苏州永正造价师事务所有限公司 袁昆
摘要：为了响应国家对BIM技术推行的号召，也为了更有效地推动BIM应用技术在国内造价行业的发展。通过合理、有效地利用BIM应用技术，解决众多工程项目的土方工程量计算难题。本文主要介绍了Bentley软件在土方工程量的计算中的几种应用与实践，详细阐述了如何利用Bentley软件对几类土方工程量进行计算与统计，同传统土方工程量计算方法相比较，对各中的优缺点进行了论析与总结，为造价人员的土方工程量算量提供了更多选择方向。在今后的审计服务过程中，通过合理、有效地利用BIM应用技术，提高土方工程量计算的准确性、精细性和高效性，减少争议，这在未来的审计服务工作中具有着积极意义。如何才能将BIM应用技术更高效地、更普及地运用到更多类土方工程量的计算与统计中，这或许还需要通过更多的造价人员参与对BIM应用技术不断尝试、创新和分享。
关键词：BIM技术；Bentley软件；土方模型；土方量计算
引 言
近些年来，随着国家对BIM的大力推行，BIM技术在越来越多的大型工程中得以推广及应用。工程造价是建筑工程中非常重要的一方面，而土方工程量又在工程造价的占比往往较大，土方工程在公路、市政、绿化、管廊等工程建设中往往是必不可少的一道环节，土方工程量的计算的准确性、精细性以及效率往往直接影响整个工程审计服务的水平。由于土方工程量的计算一直以来都十分繁琐且误差较大，从而导致土方工程量的结果在预、结算中存在较大争议。BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等众多特点，如果造价人员能够充分利用这些特点，让BIM技术能够合理地应用到各个工程项目中，进一步提高自己工作效率、工作成果水平以及整个审计工作过程的服务水平，减少误差和争议的产生。 [1]
一、传统土方工程量的计算方法
目前比较经常使用的几种计算土方量的方法有：断面法、方格网法、等高线法和DTM法（三角网法）等。[2]
1、断面法
根据设计高程、结构边线和地面线所围成的断面图，选取一个方向按照一定的间距划分数个段落，由前后两个断面的平均面积和断面间距计算出断面间的土方量，最后将所有的体积相加，就可以求得土方工程量。
图1 断面法土方计算模型
从原理上可以得出，该种土方工程量的计算方法的精度与间距的大小有很大关系，计算时划分的间距越小，精度就越高。所以对于断面变化较大或弯曲较大的区域，为了增加计算的精度，就要缩小划分的间距，而对于间距划分的大小往往具有人为随意性，不同的人划分间距的大小也会有所不同，从而导致不同人计算的最终结果也会有所偏差。如果为了追求土方量的计算结果的高精度，就要不断缩小划分的间距，而在实际操作中，仅靠人为是很难实现的，且这样也会大大增加人为计算的工作量, 从而影响工作效率。利用BIM软件建模可以解决人工划分间距的工作，它可以根据情况自动调整划分间距，然后一键出量。
2、方格网法
将地形图划分成若干数量的方格，测出每个方格的四个角点的自然标高，并标出各角点对应的设计标高，根据各角点的设计标高和自然标高的差值，定出零线位置，分别计算出各方格的填、挖土方量，最后将所有方格的填、挖土方量分别求和，就可以求得土方工程量。
图2 方格网法土方计算布置图
从上述计算过程上可以看出，方格网法计算土方量的精度与格网的间距成反比，格网间距越小，其计算结果精度越高，同时方格的数量也就越多，也会导致外业测量的工作量越大，且计算的工作量越大，整个过程中出错的机率也会增大。利用BIM软件，并结合传统的测量和计算原理，快速分割网格，一键计算，可以大大提高工作的效率和便捷性。
3、等高线法
利用绘有闭合等高线的地形图，分别计算出每一条等高线围成的区域面积，再根据两相邻等高线的高差按台体或锥体的体积计算公式求得土方工程量，最后每层的土方量体积相加，就可以求得总的土方工程量。
图3 等高线法土方计算图
该法的优点是所测区域没有足够实测数据或由于条件所限获得实测数据，只有等高线的地形图时，使用等高线法可以预估出现场土方量。但该方法缺点也十分明显，采用等高线法计算土方量时，要求有闭合的等高线，否则无法计算，且等高线的等高距的大小影响其计算的精度。由于该种方法人工计算量较大，而且计算结果误差大，实际工作中已很少使用。目前可采用BIM+无人机倾斜摄影技术代替此种方法，可以更快更精确的计算出现场的土方工程。
4、 DTM法（三角网法）
DTM也被称为数字地形模型,土方计算时先根据设计文件或测量数据高程点，构建互不重叠的不规则三角网，相连的三角网表面就构建成立DTM模型，然后根据两期间的DTM模型叠加，将两期DTM模型相减计算出挖、填土方工程量。[3]
图4 DTM法计算图
该方法如果采用手工计算，计算工作量会非常庞大，如今一般委托第三方测绘单位来出具土方测量报告，较其它的传统方法具有精度高、效率高、灵活性高、适用性广等优点，但选择该种方法之前，需要事先确定好计算边界线，而这个过程审计人员往往不会参加的。在结算审计过程中，审计人员很难对测量报告中的数据进行复核，如果审计人员发现其计算边界线有误时，审计人员也很难自行计算出正确的土方量。BIM技术可以帮助审计人员，根据测量数据自行重建土方三角网，便可复核施工单位提供的测量报告数据，也可以根据需求修正计算边界线。BIM模型相比传统的计算方法还多了土方量的“可视化”，根据BIM模型能够帮助审计人员弄清楚现场土方的填、挖关系。
二、BIM在土方工程量中的应用
1、BIM在预估土方工程量中的应用
在项目建设前期，造价人员可以利用BIM+无人机倾斜摄影技术快速地获得现场的预估土方工程量。该方法需要使用到的有无人机、建模软件ContextCapture、计算软件OpenRoads Designer。[4]
（1）依据现场的实际测量需求，采用无人机对实景地形进行倾斜摄影，获取原始影像数据、相机文件数据和POS数据等。
图5 无人机对某公路项目的现场数据采集
（2）将所获取的数据文件导入ContextCapture软件中，设置好相应数据环境，然后让其进行空间三角计算，生成三维实景模型，最后导出*3mx或*3sm格式。
图6 某公路项目的实景模型
（3）将生成的实景模型导入OpenRoads Designer软件中，并对导入的实景模型进行必要测量边界的裁剪，然后通过“地面提取”功能对实景模型进行地面数据一步步提取，最后生成点云数据。
图7 某公路项目的原地面数据提取
（4）对所生成的点云数据进行处理，将不需要的或明显错误的点进行删除，对遗漏的数据进行增加处理，最后生成地面三角网。
图8 某公路项目的原地面三角网
（5）再根据设计图纸确定一施工面，两地形模型之间的差体量即为土方工程量。
图9 原地面到某平面的挖填方体积
相比传统的测量工作，通过无人机倾斜摄影来进行测量工作，具有灵活性高，效率高、经济且易携带等优点。该方法适合地表植被单一或间距疏、建筑物结构简单或间距大 、人工测量工作困难或周期长的场地土方量计算。缺点是测量结果的精度会受地表的植被、建筑物、水面等的影响很大，虽然该方法相比有些方法的精度不高，但相比传统等高线法预估土方工程量的精度会高很多。
2、BIM在场地土方平衡中的应用
对于场地的土方平整的土方量，以往采用的都是方格网法手工计算，对于大面积的场地土方平整的手工计算量大且精度不高。该方法采用的软件是OpenRoads Designer中土方平衡模块。
（1）根据原始场地的外业测量数据构建原始场地三角网。
图10 某垃圾场地原始地形模型
（2）根据设计文件提供的平整场地数据创建平整场地的三角网模型。
图11 平整场地的地形模型
（3）根据精度要求创建方格网图。
图12 平整场地方格网构建
（4）生成零线，计算出方格网土方量。
图13某垃圾场方格网土方量计算结果
应用BIM软件计算方格网土方量省去了手工计算的繁琐，该方法可以方便审计人员查看平整场地的零线，以及审核场地平整的土方工程量。
3、BIM在道路土方工程量中的应用
新建道路时对于土方的计算是必不可少的，在道路土方工程量计算中的BIM技术应用原理是传统的横断面法。该方法采用的建模和计算软件是OpenRoads Designer。[5]
（1）根据设计图纸创建道路中心线，并按照设计图纸的纵断面图数据赋予中心线标高。
（2）导入道路范围内的地形模型，并激活地形模型。
（3）创建廊道，并根据设计图纸提供的道路路基横断面图创建横断模板。
图14 道路路基横断面模板
（4）按需要设置道路的起止桩号，按照设计文件布置横断面模板以及划分间隔设置，完成道路路基模型的创建。
图15 某道路路基模型
（5）一键生成道路路基各项工程量。
图16 某道路路基土方工程量结果
该方法的最大优点是道路横截面可以随着地形模型不规则变化，相比较传统横断面手工计算方法，具有划分间距更精细、更准确、更直观等的优点，不用人为的划分计算段落，对于复杂的交叉口也可以准确计算。其主要缺点是道路的建模过程比较繁琐且耗时，需要设置大量逻辑关系。
4、BIM在绿化土方工程量中的应用
绿化的土方量往往是非常的大工程量，有时候还涉及多期土方的施工，计算的精度大小直接关系结算金额的多少。BIM在绿化土方工程量中的应用原理是传统的DTM法（三角网法）。该方法采用的建模和计算软件是OpenRoads Designer。
（1）根据施工单位提供的测量标高数据创建绿化土方施工前后的三角网地形模型，并对地形模型设置特征定义，主要为区分绿化土方施工前后关系。
a、绿化土方施工前地形模型 b、绿化土方施工后地形模型
图17 某道路两侧绿化土方施工前后地形模型
（2）分析绿化土方工程量，计算出绿化土方工程量。
图18 某道路两侧绿化土方量
（3）创建挖方和填方土方量模型。
图19 某道路两侧绿化挖方和填方模型
相比其传统二维的三角网更立体、直观、灵活等优点，可以按照需计算或审核工程量的需求划分区块边界，从而更能帮助审计人员开展审计工作。缺点是要对其二维的边界转换成三维的边界。
三、结束语
如果能够将BIM技术应用得当，可以大大方便造价人员的工作。就目前国内对BIM技术开发应用程度，虽然国家对BIM的推行有较大支持，BIM技术也开始在各类建设项目中应用，但是相比起国外BIM在造价方面的应用还是有所不足，如今国内BIM技术在造价方面的应用还处于试验与探索阶段，而且还存在较多的诟病。为了能够提升工程造价行业内的技术水平，解决造价人员对土方工程量计算的头疼问题，就需要广大的工程师们一起参与，尝试将先进且好用的BIM技术应用到工程造价中来，通过不断地改进与创新，开发或整理出一套适合国内造价人使用的BIM技术。
参 考 文 献
[1] 朱溢镕，黄丽华，肖跃军. BIM造价应用[M]. 北京：化学工业出版社，2016.
[2] 张文祯，胡立国. 工程施工中土石方梁计算方法比较研究[J]. 低温建筑技术，2014，11（197）：144-146.
[3] 李子坡. 南方CASS软件土方量计算的应用[J]. 科技与企业，2015.105-106.
[4] 贾巧志，陈文. BIM+无人机倾斜摄影技术在道路设计土方工程量计算中的应用[J]. 价值工程，2019：131-134.
[5] 袁帅. 广联达BIM建筑工程算量软件应用教程[M]. 北京：机械工业出版社，2016.
[6] GB 50500-2013 建设工程工程量清单计价规范[S].
[7] GB 50854-2013 房屋建筑与装饰工程工程量计算规范[S].
[8] 中华人民共和国交通运输部. 公路工程标准施工招标文件（2018年版·第三册）[S]. 北京：人民交通出版社，2018.
