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[分享]BIM算量更精确吗？——道路工程BIM讨论
BIM算量更精确吗？——道路工程BIM讨论
自从BIM技术在全球工程界风行以来，大家对BIM技术在工程建设管理中作用和价值的讨论从未间断过。在工程设计阶段，很多人认为“精确算量”（即精确计算工程数量）无疑是BIM实际价值最重要的优势之一。今天，我们就结合道路工程专业设计特点，试着谈谈BIM技术“算量”是否更精确、更高效的话题吧。
图 1 路基土石方数量表
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我们知道，无论从狭义BIM还广义BIM的理念出发，工程BIM技术应用首先要建立工程的三维实体模型。于是，很多人直观的理解，既然工程三维模型都有了，基于对模型几何体的求解、遍历、检索，再加上分类累加，统计工程数量自然是更为精确的、也有可能是更为高效的。
但事实上，直至今日，在道路工程专业领域，即便任何一个宣传大量采用BIM技术进行设计的实际工程项目，其工程设计（也包括各类工程量计算）主体上仍然是基于成熟的国产专业CAD软件（如纬地软件等）完成的，并不是由参与工程项目的BIM团队、基于BIM模型设计完成的。
那这又是为什么呢？
图2 纬地BIM2.0建模效果
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BIM模型本身并不完整、并不精确
尽管在逻辑上，基于模型进行工程算量似乎是更为精确的，但要得到这一结论，首先必须有两个前提条件：第一，BIM模型必须是完整的；第二，BIM模型必须是精确的。
今天，对BIM技术稍有探索和应用的人士均掌握一个实际情况，无论对于建筑类工程、电气工程，还是道路及其附属工程，今天我们尚没有能力建立一个工程项目中所涉及到的、所有细节的、部件的BIM模型。例如，在公路工程中，我们尚没有能力建立所有道路、桥梁、涵洞、隧道、交通工程和沿线设施等的所有细节模型，小到每一颗螺丝钉、细到每一根“箍筋”。因为，如此细致的BIM模型的数据量将会是“海量级”的，而我们当前的计算机软、硬条件还无法对“海量级”的模型数据进行操作处理。
如果我们稍微调研一下各行业BIM标准就会发现，BIM标准无不涉及到建模精度、深度、颗粒度等内容，即在国际范围公认的、不可回避的主要内容——对BIM模型进行简化或抽简。为什么呢？因为今天大家都清楚，BIM模型不可能、也没必要细致到每一个螺丝钉和每一根箍筋！
回到精确算量的话题上，既然BIM模型都是不完整的、不细致的，有的工程部件甚至根本就没有建模，又如何基于BIM模型获得精确的工程数量呢？
图3 纬地BIM2.0路基模型
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道路设计原理决定了工程量计算方法不是简单的模型体积
众所周知，道路工程虽然与建筑等工程均属于大土木的范畴，但是其设计原理、方法，包括工程量计算的方法却与建筑工程存在较大的差异。建筑类工程多属于点状工程，而道路、铁路、渠道等工程则属于线状、带状工程。从BIM三维建模的角度，建筑工程在大多是可以被离散为一个个小的规则体模型。于是，一座看似庞大的建筑工程，最终可以采用一个个小的、规则体的单元模型构成。这就是建筑工程BIM应用中“族库”概念的来源。基于上述原理，在建立BIM模型之后，只需要通过软件求解每一个规则体——单元的工程量，就可以通过分类、累加、统计，进而就可以获得整个建筑工程的工程数量了。
图4 道路横断面组成示意图
但是，道路工程则完全不同，道路的主体工程——路基工程，是完全不规则的三维空间实体。在严格意义上，路基断面在每一延米上均是不同的，因为原有地面必然是高低不平的，而且道路的纵坡是不断起伏变化的，就连路基宽度也存在很多加宽和超高过渡的情况。因此，公路路基主体的BIM模型只能是采用分段、逼近的方式来构建。我们知道，无论是国内，还是国外，道路路基工程的土石方工程数量计算的原理和方法都是相同的，即采用近似的棱柱体体积的方法进行计算，并不是求解每一段BIM模型的几何体体积。
图5 路基工程数量计算原理示意图
基于上述计算原理和方法，如果希望提高路基土石方的计算精度，唯一的途径就是进一步细分每一个路基分段的长度。但是，在BIM建模中，我们又不可能按照每延米、甚至每毫米的间距去建模，去计算土石方量，那样就会导致BIM模型的数量以10的倍数级增加。通常在道路勘测设计中，国内外普遍的路基分段长度就是以10到20米为间距的。
所以，基于BIM模型求解空间体积的方式，根本就不适用于道路主体工程——路基工程算量。又怎么能得出BIM方式算量更精确呢？
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作者记得不久前发生的一个关于BIM应用的“乌龙事件”。某设计单位的BIM中心向我们反馈：你们纬地软件计算的工程量数量是错误的，而且连公路的里程（数）也可能存在问题。作者当时一惊，怎么可能呢？
后来详细调查才发现，原来该BIM团队对照一段公路的设计图纸，以翻模方式构建了该路段的BIM模型，并且对该路段的路基工程数量等进行了校核。但是，他们却并不了解路基工程量的计算原理和方法，想当然地以分段BIM模型的空间体积累加的方式来计算路基工程数量。而更让人惊讶地是，他们竟然是以路基BIM模型的空间长度累加值，来校对公路的里程长度。
根据道路设计原理，道路的里程长度（铁路工程也是如此）并不是道路三维实体模型的空间长度（或斜长），而是道路中心线在水平面上的投影长度。在道路、铁路等工程设计中，各专业设计和定位控制均是以里程长度（里程桩号）作为主要参数和参照对象的。
图6 路基施工现场照片
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专业CAD算量已经很高效
有人说，“基于BIM模型实现工程量自动化统计，总是比人工算量更高效嘛”。作者认为，持这样观点的人士，只是不了解当前工程设计的实际技术现状罢了。
不只是今天，早在十多年前，无论大型专业勘察设计企业，还是中小型甚至是县乡一级的交通局、养路段，在各类规模的道路勘察设计项目中，对于道路路基、桥涵、隧道、支挡构造物，乃至交通工程及沿线设施，都已经普遍采用了纬地软件等国产专业CAD软件。在各分项或专业设计任务完成时，工程师只要一个菜单命令，几秒钟内软件便会自动统计并输出各类工程数量了。也就是说，国产CAD软件输出工程量和图表成果的效率、精度，均已是处于非常高的状态了。
所以，作者认为，讨论BIM技术价值和优势，首先要调查清楚今天技术现状，更不能以十多年前的手工状态作为参照对象。
图7 纬地BIM2.0道路建模成果
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结语
综上所述，基于BIM模型进行工程量统计计算，无论是准确性，还是统计效率，与当前的三维CAD方式比较，都不会是更高的。至少在道路工程专业领域，有人宣讲的“BIM算量更精确”的说法是不靠谱、站不住脚的。
作者了解，在过去20多年间，随着我国基础设施的高速发展步伐，道路工程领域的国产CAD软件取得了长足的发展，无论是在专业性、专业覆盖面、三维设计技术、自动化程度等方面均已经领先于国外同类软件。国内几乎所有的公路、城市道路和铁路项目，均主体采用国产软件设计完成。至于工程量统计、计算方面精度和效率，早已经发生了“质的飞跃”。今天，“算量”早已不再是工程师重点考虑、也不是制约工程设计效率的问题了。
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