并从技术角度进一步分析了产生这些问题的原因，提出了基于 BIM的造价管理模式在设计阶段从技术上有效地控制造价的新方式，并进一步探讨了这种模式的具体实现方案；曹祥军[6]从工程量软件算量的实际应用出发,结合 BIM技术在工程造价软件中的应用，引进 BIM的三维理念和技术手段,结合实际工程的运用，探索了 BIM技术在全生命造价周期中的应用；林韩涵等[7]选择基于Revit软件的ODBC开发方法，通过分析并改进Revit软件中工程量计算规则，建立了构件属性与插件的数据映射，开发了附加在Revit2013上的算量插件，能够输出符合清单规则的构件工程量，论证了BIM设计软件输出清单量的可行性，有利于设计与造价BIM信息的对接和互用等。综合学者们的研究可知，虽然针对BIM技术在工程量计算和造价控制方面的应用与研究日益深入，但是大部分研究还集中在宏观的管理模式和流程控制上，缺乏精细化和具体化造价控制的技术。特别是针对钢筋混凝土结构的快速精细化建模算量相关技术和实现路径的研究还十分缺乏，需要进一步研究。

2 BIM在工程算量中的优势

建筑工程量计算是工程成本计算的基础，而工程量的计算却十分繁杂。传统基于CAD的工程量计算，需要完整的施工图纸，然后借助于基于CAD的商业算量软件，创建算量模型计算工程量，过程十分繁琐。而BIM技术的三维数字建模的发展使得工程量计算工作更加方便快捷。相对于国内现有的三维算量软件，BIM技术在工程算量的应用主要有如下优势：

（1）信息集成共享。BIM技术是在传统二维CAD技术基础上发展起来的一种多维模型信息集成技术。应用BIM技术建立的模型，能够包含建筑结构水暖电等各专业的信息，并且能够很方便的及时互享和沟通。而算量软件的三维模型是孤立的，缺乏专业间的互动。

（2）建模迅速精准。基于对二维CAD的导入技术，三维可视化BIM软件建模迅速，模型信息可同时在平面和三维状态下编辑，而且还能够检查各专业之间的碰撞，排错查漏。

（3）算量准确，工作量减少。BIM技术不但可以计算项目整体工程量，而且还能计算分项工程量，方便进行多算对比，可以有效监控成本。若 BIM 模型包含时间属性，利用BIM 模型的参数化特点，按照所需条件筛选工程信息，计算机即可自动完成工程量的条件统计并形成报表。应用BIM技术，建模同时即可以获得工程量信息，无需造价人员再建模算量，因而在提高算量准确的基础上，还能大量减少工作量。

（4）BIM模型和工程量具有统一性。BIM模型一旦确定，设计人员、施工单位、业主或者咨询公司得到的工程量都将是一样的。工程蓝图上的工程量在理论上是个定量，但是由于不同造价人员对图纸的理解深度不同，会得到不同工程量，而BIM技术的运用将破解这一历史难题。

（5）实现全寿命周期工程算量。通过BIM技术建立建筑三维模型形成庞大的数据库在将会始终贯穿于建筑全寿命周期，可以实现在项目建设的全寿命周期对建设成本进行实时控制。

3 BIM在钢筋砼工程算量中的难点

目前，BIM技术在钢结构的建模分析，尤其是节点的分析，已经取得了可观的成效，但是在钢筋混凝土结构工程中的应用却局限于建筑建模阶段。钢筋混凝土结构中由于混凝土构件扣减关系复杂，尤其是钢筋建模需要在构件内部操作，造成BIM建模算量工作繁重，困难较大。在钢筋混凝土结构中应用BIM建模计算工程量，主要有以下难点：

（1）工程量大。对于复杂结构，图纸往往内容繁多、图纸量大，采用BIM软件通过导入CAD图纸进行手动建模，往往需要耗费较大精力。

（2）钢筋建模繁琐。BIM技术尚不能提供按中国建筑施工平法图集要求布置钢筋的快速方式，如在钢筋搭接和锚固处建立模型繁琐，并且容易出错、漏算，导致钢筋算量不准确。

（3）混凝土建模规则不同。采用BIM技术建立混凝土模型时，梁、板、柱和墙等构件的连接处扣减关系复杂，需要准确考虑构件接连接关系，否则容易造成漏算或多算。

（4）不能提供异形构件。Revit中并不能提供异性构件，这需要工程师自己创建，间接增大了工作量。

4 基于BIM技术的二次开发

BIM软件可以根据设计模型，直接建模算量，并且可以依据设计变化而变化，实时动态反应工程量情况，建模算量方便快捷。但是目前市面上BIM建模的核心软件Revit尚不够成熟，难以处理混凝土结构构件之间复杂的扣减关系,因此为满足工程算量实际需要，十分有必要对BIM软件进行二次开发。

为实现BIM在钢筋混土结构建模算量的高效性和准确性，基于Revit平台对该软件进一步进行开发，采用C#编程工具，针对结构计算软件YJK的数据库开发出混凝土结构快速配筋建模软件，能够根据YJK模型或CAD图纸，自动翻模快速生成Revit模型，自动生成与结构设计一致的Revit模型。自动建模软件在Revit三维模型上根据配筋信息随时生成梁、柱、楼板及剪力墙的三维实体钢筋钢筋，而且充分考虑钢筋搭接、锚固和混凝土构件扣减等关系，从而可以快速得到准确的钢筋和混凝土工程量。软件架构和建模算量流程如图1。

图1 架构图

5 BIM技术二次开发工程应用

某高层剪力墙结构处于抗震设防烈度为8度（0.3g）区，地下2层，地上18层，房屋高度52.5m，建筑面积5540m2。如图2所示。上部结构采用钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。根据设计研究院提供的YJK（营建科）模型结构设计模型，采用基于二次开发的快速建模软件将其导入Revit中，生成BIM模型(如图3所示)，并通过读取钢筋信息，在REVIT中生成三维实体钢筋。限于篇幅，仅展示梁板自动建模情况如图4、图5所示；结构混凝土和钢筋模型建立完成后通过Revit明细表统计查看工程量。工程量统计分析见表1~表2。

表1 钢筋工程量对比分析（单位kg）

表2 混凝土工程量对比分析（单位:m3）

图2 某高层剪力墙结构效果图

图3 建模软件生成BIM模型

图4 自动建模软件梁构件钢筋模型

图5 自动建模软件板构件钢筋模型

经上述分析可知：基于BIM技术二次开发的自动建模结构算量软件，高度自动化，建模算量方便快捷，混凝土工程量和钢筋工程量计算的误差率控制在0.3%以内，准确可靠。

6 结论与展望

本文基于BIM技术的二次开发，实现对钢筋混凝土结构模型快速准确地自动生成，解决了钢筋混凝土结构在Revit中建模的难点，并对实际工程进行了算量分析和验证，为未来类似工程算量、造价分析和投资决策提供了一种有效途径。BIM技术在工程算量和造价分析中的不断应用和推广，将会极大地提高生产效率、节约成本，降低投资风险，提升工程价值。