BIM在钢结构工程量统计中的运用

随着BIM技术的不断发展，越来越多的BIM项目顺利实施落地，并且在各工程阶段取得了非常多的研究和运用成果。BIM技术在EPC总承包项目中的运用，对EPC精益化管理水平的提升效果显著，也让“BIM+EPC”的发展模式逐步得到各参与方的认可。该模式正逐渐成为各总包单位不断探索的新型发展方向，各级建设行政主管部门也相应出台了推广要求和措施，为该技术的发展创建了良好的应用环境。

在此行业发展的大背景下，本文项目结合了传统的EPC总承包项目优势，依托BIM技术，尝试探索了工业项目中“BIM+EPC”的工程总承包管理模式。本文以其中的一个运用点作为论述方向，详细阐述了在EPC总承包工程项目中，BIM在钢结构工程量统计方面的运用研究成果；重点研究了采用Revit软件进行钢结构精细化算量的可行性和具体实施方法；同时与Tekla算量结果和人工算量结果，三者进行了对比；并且提出了Revit进行精细化算量的解决方法。希望本文中的BIM运用能为同行提供一些参考。

Revit钢结构算量

Revit算量的方法

明细表统计是Revit提供的自动统计构件工程量的基本方法，而要得到符合工程设计的工程量统计表，则还需要在此基础上进行设置。

(1) 明细表中统计的构件数据

族参数和计算值，其中族参数需要使用共享参数，以方便在项目中统计到明细表；而计算值是通过族参数或者构件属性计算得到的各种构件属性值，例如重量=体积*密度，体积是Revit族实例的属性，重量通过“体积*密度”的计算值统计在明细表中。如图 1所示，用“计算值”得到了构件重量。

(2) 分类统计的方法

工程中需要统计的工程量是分类分项的，例如实际项目中分为：基础梁、厂房钢柱、屋面梁、辅房柱、辅房梁等工程量。而Revit明细表提供的功能是按类别统计的，也就是统计到的是项目中所有结构柱的工程量、所有梁的工程量。

为了解决分类分项统计的问题，在所有构件、节点族中添加一个共享参数“S_01族件分类”。通过该参数，根据需要统计的构件分类，在项目中为每类构件赋值，例如基础梁、厂房钢柱、辅房钢柱等，再利用明细表中过滤器的功能，以实现分类统计，这样保证每一类构件分别单独地统计到一个材料表里。如图 2~3所示。

图 2  明细表过滤器

图 3  分类统计

节点族的创建

在Revit中工程算量的精确性取决于模型的深度，而模型图元的深度主要取决于族构件的细度。只有将模型精确到板件、零件、螺栓级别，才能精确地统计出具体的工程量，因此节点族的创建是Revit精确算量的基础，也是此项工作的最大难点。

在满足算量精度的前提下，最主要需要解决的是效率的问题，而一个好的族构件能极大地提供工作效率和方便明细表统计。因此确定了做族的3条基本原则如下：

• (1) 族构件可以变化多样，满足类似节点的各种情况；

• (2) 节点族往往有多块劲板、螺栓组成，参数繁多，因此可变参数应该力求精简，含义明确；

• (3) 灵活运用参数表达式，将节点参数与构件参数关联，极大地减少控制参数。

  
  

如图 4所示，[尺寸标注]参数栏为主要的控制参数，[其他]参数栏为通过参数表达式来驱动的参数，这样通过较少的控制参数可以演变处多种节点族的情况。其中以梁柱节点族为例，可以满足：柱与1根梁，2根梁、3根梁、4根梁连接的各种情况，分别2、3、2、1共8种情况。族很复杂，但是因为运用了各种关联参数，所以调整比较容易。

图 4  族参数

在上述原则的基础上，再把握一个核心“化整为零”，具体的做法是将通过分析常用的节点族，将其分解到板件级别，这样得到的是各种类型的端板、加劲板、连接板、螺栓等零件级别的族，分别建立这些零件级的共享族，然后通过各种组合，将零件族作为共享嵌套族就得到了各种类型的节点族。这种方法极大地提高了建族的效率，便于单独控制各种节点板，使用方便、便于建模，同时使得Revit中可以实现板件级别的工程量统计。

以拼接节点为例：将节点细化到板件、零件、螺栓级别，每一个板件、螺栓是单独的嵌套族，做族时可以提高效率，组合在一起做成节点。此节点中的螺栓等级、端板、劲板尺寸都可以调整，螺栓排数与劲板数量关联，修改螺栓排数，劲板将自动生成。节点的尺寸参数，运用参数表达式与主零件相关，填入主零件参数(梁柱截面参数)，节点尺寸自动调整，这样修改会非常方便。

图 5  梁柱节点族

图 6  拼接节点

项目运用中通过上述方法累计完成了常用的门式刚架节点族50多个，包括：梁柱节点、拼接节点、劲板节点、雨篷节点、檩条节点、支撑节点、隅撑节点等。图 7所示为实际项目中的部分节点图。

图 7  Revit中钢节点

Tekla钢结构算量

Tekla作为专业的钢结构三维详图软件，对于处理钢结构节点细部有着明显的优势，比如在处理节点板的局部剪切、修剪、开洞、倒角等方面非常的便利，其智能化节点能自适应构件也是一项非常强悍的功能。但是智能化节点掌握有一定的难度，尤其是对于没有这方面项目积累的单位，前期投入会非常大。由于是首次在工程项目中使用Tekla软件，因此相比熟练掌握的Revit，使用Tekla相对效率较低，尤其是Tekla软件没有编组的功能，修改效率会大大地低于Revit。

从工程项目实际应用来看，Tekla处理钢结构的功能非常强大，但是需要使用方积累大量的智能化节点库。基于此基础上，将大大地提高工程项目的效率。

    Tekla统计方法

Tekla通过创建报告来统计工程量，根据项目工程量统计报表的格式，笔者编制了Tekla报告模板，分别可以用于统计构件工程量和板件工程量。

图 8  Tekla工程量报表

同时为了得到分类分项统计的结果，用到了Tekla的状态管理功能，笔者在项目中将模型划分为多个状态，每个状态对应于每项要统计的构件，从而可以单独统计各项工程量。如图 9所示。

图 9  Tekla状态管理

    Tekla钢节点

Tekla节点分为智能化节点和普通节点。智能化节点能自适应构件，也就是主次零件截面修改，节点可以自动更改，效率极高；普通节点不能自适应，主次零件截面修改后，需要再调整节点。本项目积累了部分智能化节点，如下图中的拼接节点、梁柱节点、隅撑节点等。

图 10  Tekla中钢节点

工程项目实例

项目介绍

本工程为某汽车工业厂房EPC总承包项目，总包方对于EPC项目定位高，在方案阶段演示、设计碰撞检查、项目施工管理等方面分别尝试了BIM的各种运用，加深了各参与方对工程项目的了解和对EPC总包方的满意度。同时，BIM技术精确的工程量统计，为本项目的资金成本控制，项目施工进度等提供真实精确的数据，是项目实施成功的隐性中坚力量之一。为了统计项目的工程量，前期采用了人工计算的方式统计，后续采用Revit、Tekla进行精确统计和验证。

结果对比

采用三种统计方式的统计结果对比如表 1：

统计结果对比

特别说明，本项目人工统计是在丰富的项目经验的基础上，统计过程非常细致，确保统计结果的精确，因此具有很高的对比参照性。从统计结果来看，Revit和Tekla两款软件对于钢结构工程量的统计结果都很精确，与设计人统计相比，三者误差极小，因此进一步验证了三者统计结果都是精确的。

而BIM软件统计的意义就在于，在BIM工程项目运用中，以BIM模型为载体，来实施完成各项BIM技术的运用，而工程量统计仅仅是其中的一项小运用，通过BIM模型自动生成统计结果，并且精确度很高。从而不仅节省了设计人员反复统计工程量的时间，避免不必要的疏漏和错误，同时还可以作为项目成本控制、采购、施工进度等的有力的依据，为BIM+EPC的精细化管理提供了有效帮助。

软件对比

通过本项目的运用，对这两款软件的使用方面做简单的比较。需要说明的是，这两款软件本身差别较大，尤其是运用方向及阶段也不相同，Tekla适用于结构专业，特别是钢结构详图设计，钢节点、详图、加工图方面；而Revit是通用的BIM建模软件，偏重于主要构件，对于细部节点处理并不擅长，但是其强大的参数化族，可以实现节点建模和工程算量。下面仅从操作层面做一些对比。

Revit软件：

1) 节点族编制时间长，不过灵活性高、通用性很好，多样多变，通过参数驱动可以满足多种情况；

2) Revit效率高，操作定位容易，节点布置方便；

3) 有编组功能，便于修改。

Tekla软件：

1) 智能化节点编制非常困难，且变化和通用性相对差；节点需指定主次零件，换构件一般不能通用，使用效率降低；

2) 项目中操作定位繁琐，绘制构件麻烦；

3) 不能编组，修改工作量大。

总结

通过在某EPC项目中使用Revit和Tekla进行钢结构算量对比，得出以下结论：

• (1) 在操作效率上Revit占明显优势，其参数化族相对容易掌握，在项目中使用也较为灵活；

• (2) Tekla定位是钢结构详图设计软件，在处理放样、板件零件切割、剪切、加工图等细节上优势；

• (3) 两款软件均可以得到非常精确的工程量，误差很小；说明采用BIM钢结构算量能满足统计要求；通过在BIM软件中设置好统计用的清单样板，能从BIM模型中提取得到工程项目实际的清单列表，为工程预算、采购以及决算提供有效的数据。

• (4) 不过，目前BIM钢节点库还需要不断补充完善，节点建模的效率也有待提高；

• (5) 本项目实践为Revit实施钢结构节点级算量的可行性提供了可靠的依据和操作方法，经过项目论证具有实际运用价值。