基于BIM的預(yù)制構(gòu)件編碼體系與數(shù)據(jù)庫設(shè)計

樓智博 馮雪婷 劉加敏

摘 要：基于裝配式建筑的建造方式和優(yōu)點，建筑工業(yè)化的建造方式對預(yù)制構(gòu)件在設(shè)計、生產(chǎn)、施工、維修等階段的信息集成要求較高。通過設(shè)計基于BIM的裝配式預(yù)制構(gòu)件編碼體系，結(jié)合Revit建立裝配式預(yù)制構(gòu)件模型，設(shè)計與裝配式預(yù)制構(gòu)件編碼體系相配套的裝配式構(gòu)件信息數(shù)據(jù)庫，解決當(dāng)前裝配式構(gòu)件信息交換缺失的問題，進而更加適配和促進裝配式建筑在我國建筑業(yè)的推廣與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑;預(yù)制構(gòu)件;編碼體系;數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TB ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.24.116

傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑的建造所需周期長，消耗人工多，不僅無法滿足消費者對住宅的需求，也難以適應(yīng)我國現(xiàn)階段建筑行業(yè)推行綠色施工，理念的發(fā)展趨勢。于是，建筑工業(yè)化的理念由此產(chǎn)生出來。而現(xiàn)階段，我國政府也極力推進裝配式建筑的發(fā)展，國務(wù)院也下發(fā)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，提出了針對裝配式建筑發(fā)展所需的一系列建議，例如通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使用綠色建筑材料，創(chuàng)新建筑方法等來確保工程質(zhì)量。因此在現(xiàn)階段研究裝配式建筑相關(guān)應(yīng)用是符合當(dāng)今時代建筑業(yè)的發(fā)展潮流的。

裝配式建筑的發(fā)展在目前還存在成本價格高、管理體制和相關(guān)規(guī)范尚不健全、產(chǎn)業(yè)鏈不成熟和缺乏專業(yè)人才等問題。針對裝配式預(yù)制構(gòu)件在策劃分析以及構(gòu)件深化設(shè)計兩個步驟存在缺失、分離的問題，馬尚勇認(rèn)為出現(xiàn)這種問題的核心在于標(biāo)準(zhǔn)化的缺失，就裝配式建筑的特點來說，應(yīng)遵循同一建筑類型同一標(biāo)準(zhǔn)化原則，在此之上建立標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫?；跇?biāo)準(zhǔn)化的原則，本文嘗試建立適用于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的編碼體系，基于建筑信息模型（BIM）的編碼方法研究，實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的唯一標(biāo)識。

而在構(gòu)件數(shù)據(jù)進行交換的過程中，由于BIM相關(guān)應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)接口對IFC標(biāo)準(zhǔn)的支持力度各不相同，使得基于IFC標(biāo)準(zhǔn)建立的模型在數(shù)據(jù)傳遞過程中存在信息的缺失和錯誤問題。本文嘗試基于IFC標(biāo)準(zhǔn)建立裝配式預(yù)制構(gòu)件庫，將會從根本上解決這一問題，保證相關(guān)的模型數(shù)據(jù)在各軟件交換過程中保持信息的一致性和完整性，為BIM協(xié)同平臺的開發(fā)以及數(shù)字城市的建立奠定了基礎(chǔ)。

1 裝配式預(yù)制構(gòu)件信息分類體系設(shè)計

1.1 Omniclass 信息分類體系

建筑信息模型（BIM）之所以可以節(jié)約成本、實現(xiàn)更多的價值，就是因為其包含了多種用途的豐富信息。因此，建筑行業(yè)已經(jīng)開始認(rèn)識到，更大程度統(tǒng)一的分類信息系統(tǒng)是必要且可以實現(xiàn)的。目前，分類表行業(yè)已經(jīng)創(chuàng)建了Omniclass標(biāo)準(zhǔn)，它使得建筑信息系統(tǒng)的這種統(tǒng)一走進了現(xiàn)實。我國發(fā)布的有關(guān)建筑信息模型（BIM）的分類標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿正是采用了Omniclass分類體系。

具體而言，OmniClass信息分類體系（又稱OmniClass TM 或 OCCS）是一個建筑行業(yè)的分類系統(tǒng)，合并了許多正在使用中的分類系統(tǒng)作為其構(gòu)建表格的基礎(chǔ)，如使用了MasterFormat作為搭建構(gòu)件分類表格的基礎(chǔ)。Omniclass的范圍包含了整個建筑環(huán)境從搭建到完成的多尺度描述，適用于設(shè)施的全壽命周期，從構(gòu)思、設(shè)計、建造到最終拆卸、解構(gòu)、回收或重新利用。通過使用表格來跟蹤和記錄設(shè)施的生命周期的各個階段的數(shù)據(jù)和不斷變化的生命周期中物業(yè)設(shè)施作為一個整體所進行的修改的數(shù)據(jù)，以此達到信息分類的標(biāo)注。

綜述所述，OmniClass信息分類體系對裝配式建筑在我國的發(fā)展起到了促進作用，尤其是在信息分類與整合方面具有很高的參考價值，下文設(shè)計的預(yù)制構(gòu)件分類方法正是在借鑒和參考OmniClass體系的基礎(chǔ)上進行的。

1.2 裝配式預(yù)制構(gòu)件分類

構(gòu)件信息的分類就是遵循一定的原則或方法，按照信息內(nèi)容的屬性或特點來進行歸類和總結(jié)，最后建立起特定的分類體系和排列順序，以便于構(gòu)件信息的管理和使用。分類對象和依據(jù)構(gòu)成了信息分類的兩大要素，其中分類對象是指若干個被分解的主體，分類依據(jù)則取決于分類對象的屬性或特點。信息分類和編碼應(yīng)根據(jù)建筑領(lǐng)域信息化管理的需求，參照有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保證信息交換的唯一性，以便管理和使用信息。

本項目對裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)企業(yè)展開調(diào)研，對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)設(shè)計環(huán)節(jié)進行初步研究，得到了如下信息：

裝配式建筑主要分為預(yù)制框架結(jié)構(gòu)、預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)、預(yù)制框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等四種結(jié)構(gòu)體系，每種結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用場景都不同。不同結(jié)構(gòu)體系的裝配式建筑所使用的預(yù)制構(gòu)件也不盡一致，如預(yù)制框架結(jié)構(gòu)主要使用預(yù)制梁、預(yù)制柱、預(yù)制樓板和預(yù)制樓梯等構(gòu)件;預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)則包括了預(yù)制墻、預(yù)制樓板和預(yù)制樓梯等主要構(gòu)件。

本項目以裝配式預(yù)制構(gòu)件為分類對象，以裝配式建筑結(jié)構(gòu)方式和構(gòu)件的主要作用作為分類依據(jù)進行信息分類，主要按照框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、連接件五種結(jié)構(gòu)類型進行總結(jié)。下面以裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)為例說明。

2 裝配式預(yù)制構(gòu)件編碼體系設(shè)計

2.1 國內(nèi)外建筑業(yè)編碼體系

目前，世界上很多發(fā)達國家，如美國、英國、歐洲、加拿大、新加坡等，都建立了適應(yīng)于本國建筑業(yè)的統(tǒng)一的建設(shè)工程項目編碼體系。建設(shè)工程項目編碼在工程管理中的應(yīng)用，極大地促進了建筑業(yè)的發(fā)展。為適應(yīng)建筑業(yè)發(fā)展趨勢，我國也發(fā)表或?qū)嵤┝艘恍┙ㄔO(shè)工程編碼標(biāo)準(zhǔn)以起到規(guī)范引導(dǎo)的作用。對國內(nèi)外建筑信息分類及編碼體系標(biāo)準(zhǔn)進行整理后，得出的對比情況如表2所示。

2.2 裝配式構(gòu)件編碼理論

通過對國內(nèi)外建筑信息分類及編碼體系進行對比，本項目發(fā)現(xiàn)Omniclass分類系統(tǒng)適配于裝配式建筑的發(fā)展過程，因此通過借鑒Omniclass分類系統(tǒng)來實現(xiàn)裝配式預(yù)制構(gòu)件編碼。例如Omniclass表13是依據(jù)功能來進行分類的，表格里的每一項數(shù)據(jù)都有單一的編號;共有N級編號，其中一級編號為13，后面二級、三級編號依次編寫。以O(shè)mniclass表13中的分項信息大學(xué)校園功能分類為例，假設(shè)第一級編號為13，教育和訓(xùn)練場所為第二級標(biāo)題的01，在教育和訓(xùn)練場所里面又分為圖書館、教學(xué)樓、實驗室等。將他們分別編號為01、02、03，那么實驗室的編號就是 13-01-03。此外由于裝配式建筑的特點，本編碼以構(gòu)件為單元建立體系。

此次編碼根據(jù)結(jié)構(gòu)進行分類，一級編號以框架、剪力墻、框架剪力墻、鋼結(jié)構(gòu)、連接件作為結(jié)構(gòu)區(qū)分依次編寫，后邊二級、三級、四級編寫方式依此類推?？紤]到在生產(chǎn)施工中的快速識別，以字母縮寫和數(shù)字混編的方式進行編碼。

此外，借鑒到項目全壽命周期跟蹤的思想，在編碼最前方添加代表生命周期的字段，最終形成了六段十三位的編碼形式。

2.3 裝配式構(gòu)件編碼

為實現(xiàn)裝配式構(gòu)件的信息共享，需要對構(gòu)件信息進行編碼使之形成統(tǒng)一可識別的語言。在BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，信息的編碼是為了方便信息的存儲、檢索和使用，在進行信息處理時賦予信息元素以代碼的過程。信息編碼主要包含數(shù)據(jù)表達成代碼的方法、數(shù)據(jù)的代碼表示形式、代碼元素集合的賦值等內(nèi)容，起到標(biāo)識、分類、參照的作用。對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的編碼可以將信息檢索、信息分類、信息交互以及信息儲存功能集合為整體。

依據(jù)已有編碼體系及標(biāo)準(zhǔn)，對裝配式預(yù)制構(gòu)件進行編碼，編碼結(jié)構(gòu)如圖1所示。

部分碼段意義如表3。

以上編碼結(jié)構(gòu)的編碼示例如表4。

此階段，我們共對192種構(gòu)件進行編碼，預(yù)期將其結(jié)合入數(shù)據(jù)庫中形成完整的構(gòu)件庫。

3 裝配式預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1 裝配式預(yù)制構(gòu)件信息整理

在理想化全壽命周期管理的理念之下，裝配式構(gòu)件編碼所涵蓋的信息應(yīng)覆蓋構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、施工以及運營五個階段;通過對裝配式預(yù)制構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)企業(yè)以及相關(guān)施工方進行調(diào)研，對預(yù)制構(gòu)件所有相關(guān)信息進行分析匯總，并結(jié)合裝配式施工全壽命周期的概念對構(gòu)件信息進行再分類如表5所示。

3.2 Revit構(gòu)件三維模型的創(chuàng)建

利用revit建模工具，本研究設(shè)計創(chuàng)建了一個三層裝配式別墅模型。輔以建筑模型，使裝配式構(gòu)件具體顯示，下圖為別墅模型一層的三維剖面圖。

利用Revit軟件對典型構(gòu)件進行建模，再將其結(jié)合到數(shù)據(jù)庫中，以形成全面直觀的構(gòu)件信息。

3.3 數(shù)據(jù)庫的存儲

SQL Server 是由微軟公司研發(fā)的一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它具有使用方便、可伸縮性好、與相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點，可跨越多種平臺使用，通過使用內(nèi)含的商業(yè)智能（BI）工具，為用戶提供企業(yè)級別的數(shù)據(jù)管理，是一個全面的數(shù)據(jù)庫平臺。Microsoft SQL Server 數(shù)據(jù)庫引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了更安全可靠的存儲功能，使它可以構(gòu)建和管理用于業(yè)務(wù)的高可用和高性能的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序?；谶@一特性，本項目采用SQL Server作為裝配式構(gòu)件庫的存儲系統(tǒng)進行開發(fā)。

通過對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，以達到在建筑的全生命周期各個階段都可以訪問數(shù)據(jù)庫，進而對構(gòu)件信息進行增、刪、查、改等工作。將數(shù)據(jù)庫鏈接到網(wǎng)頁，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問構(gòu)件庫中的信息，再授予不同工作人員不同的權(quán)限，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分權(quán)限管理。

首先，根據(jù)全壽命周期的使用需求，分別建立生產(chǎn)階段、施工階段、運維階段三個數(shù)據(jù)表，并在表中創(chuàng)建所需數(shù)據(jù)的字段，然后將構(gòu)件編碼這一字段設(shè)為表的主鍵，作為每條信息的唯一關(guān)鍵字。最后，在三個數(shù)據(jù)表中，分別存儲全壽命周期各階段所產(chǎn)生的信息。

3.4 數(shù)據(jù)庫的讀取

為了便于本地讀取和遠程讀取，使用Asp.Net建立一個網(wǎng)頁，并且將數(shù)據(jù)庫鏈接到這個網(wǎng)頁上，這樣就可以通過網(wǎng)頁進行數(shù)據(jù)的查詢和讀取。將數(shù)據(jù)庫鏈接到網(wǎng)頁的代碼如下：

ID="SqlDataSource1"

runat="server"

ConnectionString=" <%$ ConnectionStrings：構(gòu)件信息庫ConnectionString %>"

SelectCommand="SELECT * FROM [生產(chǎn)階段信息] WHERE （[構(gòu)件名] = @構(gòu)件名）">

通過網(wǎng)頁進行數(shù)據(jù)的查詢和讀取的部分代碼如圖3。

3.5 移動端網(wǎng)站的建立

數(shù)據(jù)庫平臺存在著一定的局限性——對構(gòu)件編碼進行編輯修改操作不便捷，在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的大背景之下，本項目借助移動端網(wǎng)站來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫平臺的拓展，建立了與數(shù)據(jù)庫相配套的構(gòu)件編碼管理系統(tǒng)網(wǎng)站。通過建立此配套網(wǎng)站，可以實現(xiàn)在網(wǎng)站端對構(gòu)件編碼數(shù)據(jù)庫進行增刪查改操作，使得應(yīng)用范圍進一步擴大，在實際應(yīng)用中獲得更好的可移植性。

本項目建立的構(gòu)件編碼管理系統(tǒng)網(wǎng)站應(yīng)用了Apache服務(wù)器+ Mysql數(shù)據(jù)庫，使用HTML、CSS、JavaScript和PHP等多種編程語言，可以通過服務(wù)器實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)訪問并進行相關(guān)操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的使用層面擴大。

上圖是數(shù)據(jù)庫可視化管理工具phpMyAdmin，在這里可以瀏覽數(shù)據(jù)庫的信息。

4 結(jié)論

通過對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件信息的匯總與研究，結(jié)合裝配式預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)有市場的發(fā)展需要，提出了以裝配式構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和作用為主要分類依據(jù)的信息分類方法，并且以此分類方法為基礎(chǔ)設(shè)計了基于BIM的裝配式預(yù)制構(gòu)件編碼體系。在已有的編碼體系基礎(chǔ)上對相關(guān)構(gòu)件進行Revit三維建模，建立了裝配式預(yù)制構(gòu)件信息數(shù)據(jù)庫。

結(jié)合基于BIM的裝配式預(yù)制構(gòu)件編碼體系，建立裝配式預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，可以保證建筑信息模型儲存的正確性和完整性，能夠進一步體現(xiàn)裝配式建造方式的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化;與此同時，通過相關(guān)數(shù)據(jù)庫的建立，可以為構(gòu)件生產(chǎn)方、建筑施工方、后期運維方提供項目全維度構(gòu)件信息，不僅可以保證各方獲取數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，還可以使得數(shù)據(jù)獲取方式更加快捷;此外依據(jù)該數(shù)據(jù)庫可以儲存多個不同裝配式建筑項目信息的特點，因此綜合多個數(shù)據(jù)能夠體現(xiàn)多個項目的信息貢獻，以實現(xiàn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈的綜合發(fā)展。