基于BIM技術(shù)的裝配式構(gòu)件共享平臺的功能性研究

馬海濱 邱濱鋒

（龍巖學(xué)院 福建·龍巖 364000）

0 前言

近年來，裝配式建筑作為一種新型經(jīng)濟(jì)、安全高效、綠色環(huán)保的建筑形式成為了未來智能建筑的發(fā)展方向。就裝配式建筑技術(shù)特點而言，理論上，裝配式建筑項目的預(yù)制構(gòu)件具有唯一性，其具體構(gòu)件單一服務(wù)于唯一項目的“固化思維”導(dǎo)致了裝配式構(gòu)件在初期投入的人工設(shè)計成本不斷提高，同時構(gòu)件的“一次性”使用也會造成建筑材料浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題，這是因為項目之間缺乏構(gòu)件信息互通，違背了裝配式建筑綠色循環(huán)的理念。在實際中，裝配式建筑在設(shè)計、生產(chǎn)、施工等階段由于預(yù)制構(gòu)件的系統(tǒng)化組裝方式，經(jīng)過升級優(yōu)化，同類構(gòu)件存在相互轉(zhuǎn)化機(jī)制，隨著建筑技術(shù)化的不斷提高，如何高效率的利用通用化、模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方式促進(jìn)信息共享，實現(xiàn)裝配式構(gòu)件相互轉(zhuǎn)化是加快裝配式建筑智能化進(jìn)程的關(guān)鍵。興起的共享熱潮，給整個建筑行業(yè)帶來了新一輪的變革啟發(fā)。基于此，本文提出裝配式構(gòu)件共享平臺的搭建及功能模塊設(shè)計。

裝配式共享平臺的搭建有助于不斷整合裝配式建筑行業(yè)的構(gòu)件信息資源，并結(jié)合BIM技術(shù)給用戶提供在線建模、修改參數(shù)等功能。共享平臺上的構(gòu)件具有“統(tǒng)一規(guī)格，多組合”的特點，同時用戶能夠?qū)崿F(xiàn)在設(shè)計、拆分、預(yù)制、安裝等階段對預(yù)制構(gòu)件的有效追蹤，實時跟進(jìn)項目進(jìn)度。在構(gòu)件深化設(shè)計階段，用戶通過在共享平臺數(shù)據(jù)庫中查找相關(guān)預(yù)制構(gòu)件模具，對不同建筑項目的預(yù)制模具進(jìn)行“二次升級”，能夠提高預(yù)制構(gòu)件模具的利用率，加快不同裝配式預(yù)制工廠在裝配式建筑項目之間的預(yù)制構(gòu)件的對接速度。在未來裝配式建筑行業(yè)發(fā)展過程中，裝配式構(gòu)件共享平臺將以其通用化、模數(shù)化和標(biāo)準(zhǔn)化特點構(gòu)建起共享體系，帶來新的技術(shù)創(chuàng)新。

為此，本文將從裝配式共享平臺的功能性分析出發(fā)，以健全構(gòu)件編碼體系為切入點，結(jié)合BIM技術(shù)，進(jìn)行功能模塊分析，對如何搭建裝配式構(gòu)件共享平臺提出建議，建立流程，以期為裝配式建筑的智能一體化發(fā)展提供借鑒。

1 裝配式構(gòu)件共享平臺的功能性分析

裝配式建筑通過各個預(yù)制構(gòu)件的系統(tǒng)集成最終實現(xiàn)建筑功能。要實現(xiàn)裝配式建筑產(chǎn)品化的智能建造，就要對裝配式建筑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化的一體化集成，即共享平臺的創(chuàng)建。

在近幾年，裝配式構(gòu)件共享平臺作為新興的建筑方式，許多國內(nèi)外專家進(jìn)行了研究，可歸為兩類，一是裝配式建造不同階段的研究；二是關(guān)于裝配式構(gòu)件不同參數(shù)的研究。如利用Revit可拓展功能，結(jié)合.NET平臺，應(yīng)用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了一款構(gòu)件庫管理系統(tǒng)，以此提高構(gòu)件拆分效率；等根據(jù)PC構(gòu)件在設(shè)計與生產(chǎn)間的數(shù)據(jù)交換，基于Revit API研發(fā)了P-BIM數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件的精細(xì)化管理；應(yīng)用大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)初步設(shè)計了PC構(gòu)件在線質(zhì)量共享云平臺的功能設(shè)計；等通過城鎮(zhèn)管網(wǎng)改造工程PPP項目，為構(gòu)件管理與共享建立云服務(wù)器，已投入實際項目使用。

以上研究可以發(fā)現(xiàn)，裝配式構(gòu)件的共享趨勢在不斷上升，但從目前的研發(fā)情況來說，越來越多的學(xué)者對裝配式構(gòu)件共享平臺的研究注重在單一階段和功能，缺乏一個統(tǒng)一的定義以及功能總結(jié)。故本文將從裝配式構(gòu)件共享平臺的運(yùn)營原則，構(gòu)件適配性，用戶使用體驗等方面進(jìn)行研究，實現(xiàn)裝配式構(gòu)件共享平臺對預(yù)制構(gòu)件信息錄入、用戶查找的全面性和便利性，對裝配式構(gòu)件共享平臺進(jìn)行功能需求性分析，如下：

1.1 規(guī)范性

裝配式構(gòu)件是共享理念的核心。構(gòu)件關(guān)于自身屬性如建筑項目、施工地點、結(jié)構(gòu)組成等不斷變化，各自是以不同的編碼格式命名，容易造成用戶在搜索構(gòu)件、設(shè)計構(gòu)件及組合構(gòu)件時發(fā)生錯誤。構(gòu)件與構(gòu)件之間規(guī)范不同，增大了裝配式建筑設(shè)計難度。出現(xiàn)這種問題的根本在于構(gòu)件編碼的標(biāo)準(zhǔn)化缺失。故需重新制定規(guī)范統(tǒng)一命名，提高適配性。

裝配式構(gòu)件共享平臺將采用Omniclass的分類體系并基于目前我國已發(fā)布的《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和層級結(jié)構(gòu)對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行編碼研究，遵循同一建筑模型同一標(biāo)準(zhǔn)化的命名原則，構(gòu)建起裝配式構(gòu)件的規(guī)范性編碼體系。

規(guī)范性是實現(xiàn)裝配式構(gòu)件共享平臺成熟化、推廣化的基礎(chǔ)，提高用戶在輸入、上傳、查找各式預(yù)制構(gòu)件的匹配度。

1.2 全面性

裝配式構(gòu)件共享平臺將按照構(gòu)件的屬性特點進(jìn)行分類，在構(gòu)建初期通過基礎(chǔ)研究對一般的大眾化的裝配式構(gòu)件進(jìn)行模塊分類，后續(xù)再不斷的審核規(guī)范構(gòu)件的編碼及錄入，完善裝配式構(gòu)件共享平臺的構(gòu)件數(shù)據(jù)庫。為用戶提供全面的模板借鑒。

1.3 智能性

裝配式構(gòu)件共享平臺基于 BIM 技術(shù)開發(fā)智能建筑，通過構(gòu)件的編碼體系，在其工廠生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝及后期維護(hù)階段，在平臺上自動更新不同階段的構(gòu)件編碼，同時記錄各個時期的參數(shù)，從局部到整體，從設(shè)計到施工，全方面為裝配式建筑的智能化提供構(gòu)件數(shù)據(jù)追蹤、分析、記錄的服務(wù)。

2 裝配式構(gòu)件共享平臺的搭建載體選擇—BIM

裝配式構(gòu)件共享平臺的載體要滿足系統(tǒng)運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理、構(gòu)件自制、三維模擬等功能。而目前建筑行業(yè)技術(shù)較成熟的BIM（Building Information Modeling）是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化將模型細(xì)分到每一個構(gòu)件，最終整合集成一個三維模型信息數(shù)據(jù)庫。其云數(shù)據(jù)收集、儲存、更新功能適配于裝配式構(gòu)件共享平臺。

以下從BIM的族庫功能、三維虛擬仿真功能兩方面概述裝配式構(gòu)件共享平臺載體的基礎(chǔ)功能，為BIM和裝配式構(gòu)件共享的技術(shù)融合提出設(shè)計方向。

2.1 族庫：自主設(shè)計模型

族，是參數(shù)信息的載體，具備設(shè)計創(chuàng)建項目構(gòu)件的功能。在裝配式構(gòu)件共享平臺中，用戶通過對“系統(tǒng)族”“內(nèi)建族”“可載入族”的熟練運(yùn)用，可創(chuàng)建不同規(guī)格的構(gòu)件，給裝配式構(gòu)件共享平臺提供自主更新的功能。“族”完備的構(gòu)件設(shè)計搭配命名遞進(jìn)的編碼體系，通過云計算能力，能夠準(zhǔn)確的解析構(gòu)件，最終實現(xiàn)構(gòu)件有效識別、分類、歸類和整合的信息儲存，搭建起一套完整的構(gòu)件數(shù)據(jù)庫。

再有人找老崔，老崔就說，我反正不行了，我只能做縮頭烏龜了。業(yè)主生氣說，既然物業(yè)都撒手不管，我們也亂來了。說著就真的亂來了，也不管地上有沒有固定的車牌號碼，看見空當(dāng)就停，先來先搶。也有人干脆將原先地上寫著的別人的車牌號，改成了自己的車牌號。再有業(yè)主以購房合同相威脅，老崔就說，我不客氣了，我要以牙還牙了，你們不是拿購房合同說事嗎，我們也拿購房合同說事，反正購房合同上沒有寫保證停車的條款，你們告不倒我。

2.2 虛擬仿真：可視化模型

BIM 的3D模擬功能是裝配式構(gòu)件共享平臺實現(xiàn)可視化模型的關(guān)鍵，目前BIM技術(shù)能夠通過對裝配式建筑構(gòu)件的尺寸、規(guī)格、樣式等屬性信息進(jìn)行處理，展現(xiàn)為三維模型，同時具備強(qiáng)大的構(gòu)件修改能力。裝配式構(gòu)件共享平臺在未來通過BIM和VR技術(shù)的融合，能夠給用戶帶來“虛擬建房”的使用體驗。

3 裝配式構(gòu)件共享平臺的設(shè)計

裝配式構(gòu)件共享平臺旨在為不同項目的用戶服務(wù)，通過二維的設(shè)計圖紙輸入，經(jīng)過云計算，合理的拆分出預(yù)制構(gòu)件，經(jīng)過數(shù)據(jù)庫的比對，降低不同構(gòu)件之間的技術(shù)摩擦率，以高正確率為用戶將圖紙轉(zhuǎn)化為可視化的三維模型，從而提高工作效率，為裝配式建筑的快速出圖提供創(chuàng)建平臺。

為此裝配式構(gòu)件共享平臺的主要功能模塊包括用戶服務(wù)區(qū)、構(gòu)件分類編碼區(qū)、構(gòu)件組建區(qū)、3D建模區(qū)。

圖1：裝配式構(gòu)件共享平臺功能模塊圖

3.1 用戶服務(wù)區(qū)

用戶服務(wù)區(qū)是裝配式構(gòu)件共享平臺的第一層功能區(qū)，用戶通過注冊、登錄，在共享平臺用戶服務(wù)區(qū)上可以使用圖紙輸入、構(gòu)件導(dǎo)入、社區(qū)交流等功能。裝配式建筑二維的圖紙經(jīng)過輸入分析，結(jié)合各類建筑特點進(jìn)行分析匯總，再經(jīng)過人工審核，最終返還到平臺圖紙庫，供用戶進(jìn)行下載使用。

用戶服務(wù)區(qū)用于顯示和接收各類初始信息，為廣大用戶進(jìn)行信息交互服務(wù)，在社區(qū)與其他用戶分享交流（見圖2）。

圖2：用戶服務(wù)功能模塊圖

3.2 構(gòu)件分類編碼區(qū)

裝配式構(gòu)件共享平臺將構(gòu)件分成柱、梁、板、門、窗等預(yù)制構(gòu)件部分，再具體依據(jù)材質(zhì)、輪廓、規(guī)格參數(shù)、部件樣式等不同的分類方法細(xì)分構(gòu)件，為用戶提供精細(xì)多樣的分類區(qū)，通過建立BIM數(shù)據(jù)庫中心，對外開放和共享建筑構(gòu)件信息。大眾化的推廣需要建立一套裝配式構(gòu)件編碼體系確保數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。

以下依據(jù)構(gòu)件的屬性特點進(jìn)行分類和編碼，歸納總結(jié)得到一套分類編碼體系及構(gòu)件庫功能設(shè)計為此功能模塊的建立提供借鑒意義。

根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)規(guī)范》，裝配式建筑主要可分成“裝配式整體框架結(jié)構(gòu)”、“裝配式整體剪力墻結(jié)構(gòu)”、“裝配式整體式框架—現(xiàn)澆剪力墻”、裝配整體式框架—現(xiàn)澆核心筒結(jié)構(gòu)、裝配整體式部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)等體系架構(gòu)。隨著裝配式建筑的快速發(fā)展和技術(shù)的提升，越來越多的部件可供預(yù)制，更多的體系會不斷更新補(bǔ)充到數(shù)據(jù)庫中。

本文以裝配式框架結(jié)構(gòu)為例，按照結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件類別、構(gòu)件名稱、構(gòu)件分類、構(gòu)件規(guī)格進(jìn)行總結(jié)，為分類體系提供借鑒（見表1）。

表1：裝配式框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件分類信息表

3.2.2 預(yù)制構(gòu)件編碼體系

構(gòu)件編碼應(yīng)具有唯一性和統(tǒng)一性，在符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同時，形成一套公認(rèn)的編碼體系，從而保證信息交換的唯一性，以便管理和使用預(yù)制構(gòu)件信息。

為實現(xiàn)裝配式共享平臺構(gòu)件的共享性，現(xiàn)對構(gòu)件信息提出一種設(shè)想的編碼形式形成統(tǒng)一可識別的語言。基于BIM技術(shù)，集合裝配式構(gòu)件的信息檢索、信息分類、信息交互、信息儲存為統(tǒng)一整體，為共享平臺的搭建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)向。

本文通過借鑒Omniclass分類系統(tǒng),從預(yù)制構(gòu)件的生命周期、結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件名稱、結(jié)構(gòu)規(guī)格、結(jié)構(gòu)材質(zhì)進(jìn)行編碼，形成五段十一位的編碼格式，為形成統(tǒng)一的編碼體系提供借鑒意義。

編碼結(jié)構(gòu)如圖所示：

圖3：裝配式構(gòu)件編碼結(jié)構(gòu)設(shè)計

表2：碼段意義說明表

表3：編碼示意表

3.2.3 裝配式構(gòu)件共享平臺的構(gòu)件庫功能設(shè)計

通過對構(gòu)件的編碼，將不同構(gòu)件以統(tǒng)一的編碼格式命名，在裝配式構(gòu)件共享平臺上完成構(gòu)件的編碼、信息錄入、審核、調(diào)用功能，不斷提高構(gòu)件庫的豐富性。

圖4：裝配式構(gòu)件庫功能示意圖

3.3 構(gòu)件組建區(qū)

族構(gòu)件組建區(qū)是裝配式共享平臺依托BIM族庫技術(shù)給用戶提供一個可供編輯設(shè)計構(gòu)件的功能區(qū)，通過載入各類型構(gòu)件，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、材質(zhì)修改等，最終呈現(xiàn)為三維立體模型。用戶可以導(dǎo)入建筑項目或者保存至自己的云端數(shù)據(jù)庫，同時支持返工，再次對構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計，實現(xiàn)構(gòu)件到建筑項目的高度關(guān)聯(lián)性和一站化連接。

圖5：構(gòu)件創(chuàng)建流程圖

3.4 3D建模區(qū)

3D建模區(qū)是共享平臺通過對別墅、廠房、公寓、教學(xué)樓等典型建筑的圖紙收集，經(jīng)過轉(zhuǎn)化建模，最終具備模型展現(xiàn)和修改的功能區(qū)。通過虛擬的建筑模型，進(jìn)一步幫助用戶深入糾錯，快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題。同時支持3D拆分構(gòu)件，計算建筑項目的預(yù)制率和提供各個節(jié)點的連接方法等功能，能夠有效提高裝配式構(gòu)件的設(shè)計準(zhǔn)確率，降低返工工程量。

圖6：3D建模區(qū)功能示意圖

4 結(jié)論

為加快裝配式建筑發(fā)展，實現(xiàn)裝配式構(gòu)件信息共享，從構(gòu)件本身為立足點，對裝配式預(yù)制構(gòu)件信息進(jìn)行匯總與分析，在滿足各項標(biāo)準(zhǔn)的分類基礎(chǔ)上設(shè)計構(gòu)件的編碼體系。并根據(jù)裝配式構(gòu)件信息庫的特點，結(jié)合BIM技術(shù)的優(yōu)點，對裝配式構(gòu)件共享平臺的功能模塊進(jìn)行研究，最終實現(xiàn)裝配式共享平臺的搭建，以此達(dá)到BIM的進(jìn)一步開發(fā)利用。

裝配式構(gòu)件共享平臺能夠進(jìn)一步體現(xiàn)裝配式建造方式的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化、智能化。同時通過統(tǒng)一的編碼體系標(biāo)準(zhǔn)給廣大用戶提供一個準(zhǔn)確交互信息、交流建造經(jīng)驗的平臺，以實現(xiàn)裝配式建筑智能一體化發(fā)展的綜合發(fā)展。