設計企業(yè)BIM構件庫建設方法

李偉偉 王強強 王 瑜

(中國電子工程設計院，北京 100084)

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)技術是創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對建設項目全生命周期進行管理、優(yōu)化的方法和工具，正在引發(fā)建筑業(yè)一場新的技術革命［1-2］。目前，國內設計企業(yè)的BIM技術應用還處于起步階段，隨著應用的不斷深入，各企業(yè)對BIM模型構件的需求將越來越大。由于當前國內廣泛應用的BIM建模軟件自身所帶構件資源有限，且部分構件不完全符合我國的工程建設設計要求。因此，建設企業(yè)自有模型構件庫，豐富BIM設計資源，成為設計企業(yè)全面深入推進BIM技術應用的重要條件和關鍵環(huán)節(jié)。

本文提出企業(yè)BIM構件庫建設的一般步驟，并結合企業(yè)構件庫建設實例，敘述建設步驟及各關鍵環(huán)節(jié)的建設方法，供同行討論和借鑒。

2 構件庫建設步驟

企業(yè)構件庫的建設一般可分為:構件資源規(guī)劃，構件分類，構件制作、審核與入庫，構件庫管理四大步驟。

2．1 構件資源規(guī)劃

構件資源規(guī)劃是構件庫建設的基礎和前提，企業(yè)在開始建設BIM構件庫之初，首先應做好構件資源規(guī)劃。國內設計企業(yè)由于各自涉及的業(yè)務領域不同，對構件資源的需求也不相同，如工業(yè)工程類設計企業(yè)可能需要較多的工藝設備和機電類構件，而民用建筑類設計企業(yè)可能需要較多的建筑、結構類構件。因此，企業(yè)只有根據(jù)自身的業(yè)務特點，理清構件資源需求，做好構件資源規(guī)劃，建立相應標準，用標準統(tǒng)一規(guī)范構件的制作、審核與入庫，以及構件庫管理等活動，才能最大限度地提高對構件資源的開發(fā)與利用效率。通常情況，構件資源規(guī)劃應首先根據(jù)企業(yè)業(yè)務需要預測本企業(yè)對構件資源在數(shù)量和質量兩方面的需求;通過統(tǒng)計分析現(xiàn)有構件資源，確定本企業(yè)需補充建設的構件資源;制定滿足本企業(yè)需求的構件資源建設辦法與措施。

2．2 構件分類

構件分類是構件入庫和檢索的基礎，是構件庫建設的重要內容。構件資源規(guī)劃完成之后，企業(yè)對構件的需求和構件庫的存儲內容基本確定。為了使構件庫使用方便，并易于擴充和維護，必須對構件進行分類，并依據(jù)分類類目建立構件庫的存儲結構。構件分類應以方便使用為基本原則，可依據(jù)建筑行業(yè)習慣按專業(yè)劃分［3］，將構件資源分為建筑、結構、機電等專業(yè)大類，各專業(yè)大類可再按功能、材料、特征進一步細分。同時為了避免過度分類，應對分類類目等級進行控制，如每個專業(yè)下分類類目最多不超過3級。

2．3 構件制作、審核與入庫

在構件制作過程中，應根據(jù)建模深度需要，在構件屬性中包含其幾何信息，以及材質、防火等級、工程造價等一些工程信息。但是每個構件包含的信息并非越多越好，滿足設計深度需求即可，信息過多則可能導致最終三維模型信息量過大，占用大量設備資源，難以操控。以建筑專業(yè)構件為例，一般情況下，至少應將以下信息包含到構件中:

1)基本尺寸參數(shù)，如長、寬、高及尺寸是否可變;

2)構件平立剖顯示;

3)主體部分的材質參數(shù)，用于材料清單統(tǒng)計和工程量統(tǒng)計。

為了避免構件庫中構件文件的相互覆蓋，構件應該具有準確、簡短、明晰的命名。企業(yè)可依據(jù)相關標準和實際需要針對構件制定命名標準。依據(jù)企業(yè)命名標準命名后的構件文件，應交給指定的審核人進行審核。通常，審核人應具有豐富的構件制作經(jīng)驗，對企業(yè)構件資源的規(guī)劃、企業(yè)構件庫的存儲結構非常熟悉。審核人需要將構件加載到實際項目環(huán)境中進行測試，重點測試構件的三維與平立剖顯示、參數(shù)設置等。只有通過審核的構件，才能存儲到企業(yè)構件庫中。

2．4 構件庫管理

構件庫管理包括權限分配和維護兩部分。構件庫是企業(yè)重要的技術和知識資源，因此，必須對構件庫采取有效的保護措施。通常應按照不同部門、不同專業(yè)對構件的使用需求，設置不同的訪問權限。例如:建筑專業(yè)人員可查看并下載本專業(yè)的構件，對其他專業(yè)的構件則不可讀;構件庫管理員應具有最高權限，全面負責構件庫的管理。為了防止構件庫中數(shù)據(jù)損壞，構件庫管理員需對構件庫做日常備份。另外，隨著構件庫中構件的不斷擴容，庫中構件文件的版本不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)冗余等問題也將暴露出來。因此，構件庫管理員還應定期升級庫中構件文件的版本，刪除不再適用的廢棄構件文件。

3 構件庫建設實例

本章將給出企業(yè)構件庫建設實例。為保證構件文件制作與構件庫管理的規(guī)范性，確保構件屬性信息設置的完整性和可用性，實現(xiàn)構件的統(tǒng)一化、結構化存儲與管理，企業(yè)應制定《構件制作與構件庫管理規(guī)范》，對構件的制作、審核與入庫，以及構件庫管理作出相應的規(guī)定。

3．1 資源規(guī)劃

通過對常用建模軟件自帶構件資源的統(tǒng)計分析，結果顯示其構件數(shù)量有限或構件信息不全。以Autodesk Revit系列軟件為例，建筑、結構專業(yè)構件基本滿足設計需求，但機電專業(yè)構件數(shù)量較少，且部分構件信息不全無法正常使用，如構件平立剖顯示無法滿足二維出圖需要。大型設計企業(yè)通常在工業(yè)工程、民用建筑等領域提供全面的工程服務，并且擁有豐富的二維CAD圖例庫。參照企業(yè)二維CAD圖例庫，預測各專業(yè)特別是給排水、暖通、動力和電氣專業(yè)的構件需求量和缺口都應特別大。那么，如何投入最少的人力物力，在較短時間內盡快滿足工程設計對構件的需求，填補缺口呢?針對上述問題，行之有效的解決辦法是:首先整理Magi-CAD、Revit等常用建模軟件的自帶構件資源，去除冗余重新分類;然后，上傳至構件庫管理器中，形成企業(yè)構件庫初始原型;再根據(jù)實際項目需要，不斷的補充制作不包含在初始原型中的構件，從而豐富和完善初始原型，最終形成企業(yè)構件庫。

構件庫管理器是專門用于管理企業(yè)構件的軟件/插件，所帶來的最大好處是能可視化的調用、管理構件，并且每個構件的參數(shù)可以在線查看，如圖1所示。

3．2 構件分類

由于有關建筑信息模型構件分類的國家、行業(yè)標準尚未發(fā)布，因此，設計企業(yè)可依據(jù)企業(yè)二維CAD圖例庫的分類體系為基礎，并參照常用建模軟件自帶構件的分類信息，確定企業(yè)的構件分類方法。構件可按專業(yè)進行分類，共分為“工藝”、“建筑”、“結構”、“總圖”、“給排水”、“暖通”、“動力”、“供電”、“電照”、“自控”、“通信”和“通用”十二個專業(yè)大類。其中，每一大類根據(jù)需要，可進一步分為一級、二級、三級類目(最多不超過三級)。以此分類方法在構件庫管理器中建立構件庫存儲結構，其中建筑專業(yè)構件庫三級存儲結構示例如圖2所示。

3．3 構件制作、審核與入庫

3．3．1 制作

鑒于常用建模軟件制作構件幾何模型的步驟復雜且隨意性較強，因此，本文僅給出Revit軟件模型構件制作的參考步驟［4］，如圖3所示，具體步驟可根據(jù)制作實際進行適當?shù)恼{整。

在企業(yè)《構件制作與構件庫管理規(guī)范》中可規(guī)定構件制作包括幾何模型制作、參數(shù)設置、顯示設置、測試及構件說明五部分內容。

1)幾何模型制作

構件幾何模型三維顯示應正確無誤，在滿足設計需求的基礎上力求美觀。

2)參數(shù)設置

在分析各專業(yè)大量構件參數(shù)設置的基礎上，可規(guī)定所有構件參數(shù)至少應包括:

(1)邊界到原點的尺寸參數(shù);

(2)相對參照平面的距離參數(shù)(基于面的構件必須設置);

(3)基本尺寸參數(shù)，如長、寬、高、直徑等，及尺寸參數(shù)是否可變;

(4)常用材質參數(shù)，用于材料統(tǒng)計;

(5)其他尺寸參數(shù)，對與依據(jù)廠商提供資料或者行業(yè)規(guī)范而制作的構件，應按照廠商資料或者行業(yè)規(guī)范添加尺寸參數(shù)。

其中構件材質參數(shù)可用于項目材料清單統(tǒng)計，進而用于項目工程量統(tǒng)計。由于具體項目工程量統(tǒng)計需求不同，因此，企業(yè)可規(guī)定僅將構件的主要材質做入構件中，如窗構件的窗框、玻璃材質。對于機電專業(yè)的構件，接口、流量、防火等級等參數(shù)依據(jù)實際需要進行設置。

3)顯示設置

目前，三維設計最終必須以二維形式出圖，構件在不同視圖中的顯示直接影響出圖結果。為了保障三維設計的二維出圖滿足制圖標準，企業(yè)可規(guī)定在構件制作過程中必須將與構件相應的二維圖例做在構件中。構件顯示設置示例如圖4所示。

圖3 構件制作步驟

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4)構件測試

以Revit軟件為例，構件的測試分為構件編輯器中的測試與項目文件中的測試兩類。構件編輯器環(huán)境中重點測試構件類別、參數(shù)與分組設置是否合理;項目文件環(huán)境重點測試構件文件的可加載性，幾何模型、參數(shù)設置、可見性是否與設計相符。

5)構件說明

為了方便所有使用者對企業(yè)構件庫中構件的正確使用，存入在企業(yè)構件庫中的所有構件都應配有相應的說明。內容包含:制作人、審核人、構件名稱、構件外觀(平立剖顯示)、尺寸標注、使用規(guī)則等。構件說明表格樣式示例如表1所示。

無關于構件文件的命名，在企業(yè)《構件制作與構件庫管理規(guī)范》中可給出如下規(guī)則:即構件采用不定長漢字、字母、數(shù)字、字符組合的命名格式，分為兩個字段，第一字段為專業(yè)代號，第二字段為構件名稱。其中“專業(yè)代號”字段，2位，由大寫字母與字符“－”表示，用來標識構件所屬專業(yè);“構件名稱”字段，不定長，由漢字、字母、數(shù)字、字符組合表示，一般表示順序為材質、形式/方式、類型、規(guī)格/序號，其中四大元素并不需要一定全部賦值，命名以反映構件特性為準則，應突出構件特點。

3．3．2 審核與入庫

審核人除了對構件參數(shù)設置、顯示設置逐一測試之外，還要審核構件說明表格的內容，確保每一個構件都配有唯一對應的說明表格。經(jīng)審核之后，將構件文件和構件說明一起交付構件庫管理員，由構件庫管理員上傳至構件庫相應目錄下，完成構件入庫。

3．4 構件庫管理

3．4．1 權限分配

在企業(yè)構件庫管理器中可將所有用戶分為三種角色(管理員、編輯員、普通用戶)，不同角色設置了不同的訪問權限。其中，普通用戶具有查看并下載所需構件的權限;編輯員具有普通用戶的所有權限并且具有上傳構件、編輯構件屬性的權限;管理員具有編輯員的所有權限并且具有刪除構件、用戶管理的權限。這樣做的好處是，人員角色的調整、人員數(shù)量的增減對權限分配沒有任何影響，便于構件庫管理員對權限分配的維護。

3．4．2 維護

構件庫建設完成之后，經(jīng)過簡單的使用培訓之后，就可以投入使用。建議構件庫管理器以建模軟件插件的形式存在，使用者不需要退出當前建模軟件，即可打開構件庫管理器，下載所需要的構件。

隨著新增構件文件的不斷入庫和建模軟件版本的不斷升級，構件庫中數(shù)據(jù)會出現(xiàn)冗余甚至錯誤的現(xiàn)象，將影響其正常使用。因此，構件庫管理員應負責構件庫數(shù)據(jù)備份、權限分配維護、定期升級構件文件版本、刪除廢棄構件及下發(fā)維護通知等。通過以上措施，保證構件庫正常穩(wěn)定運行。

4 結語

企業(yè)構件庫的建設可以實現(xiàn)對構件的統(tǒng)一、集中存儲及結構化管理。設計人員通過簡單的調用即可使用大量標準化的構件，大幅降低了設計人員的工作量，有效提高了三維設計效率。在構件庫中構件信息完整、規(guī)范、可用，保證了后續(xù)數(shù)據(jù)的傳遞，為各類BIM應用打下堅實的基礎。我們應深刻地認識到:企業(yè)構件庫的建設并非一朝一夕能夠完成，需要很長一段時間的積累，將伴隨BIM項目的開展，不斷豐富和完善。

構件是企業(yè)重要的技術和知識資源，如何防止資源流失，是構件庫建成之后又一個具有挑戰(zhàn)性和不可回避的課題，有待在下階段工作中繼續(xù)研究解決。

［1］中國勘察設計協(xié)會，歐特克軟件(中國)有限公司．Autodesk BIM實施計劃［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社2003．

［2］秦軍．Autodesk Revit Architecture201X建筑設計全攻略［M］．北京:中國水利水電出版社，2010．

［3］中華人民共和國行業(yè)標準．JG/T 151-2003建筑產品分類和編碼［S］．北京:中國標準出版社，2003．

［4］歐特克軟件(中國)有限公司構件開發(fā)組．Autodesk Revit2012族達人速成［M］．上海:同濟大學出版社，2012．