基于BIM的預制構件編碼體系與數據庫設計

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點，建筑工業化的建造方式對預制構件在設計、生產、施工、維修等階段的信息集成要求較高。通過設計基于BIM的裝配式預制構件編碼體系，結合Revit建立裝配式預制構件模型，設計與裝配式預制構件編碼體系相配套的裝配式構件信息數據庫，解決當前裝配式構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的推廣與應用。

關鍵詞：裝配式建筑;預制構件;編碼體系;數據庫

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

傳統現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，也難以適應我國現階段建筑行業推行綠色施工，理念的發展趨勢。于是，建筑工業化的理念由此產生出來。而現階段，我國政府也極力推進裝配式建筑的發展，國務院也下發了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，提出了針對裝配式建筑發展所需的一系列建議，例如通過相關標準規范，使用綠色建筑材料，創新建筑方法等來確保工程質量。因此在現階段研究裝配式建筑相關應用是符合當今時代建筑業的發展潮流的。

裝配式建筑的發展在目前還存在成本價格高、管理體制和相關規范尚不健全、產業鏈不成熟和缺乏專業人才等問題。針對裝配式預制構件在策劃分析以及構件深化設計兩個步驟存在缺失、分離的問題，馬尚勇認為出現這種問題的核心在于標準化的缺失，就裝配式建筑的特點來說，應遵循同一建筑類型同一標準化原則，在此之上建立標準化構件庫。基于標準化的原則，本文嘗試建立適用于裝配式建筑預制構件的編碼體系，基于建筑信息模型（BIM）的編碼方法研究，實現預制構件的唯一標識。

而在構件數據進行交換的過程中，由于BIM相關應用軟件的數據接口對IFC標準的支持力度各不相同，使得基于IFC標準建立的模型在數據傳遞過程中存在信息的缺失和錯誤問題。本文嘗試基于IFC標準建立裝配式預制構件庫，將會從根本上解決這一問題，保證相關的模型數據在各軟件交換過程中保持信息的一致性和完整性，為BIM協同平臺的開發以及數字城市的建立奠定了基礎。

1 裝配式預制構件信息分類體系設計

1.1 Omniclass 信息分類體系

建筑信息模型（BIM）之所以可以節約成本、實現更多的價值，就是因為其包含了多種用途的豐富信息。因此，建筑行業已經開始認識到，更大程度統一的分類信息系統是必要且可以實現的。目前，分類表行業已經創建了Omniclass標準，它使得建筑信息系統的這種統一走進了現實。我國發布的有關建筑信息模型（BIM）的分類標準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）是一個建筑行業的分類系統，合并了許多正在使用中的分類系統作為其構建表格的基礎，如使用了MasterFormat作為搭建構件分類表格的基礎。Omniclass的范圍包含了整個建筑環境從搭建到完成的多尺度描述，適用于設施的全壽命周期，從構思、設計、建造到最終拆卸、解構、回收或重新利用。通過使用表格來跟蹤和記錄設施的生命周期的各個階段的數據和不斷變化的生命周期中物業設施作為一個整體所進行的修改的數據，以此達到信息分類的標注。

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

1.2 裝配式預制構件分類

構件信息的分類就是遵循一定的原則或方法，按照信息內容的屬性或特點來進行歸類和總結，最后建立起特定的分類體系和排列順序，以便于構件信息的管理和使用。分類對象和依據構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，分類依據則取決于分類對象的屬性或特點。信息分類和編碼應根據建筑領域信息化管理的需求，參照有關國家標準、行業標準、企業標準，保證信息交換的唯一性，以便管理和使用信息。

本項目對裝配式構件的生產企業展開調研，對預制構件的生產設計環節進行初步研究，得到了如下信息：

裝配式建筑主要分為預制框架結構、預制剪力墻結構、預制框架—剪力墻結構和鋼結構等四種結構體系，每種結構體系的應用場景都不同。不同結構體系的裝配式建筑所使用的預制構件也不盡一致，如預制框架結構主要使用預制梁、預制柱、預制樓板和預制樓梯等構件;預制剪力墻結構則包括了預制墻、預制樓板和預制樓梯等主要構件。

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

2 裝配式預制構件編碼體系設計

2.1 國內外建筑業編碼體系

目前，世界上很多發達國家，如美國、英國、歐洲、加拿大、新加坡等，都建立了適應于本國建筑業的統一的建設工程項目編碼體系。建設工程項目編碼在工程管理中的應用，極大地促進了建筑業的發展。為適應建筑業發展趨勢，我國也發表或實施了一些建設工程編碼標準以起到規范引導的作用。對國內外建筑信息分類及編碼體系標準進行整理后，得出的對比情況如表2所示。

2.2 裝配式構件編碼理論

通過對國內外建筑信息分類及編碼體系進行對比，本項目發現Omniclass分類系統適配于裝配式建筑的發展過程，因此通過借鑒Omniclass分類系統來實現裝配式預制構件編碼。例如Omniclass表13是依據功能來進行分類的，表格里的每一項數據都有單一的編號;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Omniclass表13中的分項信息大學校園功能分類為例，假設第一級編號為13，教育和訓練場所為第二級標題的01，在教育和訓練場所里面又分為圖書館、教學樓、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，本編碼以構件為單元建立體系。

此次編碼根據結構進行分類，一級編號以框架、剪力墻、框架剪力墻、鋼結構、連接件作為結構區分依次編寫，后邊二級、三級、四級編寫方式依此類推。考慮到在生產施工中的快速識別，以字母縮寫和數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 裝配式構件編碼

為實現裝配式構件的信息共享，需要對構件信息進行編碼使之形成統一可識別的語言。在BIM技術標準中，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據表達成代碼的方法、數據的代碼表示形式、代碼元素集合的賦值等內容，起到標識、分類、參照的作用。對裝配式建筑預制構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。

依據已有編碼體系及標準，對裝配式預制構件進行編碼，編碼結構如圖1所示。

部分碼段意義如表3。

以上編碼結構的編碼示例如表4。

此階段，我們共對192種構件進行編碼，預期將其結合入數據庫中形成完整的構件庫。

3 裝配式預制構件數據庫設計

3.1 裝配式預制構件信息整理

在理想化全壽命周期管理的理念之下，裝配式構件編碼所涵蓋的信息應覆蓋構件的設計、生產、運輸、施工以及運營五個階段;通過對裝配式預制構件設計、生產企業以及相關施工方進行調研，對預制構件所有相關信息進行分析匯總，并結合裝配式施工全壽命周期的概念對構件信息進行再分類如表5所示。

3.2 Revit構件三維模型的創建

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

利用Revit軟件對典型構件進行建模，再將其結合到數據庫中，以形成全面直觀的構件信息。

3.3 數據庫的存儲

SQL Server 是由微軟公司研發的一個關系型數據庫管理系統。它具有使用方便、可伸縮性好、與相關軟件集成程度高等優點，可跨越多種平臺使用，通過使用內含的商業智能（BI）工具，為用戶提供企業級別的數據管理，是一個全面的數據庫平臺。Microsoft SQL Server 數據庫引擎為關系型數據和結構化數據提供了更安全可靠的存儲功能，使它可以構建和管理用于業務的高可用和高性能的數據應用程序。基于這一特性，本項目采用SQL Server作為裝配式構件庫的存儲系統進行開發。

通過對數據庫系統進行數據管理，以達到在建筑的全生命周期各個階段都可以訪問數據庫，進而對構件信息進行增、刪、查、改等工作。將數據庫鏈接到網頁，就可以通過互聯網訪問構件庫中的信息，再授予不同工作人員不同的權限，就可以實現數據的分權限管理。

首先，根據全壽命周期的使用需求，分別建立生產階段、施工階段、運維階段三個數據表，并在表中創建所需數據的字段，然后將構件編碼這一字段設為表的主鍵，作為每條信息的唯一關鍵字。最后，在三個數據表中，分別存儲全壽命周期各階段所產生的信息。

3.4 數據庫的讀取

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

ID="SqlDataSource1"

runat="server"

ConnectionString=" <%$ ConnectionStrings：構件信息庫ConnectionString %>"

SelectCommand="SELECT * FROM [生產階段信息] WHERE （[構件名] = @構件名）">

通過網頁進行數據的查詢和讀取的部分代碼如圖3。

3.5 移動端網站的建立

數據庫平臺存在著一定的局限性——對構件編碼進行編輯修改操作不便捷，在互聯網快速發展的大背景之下，本項目借助移動端網站來實現數據庫平臺的拓展，建立了與數據庫相配套的構件編碼管理系統網站。通過建立此配套網站，可以實現在網站端對構件編碼數據庫進行增刪查改操作，使得應用范圍進一步擴大，在實際應用中獲得更好的可移植性。

本項目建立的構件編碼管理系統網站應用了Apache服務器+ Mysql數據庫，使用HTML、CSS、JavaScript和PHP等多種編程語言，可以通過服務器實現互聯網訪問并進行相關操作，實現數據庫的使用層面擴大。

上圖是數據庫可視化管理工具phpMyAdmin，在這里可以瀏覽數據庫的信息。

4 結論

通過對裝配式建筑預制構件信息的匯總與研究，結合裝配式預制構件現有市場的發展需要，提出了以裝配式構件的結構和作用為主要分類依據的信息分類方法，并且以此分類方法為基礎設計了基于BIM的裝配式預制構件編碼體系。在已有的編碼體系基礎上對相關構件進行Revit三維建模，建立了裝配式預制構件信息數據庫。

結合基于BIM的裝配式預制構件編碼體系，建立裝配式預制構件數據庫，可以保證建筑信息模型儲存的正確性和完整性，能夠進一步體現裝配式建造方式的工業化、標準化、信息化;與此同時，通過相關數據庫的建立，可以為構件生產方、建筑施工方、后期運維方提供項目全維度構件信息，不僅可以保證各方獲取數據信息的準確性，還可以使得數據獲取方式更加快捷;此外依據該數據庫可以儲存多個不同裝配式建筑項目信息的特點，因此綜合多個數據能夠體現多個項目的信息貢獻，以實現裝配式建筑產業鏈的綜合發展。