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基于 BIM 模型 铁路 计价 管理 技术 应用
收稿日期:20230602;修回日期:20230710基金项目:山东省交通运输厅科技计划项目(2021B98);中铁工程设计咨询集团有限公司科技开发课题(BIM-研 2021-3)作者简介:田月峰(1971),男,高级工程师,1994 年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业,工学学士,主要从事铁路建设管理工作,E-mail:574787857 。第 67 卷 第 10 期2023 年 10 月铁 道 标 准 设 计RAILWAY STANDARD DESIGNVol.67 No.10Oct.2023文章编号:10042954(2023)10017907基于 BIM 模型算量的铁路验工计价管理技术应用田月峰1,曹乾桂1,陈 翔2,刘 昭2,李浩冉2(1.鲁南高速铁路有限公司,济南 250000;2.中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南 250022)摘 要:随着 BIM 技术的广泛应用,其在工程管理信息化中的作用越来越重要。验工计价作为铁路项目控制投资的重要手段之一,传统验工计价和现有市场单一验工计量系统面临许多问题,包括人工审核难度高、易出错、造假难发现等。针对这些问题,提出运用 EBS 编码与部位树结合、清单编码关联技术,建立 BIM 模型与验工计价之间的关联关系,形成模型构件进度、质量、工程量等信息与验工计价系统之间的数据链条。该数据链条可以通过唯一的构件标识或共享的属性字段进行建立,实现验工计价数据的跟踪和更新。通过对进度和质量状态的判定,实现验工计价数据的协同和智能验工。以鲁南高速铁路菏泽至曲阜段项目 1 标为例,阐述了部位树-清单关联、计量报验、验工审批、报表输出、统计分析等内容,通过基于 BIM 模型算量的铁路验工计价管理技术的应用,实现验工计价过程的信息化管理,减少业务人员的大量验工工作,帮助工程管理者更加清晰了解工程量的来源和计算方式,增加验工计价结果的可信度和可靠性,管理人员能够实时监控管理工程质量和进度,促进各个环节之间的信息高效流转和协同决策。通过该技术方案的应用,为以 BIM 模型为数据核心载体的工程建设集成化管理平台提供了解决思路。关键词:铁路工程;验工计价;EBS 编码;清单编码;智能验工;数据协同中图分类号:U215 文献标识码:A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202306020002Application of Railway Inspection and Pricing Management Technology Based on BIM Model CalculationTIAN Yuefeng1,CAO Qiangui1,CHEN Xiang2,LIU Zhao2,LI Haoran2(1.Lunan High Speed Railway Co.,Ltd.,Jinan 250000,China;2.Jinan Design Institute,China Railway Engineering Design and Consulting Group Co.,Ltd.,Jinan 250022,China)Abstract:With the wide application of BIM technology,its role in project management information has become more and more important.As one of the important means to control investment in railway projects,the traditional work inspection and pricing,and the existing market single work inspection measurement system are faced with many problems,including high difficulty in manual audit,tendency to make mistakes and difficulty in detecting fraud,etc.In order to solve these problems,this paper proposes the combination of EBS coding and location tree,and the correlation technology of list coding,establishes the correlation between BIM model and inspection and valuation,and forms a data chain between the progress,quality,engineering quantity and other information of model components and inspection and valuation system.The data chain can be established by unique component identification or shared attribute field to track and update the inspection and pricing data.By judging the progress and quality state,the coordination of inspection and valuation data and intelligent inspection are realized.Taking the project 1 standard of Heze to Qufu section of Shandong High-speed Railway as an example,this paper expounds the parts tree-list association,measurement and inspection report,inspection approval,report output and statistical analysis.Through the application of railway inspection and valuation management technology based on BIM model calculation,the information management of the inspection and valuation process is realized,which reduces a lot of inspection work for business personnel.It helps engineering managers understand the source and calculation method of engineering quantity more clearly,increases the credibility and reliability of the results of inspection and valuation,enables managers to monitor and manage the quality and progress of the project in real time,and promotes the efficient flow of information and collaborative decision-making among all links.The application of this technical scheme provides a solution for the integrated management platform of engineering construction with BIM model as the core carrier of data.Key words:railway engineering;work inspection and pricing;EBS encoding;list encoding;intelligent work inspection;data collaboration引言近年来,随着信息技术的不断发展和应用,建筑信息模型(BIM)作为一种新的数字化工具,广泛应用于建筑工程的各个方面。越来越多的铁路工程实践证明,BIM 是实现铁路工程建设信息化的重要基础。国内外有很多学者对此进行研究。SANTOS R 等1对文献进行信息计量分析,并根据内容进行分类,通过内容分析进行验证,表明 BIM 越来越多地被用作可持续建筑实践的可靠方法;李俊杰等2在“中国制造 2025”战略目标的基础上,提出一种基于 BIM 技术的建筑工业化新生产模式;BENSALAH M 等3验证了 BIM 辅助解决铁路建设成本管控的方案;景凤等4分析现行铁路工程量清单计价标准与铁路 BIM 标准在分解结构异同的基础上,提出基于 BIM 的高铁工程模块化体系,建立符合 BIM 建模特点且满足总承包模式及全过程造价管理的三层级高铁工程量清单 EBS/WBS 结构,旨在为基于 BIM 的高铁工程清单计价模式改进奠定基础;王琛等5提出运用 BIM 技术打通设计与造价环节,提升项目的整体设计与造价咨询质量,此种模式是未来造价较为理想的发展趋势;汪一江6对 BIM 模式下的计量方法和规则进行研究,并通过工程实例证明BIM 技术在工程造价领域的应用价值;苏卫国等7研究 BIM 模型与清单关联体系,验证 BIM 在公路领域全过程的造价管理中的可行性;付欢等8从基于 BIM 的工程量计算与计价层面分析 BIM 模型与造价信息关联机制。以上研究从不同深度分析 BIM 技术在信息化中发挥的重要作用,将 BIM 技术拓展应用于高速铁路领域的验工计价管理过程中,可以达到提高管理效率的目的。我国铁路建设在高速发展过程中取得了丰硕成果,发挥显著经济、社会效益的同时,由于信息匮乏、计算偏差、责权不明、管理不严而导致的项目超支、延期的现象屡见不鲜9,因而有效解决铁路建设项目施工阶段的投资控制具有重要意义。验工计价作为控制项目投资的重要手段,工程量计算是铁路工程造价管理中的一项重要的基础性工作,贯穿铁路工程项目的全生命周期10。如果没有准确和合理的计量,会严重破坏工程承包合同的经济关系,影响承包合同的正常履行,可见验工计价在铁路工程建设中发挥着重要作用11。1 验工计价面临的主要问题1.1 传统验工计价存在的问题在铁路工程建设过程中,一般都是由施工单位上报已完工程量,然后通知监理、审价、设计和建设单位进行现场计量,计量信息特征可大致分为功能作用类、材料种类及要求类、几何特征类、施工方式和施工工艺五大类12,计量过程中需要施工单位拿着工程数量表逐个找人审批。用这种信息交流迟缓、办事效率低下的方式验工计价,存在较多问题,具体如下。(1)人工审核难度高,容易出现超计问题在传统验工计价中,计量支付审核数据量大,过程管理数据透明度低,存在承包人为了缓解资金紧张状况而虚报工程量的现象13,审核人员必须熟悉计量支付管理办法和业务部门相关规定,及时了解现场施工动态,工作复杂,人工审核难度高,且容易出现超计量等问题。(2)数据计算工作量大,专业能力要求高工程量清单计价内容详细,参建各方的费用控制工作量都很大14。工程量计量过程中常需根据不同施工段进行不同专业的测量,由于测量结果受主观因素影响15,工程量测量误差可能较大,为避免这种情况,要求业务人员必须有较高的专业水平。(3)数据质量难以保证,易出现错误传统验工计价中,因为数据来源多、数据传递链条长,数据质量难以保证,易出现错误。特别是在工程量清单和实际施工中存在差异时,验工计价结果就会出现误差。(4)数据流程不连贯,信息孤岛现象严重081铁 道 标 准 设 计第 67 卷传统验工计价中,数据流程通常不连贯,各个环节之间信息孤岛现象严重,数据无法及时传递和共享,导致各个部门之间难以协作和沟通,影响验工计价的效率和准确性。(5)审核过程时间长,影响支付进度传统验工计价中,审核过程时间较长,审核结果需要多方确认,严重影响支付进度,容易导致施工单位的资金链出现问题。同时,如果出现异议或争议,审核时间就会更长,影响整个工程进度。(6)无法及时反映施工现场情况传统验工计价中,数据来源主要是纸质材料和人工输入,无法及时反映施工现场情况,难以对施工质量进行及时监控和评估,给工程管理带来困难。1.2 现有验工计价系统存在的问题经调查发现,目前市场上验工计价系统多以单一系统形式为主,存在着很大的业务封闭性、功能局限性,且数据大量来自于人工手动录入。(1)造假难以发现从填报角度分析,验工过程需要多个环节之间进行信息传递和数据交换,最后由施工单位在系统填报本期计量数据,因数据的真实性无法确定,施工单位可能会通过虚填工程量等手段来提前获取工程款。(2)信息传递不畅铁路工程涉及站前、站后等多类别约 30 多个专业16,各参建单位之间的沟通协调难度也相应增加。工程项目管理涉及的内容繁多、信息量巨大,很多信息在建设过程中不断改变,不断更新,在多个部门以及环节之间进行信息传递和数据交换会存在信息传递不畅、数据割裂的情况,影响工程量判定的准确性和及时性。(3)与现代工作方式不匹配随着现代工作方式的不断发展,单一系统的验工计价系统已经无法适应现代生产的需求,需要进行更新和改进。因此,应建立统一高效、互联互通、安全可靠的数据资源体系,增强工程建设项目的透明度和可追溯性17,以确保工程量的真实性和公正性。同时,需要加强对各环节的监督和审查力度,从多维度、多途径构建规范性工程量清单计价模式,不断完善和优化验工计价系统的建设和运营,保证结算的准确性、客观性18,提高数据安全和管理效率。2 解决方案通过上文阐述的验工计价系统存在的问题,结合BIM 相关技术,提出使用 BIM 模型算量的铁路验工计价管理技术,重点解决 BIM 与计量之间的数据壁垒,以 EBS 编码、清单编码、部位树之间的关系为数据链条,实现计量与质量、进度之间的数据共享、业务协同。具体而言,可以通过以下步骤实现。(1)制定基于 EBS 的编码标准铁路工程实体分解结构(简称“EBS”)是铁路工程信息管理系统的数据基础。EBS 标准是以工程量计价清单为基础,考虑检验批及施工习惯形成的树状结构表单及编码标准。EBS 标准与计价关系密切,相比其他数据标准,EBS 标准更有实用价值19。基于 EBS的编码标准可以实现计量、验工计价等工作的标准化。制定统一的编码标准可以解决不同项目之间数据标准不统一的问题。通过唯一的身份信息,将设计、施工、运维等多方对于编码的使用有效地统一。(2)打通 BIM 与计量的数据壁垒模型和编码体系是做好 BIM 应用的基础建设工作20。采用 EBS 编码标准打通 BIM 与计量之间的数据壁垒,建立 BIM 模型与计量之间的关联关系,形成BIM 模型中构件与工程量的对应关系,让计量人员直接通过 BIM 模型获取设计工程量、进度状态、质量状态等相关模型数据,避免人为错误和数据传递不准确的问题,显著提高工作效率和数据的准确性。(3)实现计量、质量和进度之间的数据共享通过唯一标识体系建立数据链接,实现计量、质量和进度管理之间的数据共享,让不同部门之间的数据共享更加简单快捷,从而提高工作效率和数据准确性。同时,也可以实现数据的实时更新和监控,从而及时发现并解决问题,提高工程质量和安全性。3 关键技术3.1 EBS 编码与部位树结合使用的技术在设计阶段创建模型时,将 EBS 编码与模型进行关联。基于编码规则,施工阶段的模型与部位树同时生成,并匹配模型体积、根数、长度等既有工程量数据。部位树是通过 EBS 编码、里程、部位、流水号和特征值来描述构件的,确保了编码结果与构件对应关系的唯一性。此外,基于 EBS 编码的层级划分和别名配置,形成便于施工管理和使用习惯的分部分项分解结构。BIM 模型部位树关系建立流程如图 1 所示。3.2 BIM 模型算量的技术根据铁路工程量清单子目的类型、结构材质、规格等特征分别统计验工计价中用到的工程量数据,具体包括体积、延长米、根数、长度、填方、挖方、个、根、孔、座、处、道等。在设计阶段创建模型时,工程量统计可通过以下181第 10 期田月峰,曹乾桂,陈 翔,等基于 BIM 模型算量的铁路验工计价管理技术应用图 1 BIM 模型部位树关系建立流程Fig.1 Creating process of BIM model site tree relationship方法实现。(1)模型创建后,软件自动计算该模型的工程量21,该数值即可作为工程量数据。例如软件自动生成的混凝土方量、土石方方量等数据。(2)使用软件插件将工程量数据赋值到模型属性,该工程量数据为建模人员录入或软件自动采集方式形成。BIM 模型自动处理过程中,将工程量数据与部位树关联,为后续验工提供数据支持,如图 2 所示。图 2 部位树工程量Fig.2 Site tree engineering quantity3.3 编码体系与清单编码关联技术清单编码根据 TZJ1006铁路工程工程量清单规范的要求进行划分,根据工程量特征进行编码,利用清单编码、EBS 编码的唯一性22,通过清单编码与EBS 编码、模型特征值(如桩径、墩高等)进行关联,并辅以工程量来源和计算规则设置,实现了部位树与计量业务的关联。以水上桩基为例,系统中涉及的关联关系包括清单编码、EBS-分部分项关联表和工程量规则设置,分别如表 1表 3 所示。表 1 清单编码Table 1 Bill of quantities codes清单名称清单编码子目划分特性特征值A.陆上桩基混凝土05010101010201b.桩径1.25 m0501010101050102桩径1.25c.桩径1.5 m0501010101050103桩径1.5d.桩径2.0 m0501010101050104桩径2.0B.水上桩基混凝土05010101010202b.桩径1.25 m0501010101050202桩径1.25续表1清单名称清单编码子目划分特性特征值c.桩径1.5 m0501010101050203桩径1.5d.桩径2.0 m0501010101050204桩径2.0C.钢筋笼05010101010503表 2 EBS-分部分项关联Table 2 EBS-itemized correlation table名称EBS 编码类型钻孔桩0301010101010107EBS陆上桩030101010101010701EBS钻孔验收工序钢筋验收工序混凝土验收工序水上桩030101010101010702EBS钻孔验收工序钢筋验收工序混凝土验收工序表 3 工程量规则设置Table 3 Quantity rule settings清单名称清单编码来源计算规则B.水上桩基混凝土05010101010202b.桩径1.25 m0501010101050202模型量公式c.桩径1.5 m0501010101050203模型量公式d.桩径2.0 m0501010101050204模型量公式C.钢筋笼05010101010503折合计算,折合子目:0501010101050202、0501010101050203、0501010101050204公式通过工程量规则设置,可以对模型量做进一步调整和来源设置,可通过以下方法实现。(1)对模型量按照公式进行折算,如 0.9A 表示工程量等于 0.9 倍模型量。(2)按照指定子目获取的模型量进行折算。如清单编码 0501010101050203(桩基混凝土)合同工程量为 1 000 m3,清单编码 05010101010503(桩基钢筋)合同工程量为 600 000 kg,通过部位树获取到的 1 号水上桩基模型量(混凝土)为 34.678 m3,如表 4 所示。表 4 部位树获取的工程量Table 4 Quantity of work obtained by the site tree名称EBS 编码模型特性部位里程流水号模型量钻孔桩1 号墩1 号水上桩0301010101010107011.51 号墩JLLXDK0+178.9870134.6782 号水上桩0301010101010107011.51 号墩JLLXDK0+178.9870234.678通过将表 1 的清单编码与表 2 的 EBS 编码进行关联,利用 EBS 编码,形成表 1 和表 4 之间的关联关281铁 道 标 准 设 计第 67 卷系。通过模型特征与特征值的匹配,筛选掉多余的关联关系(如 b.桩径1.25 m、d.桩径2.0 m),最终按照表 2 中的规则生成工程量,生成的结果如表 5 表8 所示。表 5 验工计价清单(主表 1)Table 5 Checklist of work inspection(main table 1)名称清单编码工程量/m3B.水上桩基混凝土05010101010201c.桩径1.5 m05010101010502031 000表 6 关联明细(从表 1)Table 6 Correlation schedule(from Tab.1)名称工程量/m31 号水上桩34.6782 号水上桩34.678表 7 验工计价清单(主表 2)Table 7 Checklist of work inspection(main table 2)名称清单编码工程量/kgC.钢筋笼05010101010503600 000表 8 关联明细(从表 2)Table 8 Correlation schedule(from Tab.2)名称工程量/kg1 号水上桩20 8072 号水上桩20 8073.4 以部位树为“桥梁”实现业务数据互通部位树可以建立编码体系与构件实体的对应关系,实现构件与不同业务需求之间的对应关系。通过部位树可以实现业务与模型数据的联动,以及不同业务之间的数据联动,促进数据的传递和共享,提高工程管理的效率和准确性。通过部位树可以将安全质量问题库整改情况模块对应的安全质量信息、工序报验模块对应的进度信息、BIM 模型模块对应的工程量信息同步到验工计价中,见图 3。图 3 数据流转关系Fig.3 Data flow relationship部位树具有精细描述建筑物构造细节的优势,提高模型的准确性和可读性。同时,由于部位树基于唯一性编码,避免重复命名或缺失部位的问题,提高了工作效率和数据准确性。通过部位树实现不同数据之间的协同,为铁路项目的验工计价全方位信息化管理提供解决思路。4 管理技术应用基于以上解决方案和关键技术,开发一套基于BIM 模型算量的铁路验工计价系统。该系统能有效打通模型和计量之间的数据障碍,并形成一套自动化验工计价方案。下面详细介绍该系统的具体应用情况。4.1 部位树清单关系通过编码体系与清单编码的关联技术,能够建立部位树和清单之间的关联关系,确保清单与实际部位的精确匹配。在系统中实现 1 号8 号陆上桩与相应的清单进行关联,见图 4。图 4 部位树清单关联关系Fig.4 Site tree-bill of quantities association4.2 计量报验目前 BIM 应用软件在建筑领域造价算量方面已可以通过对 BIM 设计交付模型建立 3D 关联数据库的方式快速计算并提取工程量,提高了工程算量的精度和效率23,可以用来指导当期验工计价过程。系统通过清单与部位树的关联关系以及部位树传递的进度和安全质量问题整改状态,能够快速筛选出符合当期计量的节点。根据模型量,系统自动计算本期的验工数量,实现智能验工的功能。在系统中实现 1 号3 号陆上桩质量状态检查和工程量提取,见图 5。图 5 计量报验Fig.5 Metrology report381第 10 期田月峰,曹乾桂,陈 翔,等基于 BIM 模型算量的铁路验工计价管理技术应用4.3 验工审批审批人员根据最底级清单所关联的部位树节点的进度状态、质量状态等相关信息,能够快速审批当期报验内容。系统提供统一验工依据,审批人员可以迅速判断报验内容是否符合标准,避免人为审批过程中出现的误差和偏差。4.4 报表输出系统内设置工程量计算和统计分析的基础规则,可实现计量支付报表的自动生成,减少人工计算工作量,同时避免因人为因素导致的计算错误。报表输出功能提高了数据处理的效率和准确性,为项目管理提供可靠依据,见图 6。图 6 验工报表Fig.6 Inspection report4.5 统计分析系统具备自动处理和汇总数据的能力,形成相关的可视化分析数据。这些数据为建设单位控制投资、拨付工款提供依据。同时,通过系统的统计分析功能,管理者可以快速获取项目的关键指标和趋势,如工程量完成情况、质量合格率、验工计价数据等。这些数据以直观的图表形式展示,帮助管理者快速了解项目的整体进展和各项指标的情况。4.6 相对于传统验工方式的优点相对于传统的验工方式,基于 BIM 模型算量的验工计价系统具有以下优点。(1)自动计算和引入工程量。验工计价系统可以自动计算和引入工程量,减少繁琐的人工操作,提高工作效率。系统能够根据清单和部位树的关联关系,自动计算本期验工数量,避免手动计算带来的潜在错误。(2)减少数据错误和偏差。通过自动化数据计算,验工计价系统可以减少数据错误和偏差,提高计价的准确性。系统基于准确的模型量和部位树的进度、质量状态信息,减少人为操作和数据录入导致的错误。(3)信息共享和协同。协同管理动作标准化,利于 BIM 技术应用扩展和项目协同管理能力的提升24,验工计价系统能够实现信息共享和协同。通过部位树的关联关系和模型数据,系统可以整合进度、质量等模块的相关数据,实现各个环节之间的信息共享和协同,提高项目管理效率,减少信息孤岛。(4)费用透明化。验工计价系统可以实现费用的透明化,方便对各项费用进行有效管控和管理。系统能够清晰地记录和跟踪每个构件的计量数量和对应的费用,使费用情况一目了然,便于监控和管理。(5)数据可视化。数据可视化是数据分析中不可或缺的重要组成部分25,验工计价系统可以实现数据的可视化,为管理者提供实时的决策数据依据。通过系统的可视化界面和报表,管理者可以直观地了解工程量、费用、进度等各项指标的情况,帮助做出准确的决策和调整。5 应用实例鲁南高速铁路菏泽至曲阜段项目设计行车速度目标值为 350 km/h。选择该项目 1 标段数据作为样本,同时进行传统方式和基于 BIM 模型算量的验工计价的测试。经过测试,2 种方式得到的工程量数据误差均低于 1.5%。为了确保结果的准确性,请中立第三方再次核算,结果显示基于 BIM 模型算量的工程量数据更接近理论数值。由此可知,基于 BIM 模型算量的验工计价方式更为准确,整个验工计价流程在线上完成,相比传统方式,效率提高了 40%50%,流程效率提升明显。在系统中,通过与验工计价关联的质量和进度信息,帮助项目管理人员及时了解项目的实际情况,为管理人员的工程业务管理提供数据支持,使决策更加合理,提高了管理水平,推动了铁路行业数字化发展。基于 BIM 模型算量的验工计价在准确性和效率上具有明显优势,为工程业务管理部门提供了有力支持,整体应用效果显著。6 结语本研究基于 BIM 模型算量的铁路验工计价管理技术应用方案,取得了显著进展,解决了 BIM 与验工计价之间的数据壁垒问题。通过 EBS 编码与部位树结合、清单编码关联技术,成功建立 BIM 模型与验工计价系统的关联关系,实现数据链条的畅通和进度、质量、验工业务协同管理。该方案的应用可以实现验工计价过程的信息化管理,减少业务人员的工作量,提高工程管理的效率和质量。通过展示关键功能的实施情况,证明基于 BIM 模型算量的铁路验工计价管理技术方案能够帮助工程管理者更清晰地了解工程量的来源和计算方式,增加验481铁 道 标 准 设 计第 67 卷工计价结果的可信度和可靠性。同时,管理人员能够实时监控和管理工程质量和进度,促进信息高效流转和协同决策。该方案也对以 BIM 模型为核心的工程建设集成化管理平台具有重要意义,为工程项目提供了全面信息化管理的解决思路。综上所述,基于 BIM 模型算量的铁路验工计价管理技术应用方案可以为工程项目的信息化管理提供切实可行的解决方案,优化验工计价过程,减少数据错误和造假,提高工程管理效率和质量。进一步推动 BIM技术的应用和标准化工作将对该方案的推广和应用产生积极影响,为工程项目的成功实施提供更好的支持。参考文献:1 SANTOS R,COSTA A A,SILVESTRE D J,et al.Informetric Anal-ysis and Review of 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