刘丹 滕彦 钱锋 王志敏 白青壮
摘要：为提高造价专业工作效率与质量，促进企业数字化转型，以上海勘测设计研究院有限公司为例，介绍了其基于BIM的水电工程算量平台开发过程。基于该公司原生三维设计平台进行二次开发，内置工程量清单算量计价规范及全国各地现行定额计算规则，开发了工程量清单编制、三维模型自动套用清单定额、快速算量、智能出具清单报表、报表校审流程等功能，使算量数据与设计数据实现联动，快速完成工程计量。工程实例应用表明：基于BIM的算量平台可快速形成工程量清单，计算的工程量与传统算法之间的偏差在合理范围内。该平台推动了造价工作进入新的发展阶段，积极助力设计部门实现数字化转型。
关键词：BIM；
工程量计算；
二次开发；
水电工程；
算量平台
中图法分类号：
TV61；
TP315
文献标志码：
A
DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.054
0引 言
目前，中国各行业信息化发展日新月异，其中三维可视化设计作为一种新型的设计理念，以其直观性、立体化和智能化，越来越多地应用到工程设计的各个领域［1］。为了在工程设计竞争中取得领先地位，各设计单位越来越重视三维可视化协同系统研发及推广应用。但目前应用三维协同设计中的专业大多是传统的设计专业，如水工、地质、施工和机电等，造价专业在三维中的应用十分有限。现在国内已有广联达、鲁班等软件公司针对BIM工程算量开发了插件［2］，但在应用上均有工程量清单体系不明确、算量主体依旧在传统算量平台上等问题。为此，充分挖掘三维协同设计系统的功能，让设计链上的各专业都能够参与到三维协同设计中来，搭建基于BIM的算量平台，真正实现三维设计的全协同，从整体上缩短设计周期，提高设计效率是值得研究的课题。
1工程量计算现状
工程量计算是工程成本计算的基础，传统的工程量计算方法是人工读取各专业设计图纸，一旦发生变更需修改全套图纸，根据工程量计算规则手工计算工程量，这种传统的计算方式因为有很多重复低效的图纸绘制工作，容易出现漏算、误算或重复计算［3］。为了提高计算效率，市场上相继出现了一些工程量计算软件替代手工算量，这类软件的实现思路主要有两种：一是识别二维CAD图纸，软件提供一些快速翻模工具，将二维图纸快速生成简单的三维模型，并附加上计算规则；
二是支持三维模型通过中间格式直接导入，导入后附加计算规则［4］。在二维设计时代，这类算量工具基本上满足了工程量计算的需要，提高了造价人员的效率，但对于三维设计来说，如果无法直接利用三维设计成果，三维协同设计的优势难以发挥。原因主要有：① 需对照图纸翻模，且每次发生变更都需再次建模，费时费力［5］。② 即便可以通过中间格式导入三维模型，由于算量软件的底层架构不支持三维模型，导入后会出现丢失模型部分属性的现象，需要人工处理，一旦模型发生变更，就需要重新导入模型，再次进行人工处理［4］。因此，本文将介绍如何基于三维设计模型进行工程量计算，简要介绍系统的设计思路和工作流程。
2BIM应用的限制
目前应用BIM的专业大多是传统的设计专业，如水工、地质、施工和机电等，但在造价专业的应用十分有限［6］。
从行业规范要求来说，各专业提供的工程量清单因人而异，随意性较大，项目名称不规范、不统一，项目特征不完整、不规范，达不到规范要求［7］，为此，借助三维设计系统的推广实施，制定一套标准化的工程量清单体系，是满足行业规范要求势在必行的一项举措。
从设计单位的专业需求来说，以笔者所在单位上海勘测设计研究院有限公司为例，其各部门及专业对于工程量清单标准化均具有迫切的需求，需要各设计专业快速提供标准化的工程量清单，以便造价专业计算投资，快速准确做出项目决策［8］。水工、施工、机电等专业需要一个规范化、标准化的工程量清单，以减少设计人员编制的随意性，提高设计、校核以及审查的工作效率。对于造价专业而言，工程量清单是计算工程投资的基础，清单的质量制约着投资估算的质量，标准化的工程量清单可以减少造价人员与设计人员的沟通成本，提高工作效率，并且可以提高投资估算编制质量，为各方面决策提供更科学、更准确的信息［9］。为此，标准化的工程量清单是各设计单位业务发展迫切的内在需求。
从长远来看，工程量清单的标准化，是实现项目限额设计、项目管理信息化、投资决策辅助系统应用的必要条件［10］。
3统一工程量清单
3.1工作目标
工程量清单的编制是整个工程项目造价的基础工作。鉴于目前缺乏统一的工程量清单规范现状，参考清单算量计价规范，编制适合三维设计环境的工程量清单规范，并内置入基于BIM的算量软件中，在招标、施工详图设计等阶段的三维设计中能够实现工程量清单编制的功能，将极大提高造价工作的质量和效率。
3.2工程量清单标准化与智能化编制
通过梳理水电工程在三维协同设计系统中作图的工作流程，分析其数据库结构，结合国家能源局颁布的《水电工程设计工程量计算规定》的要求，在三维协同设计系统中植入能够自动抓取工程量特征的模块，对于不能自动抓取特征值的工程量，将工程量计算中的常用公式和经验做法融入系统中，让工程量计算过程透明化、可视化、形象化，使得工程量计算结果科学化、客观化。利用三维协同设计系统的强大功能，研究水电工程设计流程再造，让设计人员在绘制图纸过程中通过设置构建属性或选择参数等简单的操作，即可在绘图完成的同时形成标准化、规范化的工程量清单［11］。
3.3应用软件开发
根据三维协同设计系统运行分析结果以及水电工程工程量计算的特点，以水电工程可行性研究阶段为典型代表，开发能够实现工程量清单标准化与智能化编制的应用软件。软件分4个子模块：① 自动计算工程量模块；
② 人工干预计算工程量模块；
③ 标准化工程量清单生成模块；
④ 与造价系统接口。
4基于BIM的算量平台搭建
4.1平台主要内容
引入Bentley旗下Open Buildings Designer三维设计软件，开发水电工程的BIM算量平台，主要功能包括：① 编辑和配置水电板块清单库，进行工程量清单编制；
② 算量，基于BIM模型自动完成工程量统计，将数据填入工程量清单中［12］；
③ 项目管理流程，通过配置基础项目数据，完成工程量报表设校审流程［13］。
为满足以上要求，基于BIM的算量平台实施系统基础配置流程和项目管理流程两大基本流程的开发。系统基础配置流程是实例项目管理流程的先导流程，创建项目实例需要先配置好系统字典和建立工程量清单项目基库以及专业分组基库数据，业务流程及其关系如图1所示。
依托Bentley三维软件进行二次开发，系统架构如图2所示。
4.2平台主要功能模块
平台功能主要包括系统管理、项目实例管理，报表管理、权限管理4个功能模块，如图3所示。
4.2.1系统管理模块
模块主要设立工程项目和工程量清单项目两类关系树以完成层级关系搭建。其中工程项目分部分项关系树是一个多级树状结构，项目按专业进行分类，最小项目分项是一个包含一个或多个对应工程量清单项目的子工程，子工程内容又依据工程量清单项目关系树确定其包含的特征值项内容。工程量清单项目关系树是一个两级树状结构关系树，叶子节点包含工程特征值项内容。
4.2.2项目实例管理
此模块分为实例项目维护及工程量计量两个部分。前者是主要业务流程，主要包含创建项目信息和配置项目人员权限信息两个部分；
工程量计量分为自动计量、公式计量和手工计量3种。系统主要依据PW系统三维模型实现工程量清单编制工作，对于一些跨专业的工程量清单，可以依托三维协同设计平台参考其他专业图纸进行工程量清单编制。同时，在没有绘制三维模型的情况下，系统也可以直接编制工程量清单，手工输入工程量信息。
4.2.3报表管理模块
报表管理模块主要包括报表生成和报表导出两个部分。报表生成是在实例项目构建及录入完成之后，造价管理员根据需要对该项目原始清单进行合并项整理，生成同一项目的清单合并列表的管理过程。
系统要求与造价系统数据对接，使造价系统中的价格信息能作为一个辅助属性在对三维构件赋予属性时赋予，帮助设计人员对工程造价进行评估，及时优化方案。系统采取使用数据文件共享方式与造价系统进行数据交互，文件格式符合造价系统清单输入要求。
4.2.4权限管理模块
系统读取PW系统人员列表信息初始化本系统人员信息数据，权限信息在系统中自主配置，人员权限依附于角色定义，系统角色权限划分如下：
（1） 项目管理员，其配置项目清单信息、配置项目参与人员。项目结束后，项目管理可以关闭项目。项目关闭后，此项目将不能再编辑处理。
（2） 造价人员，其负责项目特征值维护及构造、工程量报表输入。
（3） 设计人员，其负责对项目清单进行编辑。
（4） 专业管理员，对参与项目的相应专业数据进行编辑，确认本专业数据全部编辑无误后，点击【锁定专业】按钮。其后本专业数据被锁定，不能再编辑处理。
（5） 审核，负责工程量报表审核的人员。
（6） 审定，工程量报表审定人员。
系统人员权限管理分为两项主要内容：① 分配及管理具备新建项目权限的人员列表，只有赋予新建权限的人员才能创建实例项目；
② 对实例项目的人员列表管理，项目内人员才能查看和修改该项目的信息。
5工程应用
5.1平台启动
平台开发完成后，点击Open Buildings Designer CONNECT Edition图标，启动OBD界面，弹出PW登录框，根据PW配置选择正确的数据源登录。选择文件，选择【工程量清单标准化编制系统】选项进入主界面（图4）。
5.2工程应用
首先创建工程的BIM模型，基于创建的BIM模型进行工程量统计计算。首先对项目进行维护，包括创建实例项目过程和配置项目人员权限信息两个部分（图5）。
根据水电工程各分项工程量的特点，利用三维协同设计系统强大的数据处理工程，自动计算土方开挖、石方开挖、混凝土等分项工程的工程量，并智能抓取有三维模型关联的相关工程量信息，主要包括：点击关联三维模型自动提取关联了三维模型的项目的工程量信息；
对于关联了三维模型的工程量信息，支持模型修改后手动更新工程量值的过程。
除了自动计算，由于水电工程工程量清单项目繁多，对于系统无法自动计算的工程量，通过开发将设计人员常用的计算公式以及经验做法融入该模块。对于不能理出计算公式的，手工填写工程量。
水电工程各部分工程量计算完成后，按照编制的上海院三维设计环境的工程量清单规范要求，通过分析整理，最终得出规划化、标准化的工程量清单。同时，可以按照专业类型条件分专业选择性生成报表内容。生成的报表可在线发起校审流程，完成在线审批。
系统与造价系统数据对接，使造价系统中的价格信息作为一个辅助属性在对三维构件赋予属性时赋予，帮助设计人员对工程造价进行评估，及时优化方案。系统采取DBF数据文件共享方式与造价系统进行数据交互。
6结 语
本文介绍了基于BIM软件二次开发的算量平台其开发过程以及主要功能。首先需编制适合所在设计单位三维设计环境的工程量清单规范，并在软件中实现工程量清单编制功能，然后通过关联BIM模型计划工程量，最后生成的工程量清单报表可在线完成校审流程。
由于人力资源、时间、经费等因素限制，此平台没有对其他工程领域做过多扩展，今后有待进一步拓展。土方工程量自动统计功能也需进一步完善，为实现造价数字化转型奠定基础。
参考文献：
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（编辑：郑 毅）
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