基于BIM的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件分類與編碼體系研究

(上海臨港新興產(chǎn)業(yè)城經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司，上海 201306)

引言

對比傳統(tǒng)建造模式，裝配式建筑具有污染少、工期短、成本低等優(yōu)勢，符合未來綠色建筑的發(fā)展趨勢。結(jié)合BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢，實現(xiàn)建筑預(yù)制構(gòu)件在全產(chǎn)業(yè)鏈中的信息傳遞和共享是裝配式建筑的必然結(jié)果。但目前在裝配式建筑建造過程中，由于上下游銜接不暢、信息不對稱等原因，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和配備不合理、返工率較高等問題，阻礙其市場發(fā)展，而裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的分類與編碼體系是打通預(yù)制構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈信息流、實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件信息在全產(chǎn)業(yè)鏈中高效流通、傳遞和共享的關(guān)鍵載體。因此，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件分類與編碼體系是裝配式建筑能夠迅速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前，國外一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)基于本國建筑業(yè)建立了配套的、成熟的建筑分類與編碼體系，如UniformatII、OmniClass、ISO12006等。而我國起步較晚，為推動我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，國家制定了一些建筑產(chǎn)品分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)，如《建筑工程設(shè)計信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑產(chǎn)品分類與編碼》等，也有一部分省市關(guān)于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件分類與編碼做了一些研究和探索，但大都存在一定的不足：如有的研究只提出了編碼規(guī)則，并未提出配套的分類方法，不能使預(yù)制構(gòu)件的分類與編碼進(jìn)行配套使用，且編碼結(jié)構(gòu)中采用字母與數(shù)字的組合，或者編碼層級過多，編碼體系顯得過于復(fù)雜，在使用中容易出錯，不能有效地打通預(yù)制構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈信息流，實現(xiàn)信息的高效流通與共享。

因此，本文將在國內(nèi)外建筑分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上，對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的分類與編碼體系及其應(yīng)用方案進(jìn)行研究，并結(jié)合案例分析其可行性及可推廣性，為未來同類型項目的應(yīng)用實施提供參考和借鑒。

1 基于BIM的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件分類與編碼體系建立

編碼是對某一項事物統(tǒng)一觀點、統(tǒng)一認(rèn)識和信息交換的一種技術(shù)手段，最大限度地減少對信息命名、描述不一造成的誤解與損失，信息編碼直接關(guān)系到信息處理、傳遞和檢索的自動化效率與水平[1-4]。

1.1 BIM預(yù)制構(gòu)件庫分類方法選擇

目前，從分類結(jié)構(gòu)而言，其分類方法一般包括線分類法、面分類法和混合分類法[5]：

(1)線分類法：又稱為層級分類法，依據(jù)對象的某項特征劃分類目，對劃分出的每個類目再進(jìn)行細(xì)化，構(gòu)建具有若干層級的層次關(guān)系，形成具有隸屬關(guān)系樹狀結(jié)構(gòu)分類體系；

(2)面分類法：是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分類方法，一般依據(jù)對象的若干特征在不同的分類段中劃分類目，各類目之間相互平行，由各分類段組合起來而形成復(fù)合類目的分類體系；

(3)混合分類法：是指對象分類時，不僅使用線分類法而且還使用面分類法，一般會有主次之分，以一種分類方法為主，以另一種分類方法為輔。

三類分類法各有側(cè)重(其對比分析如表1所示)，在應(yīng)用實施過程中，一般根據(jù)項目特點、分析角度、分類目的等不同，選擇合適的方法對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行分類。

表1 三類分類法對比分析

表2 裝配式住宅混凝土結(jié)構(gòu)—預(yù)制構(gòu)件主要面分類

基于上述分析，BIM預(yù)制構(gòu)件庫設(shè)計構(gòu)件的分類采主要采用混合分類法，即以面分類法為主，線分類法為輔。將分類對象沒有隸屬關(guān)系的特征或?qū)傩园床煌姆诸惷嬲归_，每個面位置固定，不同的面中類目之間不重復(fù)，不交叉，但存在個別面的類目使用線分類法的情況，即該面中的類目有隸屬關(guān)系。

1.2 BIM預(yù)制構(gòu)件庫分類清單建立

考慮到預(yù)制構(gòu)件的特征和屬性極其復(fù)雜，基于上述選擇的混合分類方法，考慮預(yù)制構(gòu)件主要信息因素，以裝配式住宅混凝土結(jié)構(gòu)為例，按構(gòu)件類型進(jìn)行分類，得到BIM預(yù)制構(gòu)件庫分類清單，如表2。

1.3 BIM預(yù)制構(gòu)件編碼體系設(shè)計

1.3.1 設(shè)計原理

本文以O(shè)mniclass、《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》、國內(nèi)現(xiàn)行的裝配式建筑圖集信息等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及信息化技術(shù)為基本設(shè)計原理進(jìn)行裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件編碼體系的設(shè)計。

1.3.2 設(shè)計原則

在設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，以構(gòu)件編碼的唯一性、通用性、可操作性、可擴(kuò)展性、可與計算機(jī)系統(tǒng)相連接性等為設(shè)計原則，同時，結(jié)合擬建裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件特點及應(yīng)用目標(biāo)，對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件分類與編碼體系進(jìn)行設(shè)計[6-7]。其中：

1)唯一性：指一個編碼對應(yīng)唯一的一個預(yù)制構(gòu)件，一一對應(yīng)；

2)通用性：指編碼體系包括構(gòu)件的基本屬性，便于在各階段、各部門進(jìn)行共享；

3)可操作性：指編碼體系的設(shè)計具有便于管理、便于實施等特征；

4)可擴(kuò)展性：指在實際項目使用時，可根據(jù)項目特點及管理需求，在編碼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行編碼層次的增加；

可與計算機(jī)系統(tǒng)相連接性：指構(gòu)件編碼在構(gòu)件信息共享流通過程中，可考慮與協(xié)同管理平臺、運維管理系統(tǒng)等計算機(jī)系統(tǒng)相連接。

1.3.3 設(shè)計思路

在上述設(shè)計原理和設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件編碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計，綜合運用編碼的唯一性及BIM技術(shù)的優(yōu)勢，對裝配式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和施工等各階段信息進(jìn)行管理，實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件信息在全產(chǎn)業(yè)鏈中的高效流通、傳遞和共享，以提高預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量和效率，減少返工，實現(xiàn)裝配式建筑的價值。

1.3.4 編碼結(jié)構(gòu)

結(jié)合裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件分類及編碼設(shè)計原則和思路，以及裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件類型、名稱、尺寸等項目數(shù)據(jù)經(jīng)驗，通用的裝配式預(yù)制構(gòu)件分類代碼采用3層代碼，第一層采用2位數(shù)字型代碼，第二層采用3位數(shù)字型代碼，第三層采用4位數(shù)字(長度cm)*4位數(shù)字(寬度cm)*4位數(shù)字(高度cm)型代碼，每層代碼間應(yīng)用“—”連接。具體結(jié)構(gòu)如下：

圖1 編碼結(jié)構(gòu)圖

說明：第一層代碼代表裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的構(gòu)件類型代碼；

第二層代碼代表裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的構(gòu)件名稱代碼；

根據(jù)本項目的使用要求及沿線的氣候、水文、地質(zhì)等自然條件和交通量、材料等特點，結(jié)合新疆當(dāng)?shù)靥厣?，遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)、技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的基本原則，進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)方案的綜合比選。

第三層代碼代表裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的構(gòu)件尺寸代表；

在實際項目使用過程中可結(jié)合項目實際需求在不違背原編碼原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行增加或者細(xì)化，如在項目群建設(shè)管理中可增加項目編碼，在預(yù)制構(gòu)件信息管理要求特別清晰的情況下可增加承載力或特殊構(gòu)造處理編碼等。

1.3.5 編碼規(guī)則

(1)第一層代碼從“00”至“99”按順序排列，不足位用“0”補(bǔ)齊；

(2)第二層代碼從“000”至“999”按順序排列，不足位用“0”補(bǔ)齊；

(3)第三層代碼從“0 000*0 000*0 000”至“9 999*9 999*9 999”，不足位用“0”補(bǔ)齊。

2 基于BIM的裝配式預(yù)制構(gòu)件編碼應(yīng)用方案

基于上述研究成果，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件分類與編碼體系在全產(chǎn)業(yè)鏈(設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、倉儲、施工、運維等階段)中應(yīng)用方案介紹如下：

在生產(chǎn)階段，生產(chǎn)商通過BIM協(xié)同平臺中分享的預(yù)制構(gòu)件庫了解各構(gòu)件的基礎(chǔ)屬性信息，進(jìn)行批量生產(chǎn)，在構(gòu)件生產(chǎn)過程中埋設(shè)RFID芯片，并通過Revit添加構(gòu)件編號、項目信息、生產(chǎn)信息、性能指標(biāo)等信息，并將BIM構(gòu)件庫及RFID信息庫進(jìn)行同步，為每一個預(yù)制構(gòu)件賦予了唯一的身份標(biāo)簽[8]。

在運輸及倉儲階段，運輸商將預(yù)制構(gòu)件從生廠商運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，根據(jù)要求利用手持掃碼設(shè)備添加構(gòu)件必要的運輸、堆放及吊裝信息，同時掛接構(gòu)件對應(yīng)的質(zhì)量合格文件，實現(xiàn)構(gòu)件信息與RFID信息的同步，通過BIM協(xié)同管理平臺供各參建方共享，以便對預(yù)制構(gòu)件的采購信息及物料管理。

在施工階段會產(chǎn)生大量的預(yù)制構(gòu)件施工信息，如施工工藝、吊裝信息等，施工商通過Revit軟件對預(yù)制構(gòu)件施工信息進(jìn)行添加，并對構(gòu)件進(jìn)行編碼，實現(xiàn)編碼信息與RFID構(gòu)件信息庫的同步。

在運維階段，運營商主要將必要的安全質(zhì)量監(jiān)測信息及二次維護(hù)信息添加在構(gòu)件BIM模型上，同時與RFID信息庫進(jìn)行同步更新，通過預(yù)制構(gòu)件編碼查詢其運營維護(hù)信息。

表3 裝配式住宅混凝土結(jié)構(gòu)—預(yù)制構(gòu)件編碼及其類目名稱

綜上，在各個階段，通過信息的錄入，并結(jié)合施工階段錄入的預(yù)制構(gòu)件編碼，實現(xiàn)編碼信息與預(yù)制構(gòu)件BIM模型信息及RFID信息庫的同步，借助BIM協(xié)同平臺實現(xiàn)各階段信息在全產(chǎn)業(yè)鏈中的信息流通與共享，有助于在竣工交付及運維階段以編碼為載體對各預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計、查詢與維護(hù)管理。

3 案例應(yīng)用分析

3.1 項目概況

臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)“先租后售”園區(qū)公共租賃住房三期項目位于上海浦東新區(qū)臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)內(nèi)，項目西臨E6路，東側(cè)為E62路，南鄰正茂路，北鄰瀟湘路。項目總用地面積約為101 540m2，擬建總建筑面積為258 854.06m2，其中地上為188 321.5m2，地下為70 532.56m2，項目建筑裝配率不小于40%，構(gòu)件總數(shù)為38 210個，8大類型，項目目前正在施工階段。

3.2 項目應(yīng)用方案及效果分析

設(shè)計階段，構(gòu)建了8種BIM預(yù)制構(gòu)件庫，制定了本項目構(gòu)件分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)，并上傳至信息平臺供其他參與方參考使用。

圖2 預(yù)制構(gòu)件統(tǒng)計與BIM預(yù)制構(gòu)件庫示例

圖3 預(yù)制構(gòu)件分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)示例

圖4 通過編碼檢索查看預(yù)制構(gòu)件信息

生產(chǎn)階段，生產(chǎn)商對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行批量生產(chǎn)，埋設(shè)RFID芯片，將編碼信息和BIM構(gòu)件庫及RFID信息庫進(jìn)行同步，并添加生產(chǎn)、性能指標(biāo)等信息。

圖7 以編碼為載體進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件信息管理示例

在運輸和堆放過程中，運輸商對運輸及堆放信息進(jìn)行添加，如圖5所示，施工階段，承建方通過預(yù)制構(gòu)件編碼錄入及Revit添加施工信息，實現(xiàn)與RFID構(gòu)件信息庫的同步。在BIM協(xié)同管理平臺上通過編碼搜索看查看預(yù)制構(gòu)件各階段的完整信息。

圖5 運輸及堆放階段編碼信息添加

圖6 預(yù)制構(gòu)件編碼信息示例

在項目竣工交付階段及運營管理階段，借助BIM協(xié)同平臺通過預(yù)制構(gòu)件編碼對各個構(gòu)件的相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計，并導(dǎo)出Excel清單，便于預(yù)制構(gòu)件施工管理及運營維護(hù)管理。

本項目通過對BIM-RFID技術(shù)、編碼體系及BIM協(xié)同管理平臺的綜合應(yīng)用，有效實現(xiàn)了構(gòu)件信息在全產(chǎn)業(yè)鏈中的流通與共享。

4 結(jié)語

綜上，本文在研究BIM預(yù)制構(gòu)件庫建立及國內(nèi)外建筑信息分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的分類與編碼體系進(jìn)行了設(shè)計，并進(jìn)一步提出了基于BIM技術(shù)的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件編碼體系在項目建設(shè)各階段的應(yīng)用方案，利用BIM-RFID技術(shù)實現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件編碼信息的流通與共享，最后結(jié)合案例對預(yù)制構(gòu)件編碼體系及應(yīng)用方案的應(yīng)用過程及預(yù)制構(gòu)件信息管理效果進(jìn)行分析，論證了預(yù)制構(gòu)件編碼體系及應(yīng)用方案的可行性，為未來同類型項目的應(yīng)用實施提供參考和借鑒。