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基于BIM的预制构件编码体系与数据库设计

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楼智博冯雪婷刘加敏

摘要：基于装配式建筑的建造方式和优点，建筑工业化的建造方式对预制构件在设计、生产、施工、维修等阶段的信息集成要求较高。通过设计基于BIM的装配式预制构件编码体系，结合Revit建立装配式预制构件模型，设计与装配式预制构件编码体系相配套的装配式构件信息数据库，解决当前装配式构件信息交换缺失的问题，进而更加适配和促进装配式建筑在我国建筑业的推广与应用。

关键词：装配式建筑;预制构件;编码体系;数据库

中图分类号：TB ? ? 文献标识码：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.24.116

传统现浇建筑的建造所需周期长，消耗人工多，不仅无法满足消费者对住宅的需求，也难以适应我国现阶段建筑行业推行绿色施工，理念的发展趋势。于是，建筑工业化的理念由此产生出来。而现阶段，我国政府也极力推进装配式建筑的发展，国务院也下发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，提出了针对装配式建筑发展所需的一系列建议，例如通过相关标准规范，使用绿色建筑材料，创新建筑方法等来确保工程质量。因此在现阶段研究装配式建筑相关应用是符合当今时代建筑业的发展潮流的。

装配式建筑的发展在目前还存在成本价格高、管理体制和相关规范尚不健全、产业链不成熟和缺乏专业人才等问题。针对装配式预制构件在策划分析以及构件深化设计两个步骤存在缺失、分离的问题，马尚勇认为出现这种问题的核心在于标准化的缺失，就装配式建筑的特点来说，应遵循同一建筑类型同一标准化原则，在此之上建立标准化构件库。基于标准化的原则，本文尝试建立适用于装配式建筑预制构件的编码体系，基于建筑信息模型（BIM）的编码方法研究，实现预制构件的唯一标识。

而在构件数据进行交换的过程中，由于BIM相关应用软件的数据接口对IFC标准的支持力度各不相同，使得基于IFC标准建立的模型在数据传递过程中存在信息的缺失和错误问题。本文尝试基于IFC标准建立装配式预制构件库，将会从根本上解决这一问题，保证相关的模型数据在各软件交换过程中保持信息的一致性和完整性，为BIM协同平台的开发以及数字城市的建立奠定了基础。

1 装配式预制构件信息分类体系设计

1.1 Omniclass 信息分类体系

建筑信息模型（BIM）之所以可以节约成本、实现更多的價值，就是因为其包含了多种用途的丰富信息。因此，建筑行业已经开始认识到，更大程度统一的分类信息系统是必要且可以实现的。目前，分类表行业已经创建了Omniclass标准，它使得建筑信息系统的这种统一走进了现实。我国发布的有关建筑信息模型（BIM）的分类标准征求意见稿正是采用了Omniclass分类体系。

具体而言，OmniClass信息分类体系（又称OmniClass TM 或 OCCS）是一个建筑行业的分类系统，合并了许多正在使用中的分类系统作为其构建表格的基础，如使用了MasterFormat作为搭建构件分类表格的基础。Omniclass的范围包含了整个建筑环境从搭建到完成的多尺度描述，适用于设施的全寿命周期，从构思、设计、建造到最终拆卸、解构、回收或重新利用。通过使用表格来跟踪和记录设施的生命周期的各个阶段的数据和不断变化的生命周期中物业设施作为一个整体所进行的修改的数据，以此达到信息分类的标注。

综述所述，OmniClass信息分类体系对装配式建筑在我国的发展起到了促进作用，尤其是在信息分类与整合方面具有很高的参考价值，下文设计的预制构件分类方法正是在借鉴和参考OmniClass体系的基础上进行的。

1.2 装配式预制构件分类

构件信息的分类就是遵循一定的原则或方法，按照信息内容的属性或特点来进行归类和总结，最后建立起特定的分类体系和排列顺序，以便于构件信息的管理和使用。分类对象和依据构成了信息分类的两大要素，其中分类对象是指若干个被分解的主体，分类依据则取决于分类对象的属性或特点。信息分类和编码应根据建筑领域信息化管理的需求，参照有关国家标准、行业标准、企业标准，保证信息交换的唯一性，以便管理和使用信息。

本项目对装配式构件的生产企业展开调研，对预制构件的生产设计环节进行初步研究，得到了如下信息：

装配式建筑主要分为预制框架结构、预制剪力墙结构、预制框架—剪力墙结构和钢结构等四种结构体系，每种结构体系的应用场景都不同。不同结构体系的装配式建筑所使用的预制构件也不尽一致，如预制框架结构主要使用预制梁、预制柱、预制楼板和预制楼梯等构件;预制剪力墙结构则包括了预制墙、预制楼板和预制楼梯等主要构件。

本项目以装配式预制构件为分类对象，以装配式建筑结构方式和构件的主要作用作为分类依据进行信息分类，主要按照框架结构、剪力墙结构、框剪结构、钢结构、连接件五种结构类型进行总结。下面以装配整体式混凝土框架结构为例说明。

2 装配式预制构件编码体系设计

2.1 国内外建筑业编码体系

目前，世界上很多发达国家，如美国、英国、欧洲、加拿大、新加坡等，都建立了适应于本国建筑业的统一的建设工程项目编码体系。建设工程项目编码在工程管理中的应用，极大地促进了建筑业的发展。为适应建筑业发展趋势，我国也发表或实施了一些建设工程编码标准以起到规范引导的作用。对国内外建筑信息分类及编码体系标准进行整理后，得出的对比情况如表2所示。

2.2 装配式构件编码理论

通过对国内外建筑信息分类及编码体系进行对比，本项目发现Omniclass分类系统适配于装配式建筑的发展过程，因此通过借鉴Omniclass分类系统来实现装配式预制构件编码。例如Omniclass表13是依据功能来进行分类的，表格里的每一项数据都有单一的编号;共有N级编号，其中一级编号为13，后面二级、三级编号依次编写。以Omniclass表13中的分项信息大学校园功能分类为例，假设第一级编号为13，教育和训练场所为第二级标题的01，在教育和训练场所里面又分为图书馆、教学楼、实验室等。将他们分别编号为01、02、03，那么实验室的编号就是 13-01-03。此外由于装配式建筑的特点，本编码以构件为单元建立体系。

此次编码根据结构进行分类，一级编号以框架、剪力墙、框架剪力墙、钢结构、连接件作为结构区分依次编写，后边二级、三级、四级编写方式依此类推。考虑到在生产施工中的快速识别，以字母缩写和数字混编的方式进行编码。

此外，借鉴到项目全寿命周期跟踪的思想，在编码最前方添加代表生命周期的字段，最终形成了六段十三位的编码形式。

2.3 装配式构件编码

为实现装配式构件的信息共享，需要对构件信息进行编码使之形成统一可识别的语言。在BIM技术标准中，信息的编码是为了方便信息的存储、检索和使用，在进行信息处理时赋予信息元素以代码的过程。信息编码主要包含数据表达成代码的方法、数据的代码表示形式、代码元素集合的赋值等内容，起到标识、分类、参照的作用。对装配式建筑预制构件的编码可以将信息检索、信息分类、信息交互以及信息储存功能集合为整体。

依据已有编码体系及标准，对装配式预制构件进行编码，编码结构如图1所示。

部分码段意义如表3。

以上编码结构的编码示例如表4。

此阶段，我们共对192种构件进行编码，预期将其结合入数据库中形成完整的构件库。

3 装配式预制构件数据库设计

3.1 装配式预制构件信息整理

在理想化全寿命周期管理的理念之下，装配式构件编码所涵盖的信息应覆盖构件的设计、生产、运输、施工以及运营五个阶段;通过对装配式预制构件设计、生产企业以及相关施工方进行调研，对预制构件所有相关信息进行分析汇总，并结合装配式施工全寿命周期的概念对构件信息进行再分类如表5所示。

3.2 Revit构件三维模型的创建

利用revit建模工具，本研究设计创建了一个三层装配式别墅模型。辅以建筑模型，使装配式构件具体显示，下图为别墅模型一层的三维剖面图。

利用Revit软件对典型构件进行建模，再将其结合到数据库中，以形成全面直观的构件信息。

3.3 数据库的存储

SQL Server 是由微软公司研发的一个关系型数据库管理系统。它具有使用方便、可伸缩性好、与相关软件集成程度高等优点，可跨越多种平台使用，通过使用内含的商业智能（BI）工具，為用户提供企业级别的数据管理，是一个全面的数据库平台。Microsoft SQL Server 数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，使它可以构建和管理用于业务的高可用和高性能的数据应用程序。基于这一特性，本项目采用SQL Server作为装配式构件库的存储系统进行开发。

通过对数据库系统进行数据管理，以达到在建筑的全生命周期各个阶段都可以访问数据库，进而对构件信息进行增、删、查、改等工作。将数据库链接到网页，就可以通过互联网访问构件库中的信息，再授予不同工作人员不同的权限，就可以实现数据的分权限管理。

首先，根据全寿命周期的使用需求，分别建立生产阶段、施工阶段、运维阶段三个数据表，并在表中创建所需数据的字段，然后将构件编码这一字段设为表的主键，作为每条信息的唯一关键字。最后，在三个数据表中，分别存储全寿命周期各阶段所产生的信息。

3.4 数据库的读取

为了便于本地读取和远程读取，使用Asp.Net建立一个网页，并且将数据库链接到这个网页上，这样就可以通过网页进行数据的查询和读取。将数据库链接到网页的代码如下：

ID="SqlDataSource1"

runat="server"

ConnectionString=" <%$ ConnectionStrings：构件信息库ConnectionString %>"

SelectCommand="SELECT * FROM [生产阶段信息] WHERE （[构件名] = @构件名）">

通过网页进行数据的查询和读取的部分代码如图3。

3.5 移动端网站的建立

数据库平台存在着一定的局限性——对构件编码进行编辑修改操作不便捷，在互联网快速发展的大背景之下，本项目借助移动端网站来实现数据库平台的拓展，建立了与数据库相配套的构件编码管理系统网站。通过建立此配套网站，可以实现在网站端对构件编码数据库进行增删查改操作，使得应用范围进一步扩大，在实际应用中获得更好的可移植性。

本项目建立的构件编码管理系统网站应用了Apache服务器+ Mysql数据库，使用HTML、CSS、JavaScript和PHP等多种编程语言，可以通过服务器实现互联网访问并进行相关操作，实现数据库的使用层面扩大。

上图是数据库可视化管理工具phpMyAdmin，在这里可以浏览数据库的信息。

4 结论

通过对装配式建筑预制构件信息的汇总与研究，结合装配式预制构件现有市场的发展需要，提出了以装配式构件的结构和作用为主要分类依据的信息分类方法，并且以此分类方法为基础设计了基于BIM的装配式预制构件编码体系。在已有的编码体系基础上对相关构件进行Revit三维建模，建立了装配式预制构件信息数据库。

结合基于BIM的装配式预制构件编码体系，建立装配式预制构件数据库，可以保证建筑信息模型储存的正确性和完整性，能够进一步体现装配式建造方式的工业化、标准化、信息化;与此同时，通过相关数据库的建立，可以为构件生产方、建筑施工方、后期运维方提供项目全维度构件信息，不仅可以保证各方获取数据信息的准确性，还可以使得数据获取方式更加快捷;此外依据该数据库可以储存多个不同装配式建筑项目信息的特点，因此综合多个数据能够体现多个项目的信息贡献，以实现装配式建筑产业链的综合发展。

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