BIM 技术建筑外墙装饰工程量提取与应用

于津苹，杨超然，周永杰，高 平

（东北财经大学 投资工程管理学院，辽宁 大连 116025，E-mail：lnuyujinping@163.com）

BIM 技术建筑外墙装饰工程量提取与应用

于津苹，杨超然，周永杰，高 平

（东北财经大学 投资工程管理学院，辽宁 大连 116025，E-mail：lnuyujinping@163.com）

对一些室外形体比较复杂的建筑，以现行方法计算外墙装饰工程量效率较低且准确性不高。通过采访调查、多案例数据对比分析，证明采用BIM技术提取建筑外墙装饰工程量可以解决上述问题，具有较高的应用价值。在此基础上，为保证BIM应用价值的实现和提升，制定了所需的技术规则并设计了工作流程。尽管本文研究对象是外墙装饰工程，但研究结果对其他建筑工程具有普遍的适用意义。

BIM；工作流程；外墙装饰工程；工程量计算

对于别墅项目，工程造价人员在计算建筑外墙装饰工程量时，因外墙构造形式复杂遇到问题。现行算量软件在此情况下计算效果不佳，因而造价人员采用手工与CAD电子图测量相结合方式计算工程量，但沟通困难，耗费时间多，计算偏差大，由此寻求使用BIM解决该问题。对封闭性空间的室内装饰工程，可以借助BIM软件的专用工具提取工程量，如Autodesk Revit的Roombook，而对非封闭性的外墙装饰工程，BIM软件缺少专用工具。

自动实现工程量的提取是BIM应用的重要价值[1，2]。传统方式的算量过程是基于二维设计文件，耗费大量的时间和精力[3]。利用BIM提取工程量具有可视、高效、准确的优势[4]。在BIM应用相对较多的国家，学者采用问卷调查和单案例分析等方法验证BIM可以高效、准确地提取工程量，认为工程量的有效提取和使用取决于相关标准的制定[2]以及对现有工作流程的改变[5]。尽管国内BIM在工程造价领域的应用总体上处于启蒙阶段，专业人士还是通过归类分析[6]、专项案例分析[7～9]等方法对BIM工程造价领域的应用作了一些研究，结果表明BIM可实现工程量的准确计算，并认为BIM的应用有利于造价人员摆脱工程量计算的繁琐工作，提高效率，由此可以看出BIM能够高效准确地提取工程量。然而，效率究竟提高多少，准确性能否实现量化以及如何才能保证效率等价值实现，依然存在一定的模糊性。

建筑外墙装饰工程在此定义为外墙饰面层和除墙体外各基层构造层等内容。鉴于BIM在国内工程量方面的实际应用很少，本文采用业内人士深度访谈，结合自建多个案例模型进行对比分析的研究方法。以计算效率、准确性以及构件自动附带信息程度为价值评价指标，对BIM建筑外墙装饰工程量的价值进行研究。

1　工程算量模式

概括来说，工程算量模式主要分为两种：基于CAD二维设计文件和基于BIM设计模型，见图1。以CAD文件为基础的算量模式，简称CAD模式，对于能够实现二维信息录入（手工或识别方式）的工程项目，利用算量模型计算工程量；对于难以实现信息录入的，采用手工加CAD电子图相结合方式计算。无论途径如何，都存在设计文件与算量结果相互独立，无法实时关联的缺陷，算量效率与准确性取决于识图和信息录入的效率与效果。以BIM设计模型为基础的算量模式，工程量计算有两种方式，一是在BIM模型中直接提取工程量，简称BIM模式；二是将模型文件导出到既有的算量软件中计算。对于后者，因BIM核心软件所生成文件与算量软件兼容性较差，存在问题较多，还有待进一步改进和验证。而在BIM模型中直接提取工程量可实现设计文件与算量结果实时关联，故将此模式作为案例中BIM提取工程量模式，并通过与CAD模式对比进行分析研究。

图1　工程算量模式

为合理比较两种模式下建筑外墙装饰工程量提取价值，设定模型条件和时间范围，模型条件是指BIM模式下造价人员的BIM应用起点。基于传统工作流程，设计方采用BIM核心软件进行设计，并按照算量需求建立模型。理想条件下，BIM模型完全符合外墙装饰工程算量需求，造价人员只需据此提取工程量；一般条件下，BIM模型不满足算量需求，造价人员需在设计模型基础上进行加工，而后提取工程量。考虑时间范围，BIM模式的时间指标是从造价人员使用 BIM设计模型至取得工程量计算结果所持续时间，而CAD模式是从造价人员阅读设计文件开始至计算出工程量结果所持续时间。基于上述条件，进行BIM建筑外墙装饰工程量提取价值分析。

2　BIM建筑外墙装饰工程量提取价值分析

2.1案例项目

采用多案例数据对比研究方法，对BIM提取外墙装饰工程量进行价值分析。建模之前，深度采访造价人员，收集案例项目的工程量数据。由于目前国内BIM应用相对较少，针对工程造价应用更少，BIM工程量数据信息分散，收集困难，遂自建模型。此外，对于复杂项目，建模不易且耗时多，因此按照外墙构造的特点筛选项目，最终选择A、B、C3个有代表性的工程作为案例分析对象。案例A为别墅项目，框架结构，建筑面积为1228m2，外墙装饰见图2（考虑到印刷效果，模型显示材质由颜色填充改为图案填充，以散点的不同密集程度区别不同材质），饰面材料种类较多，外墙构造复杂程度较高；案例B为高层住宅，框架剪力墙结构，建筑面积为6196 m2，立面装饰较案例A简单，但层数高且有飘窗和阳台，饰面材料较多且墙体底层构造材料分布不均，复杂程度居中；案例C为多层住宅，框架结构，建筑面积为799 m2，层数低且立面装饰简单，饰面材料种类较少，复杂程度居三者最低。

图2　别墅项目外墙装饰模型

针对上述3个案例，以所设价值评价指标为尺度，从效率、准确性与构件自动附带信息程度3个角度分析BIM提取建筑外墙装饰工程量的价值。

2.2工程量提取效率

BIM具有3D可视化的特点和自动提取工程量的功能，其提取效率远高于CAD模式。而工程量提取效率一方面体现在是否能够提取任意复杂构造的工程量，即计算能力上[6]；另一方面体现在工程量提取速度，即时间上。BIM提取效率之所以高于CAD模式，是因为CAD模式下造价人员需要一段2D到3D的思维转换时间，即花费较多时间识读2D投影视图，在头脑中拼合成3D模型，工程项目复杂性和异型化程度越高，消耗时间越多。然后再按照材料品种和构造情况，拆解为小的计算单元，计算工程量。而在BIM模式下，造价人员可以直接面对3D模型，无需耗时费心理解图纸构建头脑3D模型，规避了思维转换所带来的时间损失。

针对案例建筑外墙装饰工程，墙体外围构造复杂多样，各装饰材料分布零散且边界不规则，各模式下是否能够实现建筑外墙装饰工程量的提取是衡量工程量提取效率的前提。对于复杂性程度不同的工程项目，BIM模式与CAD模式均能实现外墙装饰工程量的提取，计算能力相同。CAD模式下的工程算量，首先利用算量软件进行计算，当无法实现信息录入、建立算量模型时，采取手工加CAD方式计算。尽管该模式下效率较低，困难较大，但最终能够得出建筑外墙装饰工程量。在BIM模式下，相关软件对建筑构件的布置存在较大的灵活性，尤其是针对复杂形体，建模优势突出，并可利用本身的工程量提取功能，进行简单设置操作实现建筑外墙装饰工程量提取。

速度是衡量效率的重要指标，也是BIM模式较CAD模式的突出优势所在。鉴于工程项目复杂、多变、影响因素多，时间涵盖初次计算时间（因不同案例项目来源不同，为保证研究的合理性，以熟练水平下工程算量时间为准）、工程变更消耗时间与其他情况下工程量计算时间。在假设的时间范围内，收集CAD模式工程算量时间，统计BIM模式工程量提取时间，量化分析初次计算时间，对比情况见表1。无论是理想条件还是一般条件，BIM模式较CAD模式算量消耗时间少、速度优势明显。

表1　CAD模式与BIM模式计算时间对比（小时）

当工程在设计或施工阶段发生变更，BIM模式较CAD模式变更后工程量提取时间短，速度优势更明显。由于工程项目体量大、周期长，工程变更时有发生，对工程量计算带来的影响不可忽视。在CAD模式下，图纸与工程量计算结果相互独立，无法实时关联，发生工程变更后，需通过人工方式调整算量模型或者手工重新计算。显然这一过程效率低，时间消耗较多。BIM模式模型与数据存在关联性，可实现设计一处修改，数据处处更新，工程量随之发生改变。此外，根据BIM特点，当外墙工程发生变更，模型能够实现智能调整。例如，将窗尺寸进行调整，外墙装饰材料边界与工程量会随之发生改变，由此大大提高工程量计算速度。

BIM模式算量的时间节省还体现在间隔性使用模型计算工程量效率方面。项目经常出现因业主资金或市场原因中途停工一段时间的现象。根据艾宾浩斯遗忘曲线（The Ebbinghaus Forgetting Curve），初次记忆经过一天后，大约只剩下33.7%左右，而项目停工时间往往为几天甚至十几天。所以，当项目重启需要变更计价、工程款支付或者结算时，造价人员对项目的熟悉程度大大降低。CAD模式算量，造价人员需要重新读图在头脑中再次拼合 3D模型，有可能重新对工程量进行计算，造成重复性劳动浪费。若发生造价人员更迭，这种问题表现更严重。而在BIM模式下，3D模型有助于记忆恢复，工程量结果依托于模型以电子表格形式存在，提取工程量设置规则简单，几乎不存在因项目停工和造价人员调整而产生算量时间损失。

通过以上分析，BIM模式提取建筑外墙装饰工程量与CAD模式相比，具有相同的计算能力，但时间短、速度快，效率优势突出。

2.3工程量提取准确性

BIM的3D可视化和自动工程量提取功能也保证了工程量提取的准确程度。准确性是衡量工程量计算的核心价值，BIM模式工程量提取准确性高于CAD模式。BIM模式下，尽管计算单元和计算界面有时需要人工判别和选择，但是BIM的3D可视化有助于检查和推敲判别和选择工作，减少遗漏和重叠等错误。例如在外墙装饰中，挑檐下和洞口收边的饰面工程量容易疏漏，边界需要人工选择。一旦完成这些工作，利用BIM模型表单的工程量自动提取功能，即刻自动统计出所需项目的工程量，中间过程无需人工干预，使工程量提取达到较准确程度。与BIM相比较，CAD模式造价人员靠头脑形成3D模型不可靠，可能出现计算范围的遗漏，尤其是在形体和边界比较复杂的情况下，更容易出现这样的问题。因此，BIM可以保证工程量的准确性。

在自建模型的基础上，根据BIM软件自带工程量统计功能，利用表单工具提取工程量，为了保证各案例计算结果类别的一致性，将不同颜色、材质的材料归类合并，与CAD模式下收集到的数据信息进行对比，对比情况见表2。

表2　CAD模式与BIM模式工程量计算结果对比

随着案例 C、B、A建筑外墙装饰工程复杂程度的递增，两种算量模式的差值逐渐提高，相应百分比也呈现递增的趋势。该结果的产生，主要原因是随着建筑外墙装饰工程复杂性程度越来越高，CAD模式下各角度外墙2D投影视图存在的对应偏差问题逐渐增多，算量过程中2D向3D的思维转换难度越来越大，工程量计算的误差也呈现递增趋势。而BIM模式下的工程量结果是对工程实体净量的统计，具有“所建即所得”的特点，相应优势显而易见。

2.4构件自动附带信息程度

BIM附带信息能力远超过CAD文件，可以在工程量提取时一并提出与估价相关的其他信息，方便工程估价。之所以将其作为工程量计算价值的评价指标，是考虑工程量的项目特征信息与估价密切相关，工程量清单的项目描述或特征信息是估价的基本信息，若能在工程量计算时自动附带部分或全部所需信息，无疑将大大提高估价质量和效率。BIM除了自然拥有建筑构件几何信息外，还可以人工或自动、半自动注入大量的工程设计、施工以及管理所需的非几何属性信息，如建筑和结构构件的材质、强度等级、所处位置、简要技术要求，机电设备的型号、规格、回路、压力、容量（kV·A）、简要技术要求等。这些非几何属性信息有很多是估价所需要的信息，在工程量清单格式上与工程量形成对应关系。当设计人员在BIM模型注入这些非几何属性信息后，造价人员可以有选择地利用这些信息，在构件或项目提取工程量时一并提取附带的信息。相对CAD模式，这一过程相当于自动附带了信息。

以外墙装饰为例，采用BIM计算工程量时，若设计师在模型中对墙体的材质、材料厚度、规格尺寸、底层材料和配合比等进行信息定义，造价人员则可通过设置自动附带上述信息，以及计算项目的楼层和区域位置等信息（位置信息影响价格估算），甚至简化的设计技术要求等其他估价所需信息。

反观CAD模式，2D图纸表达方式很少能附带几何图形之外的信息，多采用文字和图形分离形式表达设计意图。造价人员在计算工程量时要经过人工查找、阅读、抄录等方式提取这些项目特征信息，不能自动附带信息，提取信息的效率和质量较BIM模式大大降低。

综上分析可得，在建筑外墙装饰工程量计算上，BIM模式较CAD模式效率高、准确性好、构件附带信息详细，有较高的应用价值。然而，利用BIM进行工程量数据的提取需要事先做出安排，否则达不到目的[10]。因此，为保证BIM建筑外墙装饰工程量价值的实现，以相应的理论依据与实际操作经验为基础，提出技术与流程方面的条件保障。

3　BIM模式工程量提取价值实现的条件

3.1技术规则

不论是模型设计还是算量设置，制定和遵循一定操作规则是保证BIM提取工程量价值实现的技术条件。BIM核心软件并不能直接解决工程所有问题，BIM核心软件侧重满足设计乃至施工的一般性要求，并且因专业需求不同，模型的建立者往往按照自身需求来建立模型，这样在利用BIM模型计算工程量时，需要针对BIM软件特点制定和遵循一些技术规则，使工程量提取更为有效。RICS研究报告指出，要使工料测量人员更有效使用BIM，需要项目团队从成本规划和估算视角制定一套要求[10]。如此，若设计模型完全满足工程量和附带信息提取要求，造价人员在工程量提取过程中效率较高。但若没有事前制定符合工程量计算的技术规则要求，设计模型不满足工程量提取要求，则需要造价人员对模型进行加工以实现工程量提取，效率有所降低，而且造价人员需要具备BIM软件的操作技术，按照一定规则进行模型设置，才能提取工程量。

现以建筑外墙装饰工程为例，说明BIM建筑外墙装饰工程量提取价值的技术规则。外围构件布置方式类别如图3所示，图中虚线框表示案例项目未涵盖内容。

“放屁。”他说，说着他跑到卫生间里去看了看，然后站在卫生间的门口得意地说：“我怎么没看到这里面有屎？”

（1）设计或造价人员应按工程项目施工过程创建模型。原因是BIM模式所提工程量为工程实体净量，该条件是为保证工程量提取结果的准确性，避免只追求外观上的拟真而进行快捷创建，造成工程量失真。例如，对于幕墙工程，应按层高分层布置，避免从首层直接延伸到顶层的错误布置方式；对于干挂石材，石材与建筑外墙之间有距离，直接按照建筑外墙面层设置必然使工程量计算结果存在误差，故需通过替代方式布置较薄墙体，以实现工程量的准确统计。

（2）结合材料特点创建模型。对于建筑外墙装饰工程，墙体底层构造材料与装饰材料因位置、性质不同，应以不同布置方式创建BIM模型。例如，保温层与抹灰层为墙体构造层，有一定厚度，模型创建时将其设于外墙构造层内，可实现其工程量的高效、准确提取；涂料工程与一般墙面装饰工程（贴面砖、石材填充等）为墙体面层，附着于墙体表面，默认无厚度，可采用喷涂工具将其布置于墙体表面，并通过材料类别提取工程量。

（3）BIM模型建立过程中需注意细节与技巧。由于建筑外墙装饰工程外形复杂，置于外墙体上的建筑构件较多，考虑工程量提取高价值的实现，设计人员应进行细致操作。以建筑外墙装饰带为例，外墙装饰带墙侧无涂料，而BIM喷涂工具在喷涂墙面时，不能自动识别相应边界，会涂刷整个墙面。这种情况下，设计人员需要通过分割表面工具将墙面进行分割，以实现外墙涂料的准确布置。

上述工作流程假设造价人员利用设计人员提供的BIM模型，在模型的创建过程中设计人员或者造价人员应以上述规则为参考进行设置，以促进所提建筑外墙装饰工程量高价值的实现。作为建筑信息模型，BIM的显著优势是工作协同和信息分享，可实现信息的准确和即时交换。

图3　建筑外墙装饰工程布置方式分类参考

3.2工作流程设计

传统工作流程下的工程量提取将限制 BIM模式信息共享优势的发挥，在一定程度上降低了工作的效率。工作流程是指工程项目参与方之间的分工、责任与相互配合关系。工作流程设计的目的是提高效率，降低交易成本。信息共享、工作协同是BIM的突出优势，借助于该优势，可使造价人员化被动为主动，事先提出要求，主动参与设计，降低工程量计算的响应时间，提高工程量计算准确性，但该优势与传统工作流程存在一定的排斥性。传统工作流程对应于一般的传统采购模式DBB（设计-招投标-施工），工作之间表现为线性关系，各个项目参与方（设计方、造价方、施工方）之间分工独立，责任界限明确，整个工作流程存在着“完成-开始”的逻辑关系，例如，造价人员只有在设计人员完成设计后才能进行工程量计算，项目团队的交流表现为“间断式”，即缺乏连贯性，项目参与方之间的沟通交流依附于这种关系建立，各个项目团队的工作模式呈现出“孤岛”状态，从而带来整个流程作业效率低下，各个专业资产专用性高，交易成本高。

基于BIM软件特点，BIM模式的协同方式主要有模型链接和工作集两种，二者的区别在于本地模型与设计模型的关系。链接方式下，本地模型独立于设计模型，相当于设计模型的副本，与原模型不再具有关联性，尽管存在无法随设计模型即时变动的缺陷，但可避免造价人员因操作性失误导致原模型发生改变。工作集方式下，本地模型与设计模型仍为同一模型，只是在不同的权限工作集中进行相对独立的操作，该方式可克服链接方式无法实时关联的缺陷，但需注意权限问题，避免因工作集内造价人员的错误操作而更改原模型。

不同的协同方式产生不同的权责关系，需要用工程合同予以明确。设计模型、算量模型的归属关系需要予以界定，以保证不同的利益相关者之间不存在责任、义务模糊区。然而，由于BIM模型的共享特点，权责界定时存在一定障碍。链接方式下，存在因算量模型与设计模型不一致导致的权责问题。工作集方式下，存在造价方对设计模型的失误性操作而引发的权责问题。因此，BIM模式发展方向可通过改变采购模式，促进各个项目团队跨专业领域整合，以实现BIM的工程量计算价值。

图4　工作流程设计

4　结语

在一定技术规则与流程设计下，BIM建筑外墙装饰工程量计算价值优越于现行的CAD模式。尽管本文的研究对象是建筑外墙装饰工程，选取案例样本相对较少，但所得结论仍具有一定的普适性，即该结论适用于建筑其他分部工程的工程量计算，因为BIM的建模思想存在一致性，所不同的只是具体操作方法。BIM工程量提取价值的实现一方面对造价人员提出了技术和管理上的要求，即为有效应用BIM实现工程量的提取，参与制定BIM实施计划（BIM Execution Plan，BEP），需熟练掌握BIM技术和管理知识；另一方面，因BIM算量速度大幅度提高，对设计方案和设计变更的评价响应时间大幅度缩短，造价人员将从被动参与设计和施工阶段的决策，转为主动参与，提高了造价人员工作层次和价值。

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BIM-based Quantity Takeoff and Application in External Wall Cladding and Finishes

YU Jin-ping，YANG Chao-ran，ZHOU Yong-jie，GAO Ping
（School of Investment & Construction Management，Dongbei University of Finance and Economics，Dalian 116025，China，E-mail：lnuyujinping@163.com）

For some complex buildings，the quantity takeoff of external wall cladding and finishes is inefficient and inaccuracy in current practice. Based on an interview survey and multi-case comparative data analysis, this paper proves that BIM-based quantity takeoff in external wall cladding and finishes can solve the above problems. In order to ensure and improve the realization of the value，the paper presents some advices on technical standards and puts forward with design procedures. Although the research object of this paper is the external wall cladding and finishes engineering，the results has a general significance for other construction projects.

BIM；work process；external wall cladding and finishes；quantity takeoff

TU17

A

1674-8859（2016）02-039-06 DOI:10.13991/j.cnki.jem.2016.02.008

于津苹（1992-），女，硕士研究生，研究方向：工程造价；

杨超然（1992-），男，硕士研究生，研究方向：工程造价；

周永杰（1991-），男，硕士研究生，研究方向：工程造价；

高 平（1961-），男，副教授，研究方向：工程造价，工程价值管理，工程合同管理。

2016-03-21．