基于数据驱动的建筑装饰工程建模与工程量自动计算方法研究.pdf

Jun.2023JournalofEngManagement2023年0 6 月No.3Vol.37第3 7 卷第3期理程报学管基于数据驱动的建筑装饰工程建模与工程量自动计算方法研究黄隆盛，谭颖，王志亮（广东省建筑工程监理有限公司，广东广州510 0 0 0，E-mail：5958 2 3442 q q.c o m）摘要：建筑装饰装修工程类型复杂、材料多样，给BIM设计建模和工程量计算带来很多困难。提出了一种基于数据驱动的快速建模方法，在建筑装饰工程量计算与建模规则的基础上，通过GDL语言编程方法，创新性地将工程量计算程序与BIM模型形成一个整体，能够在完成建模设计的同时按照清单工程量规则完成工程量自动统计，可极大提高设计建模与工程量计算的效率。关键词：建筑装饰模型；数据驱动建模；工程量自动计算：GDL编程中图分类号：TU723.3文献标识码：A文章编号：16 7 4-8 8 59（2 0 2 3）0 3-0 42-0 5D0I:10.13991/ki.jem.2023.03.008Research on Architectural Decoration Engineering Modeling and AutomaticCalculation Method of Engineering Quality Based on Data DrivenHUANG Longsheng,TANYing,WANGZhiliang(Guangdong Construction Engineering Supervision Co.Ltd.,Guangzhou 510000,China,E-mail:)Abstract:The complex types and diverse materials of architectural decoration and renovation projects have brought manydifficulties to BIM design modeling and engineering quantity calculation.A data-driven rapid modeling method was proposed.Basedon the engineering quantity calculation of architectural decoration and modeling rules,the GDL programming method is innovativelyused to integrate the engineering quantity calculation program and the BIM model,which can automatically complete the engineeringquantity statistics according to the bill of quantities rules while completing the modeling design.It can greatly improve the efficiencyofdesign modeling and engineeringquantitycalculation.Keywords:architectural decoration model;data-driven modeling;automatic calculation of engineering quantity;GDLprogramming长期以来由于建筑装饰工程涉及的专业繁多、工艺复杂，普遍存在进度和成本管理难以控制等问题。目前，建筑信息模型（BIM）技术在建筑结构工程领域得到了快速发展，特别是在BIM正向设计、可视化仿真模拟、多方协同、进度管理、质量安全管理等领域取得了突出成果2-5。然而，目前建筑装饰工程BIM建模设计与造价管理应用等方面存在较大困难6 7，主要体现在：一是设计建模的效率和深度问题。不同于土建结构和设备安装工程，建筑装饰工程项目由于类别多样和构造复杂，难以采用参数化建模方法。相对于方案阶段，施工收稿日期：2 0 2 3-0 2-0 1.图设计阶段的深化工作量较大，对设计深度和准确性要求高。如果采取传统手工建模方式，建模工作量和时间消耗大，建模精细程度和标准化程度低，缺漏错问题难以处理；二是工程量计算与造价管理问题，由于建模设计软件自身构件节点拆分扣减规则与清单工程量规则存在差异，构件部品材质不同，且不同对象的清单工程量计算规则存在差异，给模型算量和造价管理造成很大困难。因此，如何根据建筑装饰工程特点，建立有效的快速建模与深化设计体系，以及如何利用数据驱动技术针对深化设计模型设定相应工程量计算规则，是实现建筑装饰工程智慧设计与管理的两个关043黄隆盛，等：基于数据驱动的建筑装饰工程建模与工程量自动计算方法研究第3期键问题。1基本建模体系架构设计1.1基本体系架构原则综合考虑建筑装饰工程结构特点和施工工艺特征，构件的拆分应符合标准化、模数化、少规格、多组合和配合造价计算的设计思路8 10 。拆分前应明确的原则如下：（1）构件的拆分应遵循符合实际、衔接简单和施工方便的原则，且拆分后的构件应满足原结构的使用功能。（2）对拆分构件的尺寸和形状进行优化，使其满足标准化要求。（3）拆分构件应具有重复使用率高、易维护更换、满足后续的循环调用与大规模生产的特征。（4）拆分构件满足相应工程量清单深度和工程量计算类型的需要。1.2基本模型体系架构设计根据上述原则，将住宅装饰装修工程按照施工过程和工程量对象分为楼地面、墙柱面、顶棚、门窗、油漆涂料裱糊及其他工程六类，在此基础上进一步分解，形成下级工程内容，基本建模体系如图1所示。按装饰装修施工工程内容划分楼地面工程墙柱面工程顶棚工程门窗工程油漆涂料裱糊工程其他工程整体面层，块料面墙面抹灰，柱面顶棚抹灰，顶木门金属门油漆，窗油柜类，暖气层，橡胶面层，其抹灰，零星抹棚吊顶顶棚门金属卷帘漆，木材面油罩，浴厕配他面层（如地毯灰，墙面镶贴块其他装饰等门，其他门。漆，木扶手油件，压条装竹木地板等。）踢料，柱面镶贴块木窗，金属漆，金属面油饰线，雨篷脚线，楼梯装饰，料，零星镶贴块窗门窗套，漆，抹灰面油旗杆，招牌扶手栏杆栏板装料，墙饰面柱窗帘盒窗帘漆，裱糊等灯箱等饰，台阶装饰，零饰面，隔墙，幕轨，窗台板等星装饰等墙等图1基本建模体系架构以某卫生间建模为例，建筑装饰装修模型拆解构件后如图2 所示天花找平篇梦数化轻铜龙臀地面找平装饰猫幕墙天花铠扣板幕塘墙翻瓷转移数化窗绘馨数化主卫地面墙面找平装饰能幕塘地面瓷砖参数化门楼图2卫生间模型构件拆解图2基于数据驱动的建筑装饰模型建立方法以地面装饰工程为例，应用Archicad建模软件（其他支持GDL语言编程的软件相同）1，实现地面参数化模块拼装的主要方法如下：（1）将地面基层参数化模块默认为无沉箱，由图2 设计方案可知该地面有沉箱结构时，通过对象功能调用地面参数化模块，参数编辑界面如图3所示，创建新构件，设置必要参数与变量，编写构造2 D脚本和3D脚本。三三三（a）构造地面3D脚本参数：-世#鲜424（b）设置地面参数变量图3地面参数化编辑将参数化构件拖动到空间范围内，调整尺寸，在三维视图，如图4所示。初始为无沉箱状态时，需要进入用户界面使用参数化模块进行修改，添加沉箱，并且修改尺寸，生成带沉箱地面。（a）无沉箱地面（b）沉箱地面图4参数化地面的生成修改完成后，在二维平面选中该模块，拖动可编辑热点，即可调整三维所在位置，在局部三维模型中具体效果如图5所示图5参数化地面在三维图中放置（2）地面基层搭建完成后，接下来可使用系044.理程报学第37 卷管统提供的幕墙工具绘制地面瓷砖的排布，调用收藏夹中的排砖模块实现快速拼装。图6 展示了地面排砖在二维视图和三维视图中的绘制效果。（a）二维图纸绘制排砖（b）三维排砖空间展示图6瓷砖快速拼装（3）利用参数化模块放置门槛，在上述建立的参数化对象库中，选择参数化门槛，放置在二维平面中，修改参数信息（见图7），并在三维模型中展示，如图8 所示。一：1二三：7三9：22三图7门槛参数化编辑（a）根据图纸在二维放置门槛构件（b）三维门槛空间展示图：8参数化门槛在三维图中放置（4）应用类似方法，使用标准对象库里的参数化模块可建立卫生间窗台模型，在二维平面内拖动到相应位置，并在三维模型中显示，如图9所示。图9三维窗台空间展示（5）对于龙骨系统，参数化编辑如图10 所示，在二维平面拖动可编辑热点，使龙骨根据不同布置间距，调整纵向和横向龙骨长度，自动生成相应数量的龙骨骨架，吊扣及吊杆模型，如图11所示。22040旺修131spo.A20业E：2.222XTITL图10龙骨系统参数化编辑图11三维平面龙骨骨架自动生成3基于参数化模型的清单工程量计算方法3.1工程量分类计算方法与属性设定根据不同计算对象，分别设定按体积、面积、长度和个数四类计算规则，并在模型计算属性中设定相应规则类型，用于识别相应的方法，选择对应明细表变量进行计算。（1）以“体积”统计的工程量计算程序设定。对应完成扣减规则和优先级设定后，构件均可以按照提前设定的属性“体积”类，在普通明细表中进行设置，即可满足工程量清单的要求。然而，当面层厚度及面层与墙体材质不一致时，需在程序中设定相应的族材质明细表计算规则，设定对应材质明细表参数，分别计算各个面层材质工程量和墙体材质工程量，如图12 所示（2）以“面积”统计的工程量计算程序设定对比于提取体积，装饰工程提取面积较困难，通常不可以直接运用普通明细表在字段中选择“面积”，导出对应工程量。需要在数据驱动建模设计时，编辑相应族面层材质，设定材质信息，按材质导出相关工程量。同时，对于柱和梁交错对象需要修改族几何参数，进而修正相应扣减规则差异产生的误差。（3）以“长度”统计的工程量计算程序设定。对于一般构件可直接在明细表字段中选择“长度”.045.黄隆盛，等：基于数据驱动的建筑装饰工程建模与工程量自动计算方法研究第3期上/S子设童图12梁板交错区域面层材质和厚度设置及材质明细表变量设置类，按照提前设定的属性“长度”类，在普通明细表中统计相应构件的长度。然而，对于分层组合构件，软件材质明细中无法直接提供相应分层对象长度的信息。因此，需要提前添加对象长度属性。（4）以“个数”统计的工程量计算程序设定。对于一般构件可直接在明细表字段中选择“个数”类，在明细表中对应变量进行合计计算，便可以统计相应构件的个数，注意相应构件绘制时的类型、属性和名称等信息要保持一致。3.2对象属性设置与清单编码录入通过GDL编程完成不同对象工程量计算程序设定后，还需研究构建编码的快速录入。目前，常用方法是1 9位按照规范要求编制，10 12 位则按照具体的现场实施情况编制，但一个建筑项目内的编码不能重复12 。为了提高项目编码录人效率和准确性，通过信息管理器录人清单编码，流程如图13所示。在构件设置界新建组合、选择数据类型赋予清单编码面勾选所赋子属性并定义清单编码类别有效性的清单编码图13清单编码流程图（1）在信息管理器添加组合如“清单”，然后新建属性“清单编码”，添加到相应的组合清单中，在数值定义中选择数据类型“字符串”，默认值选择“值”，再定义一个清单编码。输人的清单编码可在类别与信息界面修改，即不同的构件可定义不同的清单编码。（2）返回模型界面，选择构件设置界面（此处以墙为例），可在类别和信息中看到新录人的清单编码，可根据不同类型构件输入对应的清单编码。（3）在方案设置中新建元素清单，输人清单名称，添加构件所对应的元素和图层，并在添加字段中勾选所设置的清单编码和所需栏目，即可得到墙面工程量。（4）清单导出到Excel。3.3构件的扣减关系与统计字段设置目前，BIM软件在构件重叠位置上并不能按照清单规则自动判断构件的优先级，软件中默认的扣减关系不完全符合国家规范，需要设置不同的建筑优先级、构件连接顺序和图层交集数。当不同构件连接时可根据所设规则进行材料扣减，根据建设工程工程量清单计价规范（GB50500-2013）的规定13-14，对软件默认的扣减顺序进行修改设置，进行工程量的清单统计。为保证工程量统计准确高效，在深化模型的初期就应设置相应的建模标准。保证所有构件在该标准下进行建模，清单统计标准可根据构件类型进行设置，在模型涉及墙、梁、板、柱和工具等绘制时，使用清单功能统计工程量时软件会自动执行所设置的扣减规则3.3.1连接顺序优先级对扣减的影响对于构件来说，拥有高优先级的元素（或材料面层）会自动剪切掉材料优先级（或材料面层）低的元素，所以连接顺序较大的两个元素会优先相交。以墙与梁相交为例，相交情况如图14所示。设置连接顺序均为8，设置墙的优先级为2 50，梁的优先级为8 8 9，如图15所示。从而计算未相交与相交后梁和墙的工程量，并进行对比，如表1所示。图14三维显示中墙梁相交情况心（a）梁优先级设置（b）墙优先级设置图15梁与墙的交叉优先级设置表1梁墙相交前后工程量对比元素ID净体积表面体积面积3D长度梁与墙不相交BMR-2040.1472.5750.4912.455SW-1910.2411.5040.4012.506梁与墙相交BMR-2040.1472.5750.4912.455SW-1910.2311.4440.4012.506第37 卷.046理报程学管由以上数据可知，在连接顺序一致的情况下，优先级低的墙体净体积和表面面积均减少，即材料优先级高的会剪切优先级低的构件，材料交叉优先级生效。若更改连接顺序，使墙体连接顺序设置为8，梁的连接顺序设置为1，计算后的工程量如表2 所示。表2 更改连接顺序后相交工程量元素ID净体积表面面积面积3D长度梁与墙相交BMR-2040.1472.5750.4912.455SW-1910.2311.4440.4012.506由以上数据可知，在连接顺序不一致的情况下，连接顺序大的并没有剪切连接顺序小的构件，连接顺序小的也无剪切连接顺序大的构件。所得数据与表1一致，即在连接顺序不一样的情况下，材料优先级依旧会生效。3.3.2元素材料优先级对扣减的影响每一种建筑材料都包含一个优先级，用来确定材料的强和弱，优先级较强的材料会自动剪切较弱的材料。材料优先级主要遵循通用规则，根据项目而定。通常预制结构和钢结构的优先级最高，其尺寸不会受到其他元素的影响而更改，材料交叉优先级如图16 所示美球C新4图16材料交叉优先级可使用右侧的滑块调整不同建筑材料的相对交叉优先级。如果用数量表示，交叉优先级最小是0，表示虚弱运行，最大是999，表示强烈运行。在交叉过程中，材料交叉优先级大于连接顺序优先级，在相交的构件中，调整建筑材料的交叉优先级，优先级较强的材料总是会自动剪切较弱的材料。当优先级高的建筑材料优先级降低至另一个材料优先级以下时（另外一个保持不变），被降低优先级的构件工程量会降低。因此，建筑材料优先级是影响模型扣减的主要因素。4结语通过多个工程实践证明，按照上述方法建立标准化建筑装饰对象库，集成GDL编程技术，可通过简单的程序数据输人，有效替代传统工程建模和模型组合过程中大量的手工劳动，极大提高了建模和模型检查效率。通过程序定义扣减规则，建立信息管理器，可实现数据驱动下的建模和清单工程量自动计算，在保证图模一致性的同时，实现工程量统计的自动化。这种方法也有利于解决因工程设计变更而产生的工程量联动响应与动态管理问题。上述建模设计与工程量计算方法为进一步实现基于数据驱动的智能化设计与造价管理创造了条件。参考文献：1冯瑾.BIM在建筑装饰工程中的应用探究 中国建筑装饰装修，2 0 2 2（4）：38-39.2罗兰，彭中要.公共建筑装饰工程BIM技术应用流程研究 土木建筑工程信息技术，2 0 17，9（4）：31-36.3杜春宇，周亮，陈培智，史健勇基于BIM的输变电工程自动算量分析研究J.建筑经济，2 0 2 0(10）：6 4-6 8.4贺晋军.BIM技术在建筑装饰工程施工管理中的应用建材技术与应用，2 0 19（2）：40-42.5】韩彦欣基于Revit的装配式混凝土剪力墙结构拆分设计研究D石家庄：河北大学，2 0 17.6牛一凡.基于BIM的异形建筑参数化建模方法研究及应用D.福州：华侨大学，2 0 2 0.7袁荣丽，朱记伟，杨党锋，赵钦基于BIM技术的建筑工程三维算量应用研究 工程管理学报，2 0 17，31(2):106-110.8赵冰柯.建筑装饰工程快速建模方法与应用研究D.广州：广东工业大学，2 0 2 2.9张小楠，郭婧娟，楼娜基于BIM构件的装配式建筑动态计价方法研究 工程管理学报，2 0 2 2，36（2）：147-152.10】张欣然，郭婧娟基于BIM的装配式建筑工程量清单构建研究 工程管理学报，2 0 2 1，35（5）：30-35.11曾旭东，黄海静，谭洁计算机GDL技术在建筑信息化领域的应用 重庆大学学报（自然科学版），2006(1):89-92.12张鹏，杨智璇，刘丹凤，等BIM机电算量与现行计价制度约束.工程管理学报，2 0 17，31（1）：2 3-2 8.13詹秦对工程造价领域行政规范的分析与改革建议：以建设工程工程量清单计价规范（GB50500-2013）为例J工程造价管理，2 0 2 1（6）：94-98.14柳志丹GB50500-2013建设工程工程量清单计价规范的变化和应用问题探讨J工程建设，2 0 16，48(7):98-101.作者简介：黄隆盛（197 8-），男，正高级工程师，研究方向：建筑工程管理；谭颖（1990-），通信作者，女，硕士，工程师，研究方向：建筑工程管理；王志亮（197 4-），男，工程师，研究方向：建筑工程管理。