基于BIM的建筑框架方案前期评估量

þþHOS T E D B Y可在www.sciencedirect.com网站上查阅计算设计与工程学报2（2015）16www.elsevier.com/locate/jcde基于BIM的开放式建筑框架方案前期评估量Jungsik Choia，Hansaem Kimb，Inhan Kimc，na韩国京畿道庆熙大学工程学院b建筑研究所（BIM CM），Heerim Architects &Planting Co.，有限公司、韩国c韩国京畿道庆熙大学建筑系接收日期：2014年5月30日;接收日期：2014年9月5日;接受日期：2014年9月16日2014年12月6日在线发布摘要由于建筑项目规模大、结构复杂，因此，通过建筑自动化为BIM模型提供并行施工过程就显得尤为重要。特别是，BIM模型上的示意性土方量（QTO）估算是一种策略，可用于在几分钟内辅助决策，因为70-80%的建筑成本是由设计师在早期设计阶段的决策决定的本文提出了一个QTO过程和QTO原型系统的建筑框架内的开放BIM，以改善低可靠性的估计在早期设计阶段。该研究包括以下四个步骤：（1）在早期设计阶段分析细节层次（LOD）以应用于QTO流程和系统;（2）基于开放BIM的QTO BIM建模;（3）基于QTO应用检查表检查BIM模型的质量并提高可施工性;（4）开发和验证QTO原型系统。建议的QTO系统是有用的，以提高可靠性的原理图估计，通过减少风险因素和缩短所需的时间&2015 年 CAD/CAM 工 程 师 协 会 。 由 Elsevier 制 作 和 主 持 。 这 是 一 个 在 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。关键词：行业基础类（IFC）;细节层次（LoD）;开放式BIM（建筑信息建模）;原理图估算;数量计算（QTO）1. 介绍工程造价估算是工程项目前期和详细设计阶段决策基于QTO的施工阶段可以用于采购和预测施工成本[2]。在韩国，基于2D图纸的估算工作与基于工人错误和技术诀窍的QTO产生了差异。 此外，基于2D的估计缺乏用于估计的不确定性因素[3]。因此，建设项目寻求更准确的质量保证和成本估算。可靠的评估需要准确的建筑信息。来自QTO的不准确信息会产生估计误差，因为☆本文基于韩国建筑学会杂志29（5）31-38（2013）首次报道的研究。n通讯作者。联系电话：传真：82 31 201 292682 31 205 7614。电子邮件地址：ihkim@khu.ac.kr（I. Kim）。同行评审由CAD/CAM工程师协会负责。早期阶段的过程乘以单位成本。为了解决基于2D的QTO任务问题，对基于3D的 QTO的研究一直很活跃[4]。然而，在基于3D的QTO中存在各种问题[4]。然而，在基于3D的QTO中存在各种问题。本研究描述了将BIM数据属性（体积、面积）与单位成本联系起来的方法，并开发了一个QTO原型系统。本研究的范围主要包括建筑框架。这占项目总成本的50%以上。方案概算有助于设计方案和施工方案的选择。本研究所开发的QTO原型系统，具有钢筋混凝土工程与钢框架工程的概图评估模组。研究的方法是：1) 通过案例分析和对订单/成本估算的研究，得出关键成本。2) 通过BIM建模、物理质量检查和数据质量检查，建议一个开放的基于BIM的QTO流程，http://dx.doi.org/10.1016/j.jcde.2014.11.0022288-4300/2015 CAD/CAM工程师协会。&由Elsevier制作和主持。这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）1617成本估算和用于框架示意图估算的QTO。3) 利用IFC模型中的信息以及数量信息与示意图估算计算方法之间的联系，开发并验证建筑框架QTO原型系统。2. 初步研究在这一部分中，我们分析了基于三维模型的QTO/估计区域的早期研究和实现。并通过对国内外广泛使用的软件的分析，得出了定量预测的含义和发展趋势。因此，在第3章中，试图提供一个过程来解决现有的限制，并提高QTO/估计的准确性。2.1. 图解估计每个设计阶段的成本估算可分别定义如下：规划阶段的概念估算、方案设计阶段的方案估算和设计开发阶段的详细估算[5]。方案估算的目的是可行性研究和粗略的成本估算。在WBDG中，概算可用于各种设计方案、施工材料的报价和方法的比较原理图设计结束时的目标是在预算范围内有一个设计方案，程序和估计[6]。在国内生产的基本途径中，图解估计可以分两步进行1) 计算每平方米建筑成本的统计和经验方法。2) 单位面积成本的计算依据是通过分析单位面积成本的计算方法。本研究的方法是透过BIM资料撷取建筑元素的数量，以进行方案估算。建筑成本很这导致原理图估计的可靠性增加。2.2. 先进研究自20世纪90年代以来，QTO和估算一直使用自动化系统，并已从基于2D的自动系统转变为基于3D的自动系统。通过分析韩国的主要研究，可以发现一些启示;自动系统应用于3D模型中面向对象的方法[6]，将3D模型与成本联系起来的基于配方的方法[3]，使用IFC 3D模型的QTO方法[4]等。通过分析国外的主要研究，可以发现一些启示：使用IFC模型影响能源性能评估因素的成本估计方法[7]，用于估计任务的面向对象软件中的算法和数据库开发[8]，以及通过建筑功能成本的高性能建筑估计假设的方法[5]等。基于3D的面向对象方法学的研究以及对CM成本、能源成本等多任务间联系的研究已成为当前研究的趋势。以往的基于3D的QTO和估计的研究使用数据模型进行QTO/估计，因为它不是通过3D模型执行任务与现有系统相比，QTO/估计然而，以往的研究存在着为QTO建立自己的数据模型的缺点。本研究透过开放式BIM的概念，提出一个使用QTO任务与评估任务的整合模式。IFC模型的概念可以贯穿建筑生命周期的整个任务，只要工人为任务输入必要的数据;设计，施工，设施管理。因此，本研究提出了一种在早期设计阶段使用IFC模型进行示意性估算的QTO方法（表1）。2.3. 分析QTO/估算软件直到20世纪80年代初，用于估计的技术还包括QTO和手写。自20世纪80年代中期以来，使用了自动估计相关系统。大型建筑公司的基于3D的模型在早期开始使用，表1研究趋势分析。趋势关键词研究内容自动化QTO面向对象的自动化估算系统在3D模型中应用元素信息[6]基于配方的QTO配方研究[3]IFC模型开发IFC 3D模型中的QTO应用[4]根据进度计划为QTO开发模块[9]自动估计基于构造基于使用3D模型的构造方法的自动化[10]能源成本能源绩效评估影响因素的成本估算使用IFC模型影响因素[7]高性能建筑的自动化评估通过建筑功能成本估算高性能建筑的假设[5]估计效率基于BIM的QTO的3D自动建模方法[11]建立自动估算数据库面向对象软件中的算法与数据库开发用于估计任务[8]18J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）16-Fig. 1. eQbq工作流程[12]。90年代随着报价系统的发展，可以计算3D模型的准确体积，以提高估算效率并满足同样，国内外在工程量计算中采用手工计算的比例尺进行表述，也是从最初的手工建造高楼开始的，由于节省时间和带来的诸多不便，为了提高估算的准确性，相关方案在20世纪80年代才在努力中发展起来。1) EMS责任公司EMS详细介绍了建筑、工程、设备、电气、景观和室内的施工工作，并按工作类型的详细信息进行管理，作为程序之一，允许您操作集成开发管理系统。估算是基于国家组织的数据库，季度材料单价，计算系统提供的单价文档易于获取信息。2) MIDWARE-责任公司价格表结构处理条件的具体特征和细节，取决于根据设计、细节和材料成本、人工成本和费用分类计算的性质/估计量。还有一个以报表形式的综合单价，以便提取。楼层详细信息基于每个项目的数量，并通过检查自动提取流程活动获得。3) ROCTEK国际公司软起飞：框架和修整体积计算程序-通过屏幕上的输出量实现高精度快速估算减少40-80%的劳动力数字化仪用于计算结构和精加工的数量，减少时间和劳动力成本4) Vico，Vico软件公司Estimate：constructor（ArchiCAD）建模元素，用于估算体积，以便能够投标QTO计划的详细信息。成本经理：5D演示者与成本管理程序一起使用收到的估算数据。5) 电子商务新加坡政府实施的eQbq是一个使用BIM的目前，新加坡 政府 已向 输出 文档 的所 有者 提供CONSOFT 的CONSOFT。eQbq通过将新加坡国家标准分类系统提供的SS CP 83和CEMS第1部分（SS CP 97：第1部分）程序相关联，计算数量并集成基于网络的信息系统。工程量的计算基于CAD系统，必须与业主的招标采购系统兼容（图）。①的人。国内外在实践中最常用的软件都有一定的局限性。1) 仅与特定软件2) 为了应用软件不可避免的额外工作3) 通过具体分类体系●●-●●J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）1619●●●●●●●●●●●●●●●在这项研究中，使用标准格式IFC，所提出的方法不限于特定的软件。此外，从一个国家到另一个国家的估计以及如何最大限度地减少额外的工作，以提出一个可以适应不同分类系统的计划。3. QTO流程和BIM建模3.1. 基于BIM的开放式QTO流程基于BIM的估算需要BIM模型和单位成本信息数据库可靠的估算要求QTO结果的准确性，而高质量的BIM模型对QTO的准确性具有决定性影响在本章中，我们提出了一个图二. 开放基于BIM的QTO流程。开放了基于BIM的QTO流程，提出了一种原理图估算的建模方法。QTO流程包括四个步骤：BIM建模、物理质量验证、属性验证和数量计算。BIM建模使用支持IFC格式的BIM创作工具BIM模型的物理质量通过商业软件Solibri ModelModel Model（SMC）进行验证。这一步可以保证数量信息的准确性。核实物业涉及提取结构元素及检查建筑规范，以扩展估计工作。BIM模型需要验证物理数据，以计算框架示意图估算的数量（图1）。 2）的情况。3.2. 建模的LoD分析在美国建筑师协会（AIA）中，LoD的定义提出了每个步骤的目的和范围，可用于建模数据以及用户确定对象级别所需的其他作者和模型数据[13]。LoD可用于收集项目不同阶段所需的信息。还必须界定所需资料的范围。为了使模型适合于项目的各个阶段，要求对每个阶段的建模都在细节层次上进行。在所有细节层次上都需要适当的模型。国内和国际BIM指南和手册中对LoD的定义使项目的BIM利用得以完成。此外，它还建议了每个步骤中模型数据的目的和范围。表2包含LoD的内容。表2研究趋势分析来自国内和国际指南的LoD分析LOD1（概念设计）AIA文档E202：建筑信息建模协议展示[13]非几何数据或线条、面积、体积、区域等。[14]第十五届中国国际建筑与设计建筑质量研究。指示性尺寸、面积、体积、位置和方向。LoD2（示意图设计）LoD3（详细设计）LoD 4（建筑）三维显示的通用元素。最大尺寸特定元素确定了3D对象几何形状。尺寸容量连接施工图/制造采购制造安装指定近似尺寸、形状、位置、方向和数量。尺寸、形状、位置、方向和数量。● 特定的元素和设备。建模到装配细节包括数量、质量、材质、纹理、颜色等。近似尺寸、形状、位置、方向和数量。● 非几何性质。准确的尺寸、形状、位置、方向和数量。● 非几何特性完成详细设计阶段以上的LoD 5（O M）竣工-实际完整的制造和组装细节。审查设备的材料和尺寸、纹理等。BIM元素的详细程度与详细设计阶段相似。在施工阶段更新变更。●●20J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）16图3.第三章。结构建筑元素在建筑建筑元素中应用建筑框架[16]。见图4。原理图估算输入属性的方法：（a）输入LoadBearing提取建筑框架的元素，（b）输入估算的建筑分类代码。在表2中，示意图估计的LoD显示LoD2包括基本构建元素。可以计算基本建筑元素的数量。建筑构件按结构属性分类，计算框架的数量。建筑元素按结构属性分类，以便根据MVD计算建筑框架的数量，用于buildingSMART Int 'l中的QTO/估算。建筑元素应用建筑框架如图所示。 3为承重墙、柱、板、梁、楼梯。的制造模型的原因是LoD2工艺提取了5种元素的数量。3.3. 原理图估算示例模型由Revit 2015使用buildingSMART KOREA建立的KBIMS- Library v.0.9[17]完成。该模型需要估计数据，因为本研究不仅是定量研究，而且是示意性估计。输入属性为J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）1621图五. 建筑分类/建筑类型和单位。提取结构构件的承载力和估算的建筑分类规范首先，图4（a）所示的结构特性允许选择承重或非承重墙 。 墙 的 结 构 属 性 以 true 或 false 的 形 式 输 入 IFC 文 件LoadBearing中。用于提取LoadBearing值的元素的唯一真值是通过柱、板、梁、楼梯计算的建筑框架的数量，以与墙相同的方式第二，输入估算的结构代码的方法是添加pset并在每个元素中输入代码，如图4（b）所示。这是为了增加pset为10，因为每个元素都需要一串代码。这是为了增加pset为10，因为每个元素都需要几个代码。这被韩国公共采购服务的“建筑规范操作系统-建筑分类”[18]和土地，运输和海洋事务部的“建筑类型和单位成本适用于2012年建筑项目的实际成本”[19]引用。代码有6位数字，3个字母和3个数字。每个代码包括建筑类型、标准、措施和单位成本，如图5所示。两种类型的代码可用于代码映射以标准化估计。最后，利用KBIMS库，输入结构特性和施工规范，建立了建筑框架结构方案评估的最终模型。该模型使用软件验证物理和数据质量。质量检查后，模型将最终用于质量目标和估计。4. QTO原型系统的开发与验证本章讨论了提高准确性和可靠性的验证、提取QTOBIM模型中的信息的方法以及开发QTO原型系统联锁和QTO方法。在SMC中进行物理质量验证通过开发的系统InSightBIM-QTO进行数据质量和QTO验证。见图6。建筑框架与构造规范的提取4.1. QTO的物理质量验证使用创作工具创建模型以验证物理质量。物理质量检查是形状表示的最低要求，元素之间的相交可以提高计算量的精度。质量管理软件本研究使用SMC，其规则集取决于检查表。 该清单取决于国内法，并有一个关于实际质量、逻辑质量和数据质量的清单。身体素质的标准是“主要因素之间不应有干扰"，“元素之间不应有重叠。"，“所有结构元件都应得到其他结构元件的支持.”等BIM模型经历一个根据错误事实修改BIM创作工具的过程。在检查物理质量之后，它选择在BIM数据中为构造类型编码的输入属性。22J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）164.2. 验证QTO一个QTO原型系统分为两个模块已经开发。数据质量的验证由QTO系统中的InSightBIM-QTO预检查模块进行。预检查模块用于检查是否输入了所需数据，并检测输入数据中的错误。首先，当结构元素不具有结构属性时，预检查模块检测错误。其次，检查项目验证施工规范中的错误其具有不存在的代码或错误的代码，因为通过在元件和单位成本之间的映射来使用构造代码。图6示出了提取结构元素的方法，和建筑规范作者利用该方法开发了预检验模块，并利用该模块对数据质量如图7所示的预检查结果是检查错误元素和错误描述。它提出了两种类型的错误，检测代码的存在或不存在，见图7。 InSightBIM-QTO中预检查的结果图8.第八条。建筑框架中元素数量的提取方法J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）1623代码的格式。BIM模型可以通过使用MS Excel格式导出的错误报告的创作工具进行修改。在完成物理/数据质量检查后，BIM模型可以进行QTO。4.3. 建筑框架建筑框架的QTO分为两部分，一部分是钢筋混凝土工程，另一部分是钢结构建筑框架。适用于钢筋混凝土工程QTO的承重墙、柱、板、梁和楼梯可从IFC文件中提取，如图8所示。适用于钢框架QTO的柱和梁从IFC文件中提取其长度，因为型钢的数量将其单位重量乘以长度。如图8所示的提取信息是通过示意性QTO的方法计算的。在BIM模型中提取混凝土量。钢筋和模板的数量由混凝土的比例计算[20]。示意性QTO的方法如式（1）-（4）所示钢筋混凝土工程（承重墙、柱、梁、板、楼梯）● 混凝土工程量（Cv）Cvm3Ifc数量体积值承重墙;柱;板;梁1 -1 mmCvm3¼竖板数量* 踏板长度* 宽度 * 实际立管高度楼梯间1 -2层钢筋数量（Rv）RvCv* 混凝土配筋● 形式数量（Fv）混凝土模板率Fv/m2/m3/Cv钢结构建筑框架（柱、梁）型钢单位重量韩国标准*IfcQuantityLength4在钢筋混凝土中，工作是根据混凝土的体积和钢筋和模板的数量计算的。混凝土体积是使用承重墙、柱、板或梁等每个图元的体积提取的。钢筋和模板的用量按实际工程中混凝土的配合比计算例如，让我们假设墙的体积是60m3，钢筋的比率是100，而模板的比率是6.5。需要一个公式来制造墙。混凝土量<$60立方米3立方米5立方米钢筋数量<$60m3*100kg= m36000公斤重表格数量：<$60m3*6： 5m2= m37见图9。 楼梯示例要用60 m3的混凝土和6000 kg的钢筋制造一堵墙，总共需要390 m2的模板。墙、柱、板、梁的计算公式相同，只是比例不同。然而，楼梯混凝土量的计算公式需要稍微不同的方法。需要更多的信息来计算。混凝土楼梯1/4A*B *C*DA是楼梯踏板的长度，B是它的宽度，C是踢板的高度，D是踢板的数量（图9）。钢筋和模板的数量需要公式（6，7）在钢结构建筑框架中，计算了型钢的体积. 钢材体积从IFC文件中提取其长度，因为型钢数量的方法是将其单位重量乘以长度。计算量的比率可以使用钢筋的数量和每个混凝土数量的模板等级该模型包括质量验证和设置计算选项，以使用InSightBIM-QTO计算数量， 如图 所 示。 10个。在InSightBIM-QTO中确认QTO的结果，并以MS Excel格式导出。在钢筋混凝土工程中，结果的值是混凝土、钢筋和每个元素的形式的数量。此外，单位体积混凝土的钢筋和模板的比例被用来提供计算的基础。在钢框架工程中，它用于计算柱和梁的数量（图）。 11）。从InsightBIM-QTO得出的数量包括与Revit architecture和SMC的比较分析。虽然比较的结果是取决于软件的计算方法的微小差异，但结果几乎匹配。然而，楼梯和钢型材的数量比其他遵循韩国标准的软件更准确5. 福利和贡献在本研究中，我们提出了一种新的方法，估计方法，通过分析现有的极限点。我们已经提出了使用基于OpenBIM的模型的计算过程量，这种方式该方法不仅可以提高计算量的准确性，而且可以提高计算精度，●24J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）16见图10。 设置计算选项和定量目标结果。见图11。 QTO结果导出为MS Excel。模型的质量。此外，计算结果的金额亦受到影响，以提高估计结果的可靠性，并用作日后估计的基础数据目前，该研究是一种计算量的方法，对应于只有建筑框架延伸是可能的，在各种方法的建议，将有助于研究估计计算量的开放BIM基地的建设。6. 结论本研究提出了一种解决QTO人工估算可靠性低，难以对大量的数据管理的复杂性和规模。具体而言，它基于开放式BIM，用于早期设计阶段的示意图评估的QTO流程。根据IFC模型和QTO系统输出的信息，开发了建筑框架的QTO系统。具体研究结果如下：本研究提出一种开放的BIM为基础的方法和QTO过程的原理图估计。 该过程包括4个阶段：原理图估算建模、提高准确性的验证、估算数据质量的验证以及提取数量和计算方法的QTO方法。●J. Choi等人/计算设计与工程学报2（2015）1625þþ作者开发了一个用于建筑框架方案评估的QTO原型系统，这是早期决策的重要因素。该系统InSightBIM-QTO分为两个模块。附加功能模块包括用于选择结构构件的预检查选项和用于修改混凝土比例的计算选项模块因此，这些方法不仅有助于提高QTO的准确性，还有助于验证IFC模型的质量[21，22]。QTO结果可以改善原理图估计任务，提高估计的可靠性在本研究中，QTO方法的应用范围受到建筑框架的限制。这导致了本研究中应用的QTO方法的实际应用困难为了弥补这一缺陷，应扩大QTO方法的应用范围。作者提出了一个开放的基于BIM的估计过程，并开发了一个示意性的估计系统，为未来更可靠的基于IFC的估计。该研究可用于可行性研究的挣值管理（EVM）方案估算。利息负债表作者没有利益冲突致谢本研究得到了韩国国土交通省建筑城市发展引用[1] P. A.管理过程、质量和成本：案例研究。成本管理学报2001; 15（2）28-32.[2] Tuan A，Park JY.开发各种类型的产品-服务系统的集成设计方法.计算设计与工程杂志2014; 1（1）37-47。[3] Choi CH，Park YJ，Han SH，Chin SY.用于5D（3D Cost Schedule）CAD系统的基于配方的估算系统。见：韩国建设管理协会学术会议;2006年; p。154-160。[4] 黄宇通过IFC模型从图形自动提取数量。韩国建筑学会杂志2004; 20（12）89-98。[5] [10]杨文，杨文，杨文.支持高性能建筑设计的综合成本估算方法。2009年夏季研究论文集; 2009年; p.69比85。[6] 国 家建 筑科 学研 究所 [ 互 联网] 。 成本 估算 。可 查阅 ：http ：//www.wbdg.org/design/dd_costest.php。[7] Oh SW，Seo BJ，Kim YS，Choi JR.利用三维CAD建筑构件信息开发自动化成本估算系统。韩国建筑学会杂志2001; 17（6）103-12。[8] 巴扎纳茨五世原理图设计过程中基于模型的成本和能源性能评估2005年：信息技术在教育中的应用[9] 卡谢纳斯三维CAD软件和对象数据库时代的成本估算。在：建筑研究大会; 2005年。p. 1-8号。[10] 李JC开发基于3D CAD模型信息的调度和数量估计自动化模块，以有效使用4D CAD模型。韩国建筑学会学报2004; 20（2）15-22.[11] Kim SA，Kim MK，Son TH，Chin SY，Yoon SW，Choi CH. Adevelopment of finish drawing automation system for improvingefficiency on BIM based estimation.见：韩国计算结构工程研究所学术会议;2008年; p.429-434[12] 在线调查-阻碍自动数量计算系统发展的因素。In：Joint 2008 CIBWO65/W055 Symposium6 8 比69[13] 美国建筑师协会综合项目交付：指南。AIA; 2007年。[14] buildingSMART KOREA. BIM 标 准 生 产 技 术 。 buildingSMARTKOREA; 2011.[15] 建筑和建设管理局。新加坡BIM指南。BCA; 2012年。[16] 休伯特·M利比奇河基于模型的基本数量定义buildingSMART; 2010.[17] [Internet].KBIMS-Libraryv.0.9.可查阅：http：//kbims.buildingsmart.or.kr/Default.aspx。[18] 韩国公共采购服务[互联网]。韩国公共采购服务局建筑规范。可从以下网址获得：http://pccos.g2b.go。kr：8710/index.do[19] 土地部。运输和海事。施工类型和单位成本采用2012年施工项目实际成本。MLTM; 2012年。[20] KangKi ， Ahn JH ， Kim KH. Quantity Takeoff and Application inArchitecture，第1版，首尔：Moonwoondang; 3-37。（第1章，导言）。[21] Kim IH，Kim HS，Choi JS.基于BIM的超高层建筑设计质量控制方法--以疏散检查质量控制为重点。韩国建筑学会杂志2012; 28（10）57-64。[22] Choi JS，Kim IH.基于BIM的建筑设计质量检查清单的开发。Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers2013; 18（3）177-88.●