基于BIM的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件族庫管理研究

李露凡（上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032）

0 引 言

近年來，隨著國家對信息化技術(shù)及裝配式建筑的大力宣傳與推進(jìn)，BIM技術(shù)與裝配式技術(shù)得到了快速發(fā)展并進(jìn)行了融合創(chuàng)新應(yīng)用，在一定程度上促進(jìn)了裝配式建筑的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。然而長期以來，各個(gè)裝配式住宅項(xiàng)目之間未制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致出現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件信息傳輸性弱、信息共享能力差和信息復(fù)用率低等問題。這不僅增加了各個(gè)裝配式住宅項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的重復(fù)的工作量，也阻礙了裝配式住宅的推廣。

建立BIM預(yù)制構(gòu)件族庫的目的就是為了解決上述問題，通過制定科學(xué)、系統(tǒng)、實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范裝配式住宅項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的信息管理過程，進(jìn)而提高裝配式住宅預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)效率。但是，受限于預(yù)制構(gòu)件的發(fā)展情況，BIM構(gòu)件族庫目前僅包含結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其他的管線、機(jī)電、裝修等部分有待進(jìn)一步探索。

預(yù)制構(gòu)件作為裝配式建筑管理的核心，與其相關(guān)的基于BIM的裝配式構(gòu)件模型搭建[1]、預(yù)制構(gòu)件編碼管理體系[2]、全產(chǎn)業(yè)鏈管理[3]等研究層出不窮，為裝配式預(yù)制構(gòu)件數(shù)字化管理提供了技術(shù)及管理標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，但有關(guān)預(yù)制構(gòu)件庫全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)化管理的研究卻很少，且大多操作性不強(qiáng)、不全面。如：江媛靜等[4]提出創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件信息共享庫，建立構(gòu)件模型，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的審核入庫與管理；韓俊[5]以語言闡述的方式提出BIM預(yù)制構(gòu)件的存儲(chǔ)方式及管理流程；余芳強(qiáng)等[6]提出一種面向施工企業(yè)的建筑工程構(gòu)件庫分類管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件BIM模型標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建。然而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于預(yù)制構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)化管理制度及流程的缺乏，無法保證項(xiàng)目上預(yù)制構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)范性與準(zhǔn)確性。因此，本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，提出了基于BIM的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件族庫的整體管理框架、權(quán)限管理機(jī)制、流程管理機(jī)制和儲(chǔ)存管理機(jī)制等，以期為裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理提供參考依據(jù)。

1 預(yù)制構(gòu)件族庫與預(yù)制構(gòu)件族的概念

預(yù)制構(gòu)件族庫，可以理解為是一種面向裝配式工程各種預(yù)制構(gòu)件族的集合，也是一種數(shù)據(jù)庫。

預(yù)制構(gòu)件族，可以理解為是利用BIM建模技術(shù)對裝配式工程中預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行屬性信息提取而形成的一種固定形式的構(gòu)件對象，最終以三維可視化模型的形式展示。

預(yù)制構(gòu)件族能完全模擬實(shí)際環(huán)境中的預(yù)制構(gòu)件，有助于提高預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)精度和質(zhì)量。后續(xù)只需在項(xiàng)目中載入所需的構(gòu)件族進(jìn)行參數(shù)修改調(diào)整，就可以重復(fù)利用到其他項(xiàng)目BIM模型中。

2 建立BIM標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件族庫的技術(shù)路徑

建立BIM標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件族庫的技術(shù)路為：BIM預(yù)制構(gòu)件族庫分類→預(yù)制構(gòu)件分類→預(yù)制構(gòu)件BIM模型創(chuàng)建→BIM構(gòu)件族庫運(yùn)維與管理。

根據(jù)預(yù)制構(gòu)件族庫的分類方法，將基于BIM的預(yù)制構(gòu)件族庫分為標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件族庫和項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件族庫。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件族庫為項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件族庫的構(gòu)件創(chuàng)建提供參考，項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件族庫為標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件族庫的擴(kuò)容提供基礎(chǔ)。

預(yù)制構(gòu)件具有類目多、信息復(fù)雜的特點(diǎn)。為確保BIM構(gòu)件族庫質(zhì)量，預(yù)制構(gòu)件的分類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具備科學(xué)性、系統(tǒng)性、可擴(kuò)展性、兼容性和綜合實(shí)用性。目前，基本的分類方法主要有線分類法、面分類法和混合分類法三種。結(jié)合BIM預(yù)制構(gòu)件族庫的特點(diǎn)，其分類采用以面分法為主的混合分類法。以裝配式住宅混凝土結(jié)構(gòu)-預(yù)制構(gòu)件為例，其分類情況，如表1所示。

表1 裝配式住宅混凝土結(jié)構(gòu)-預(yù)制構(gòu)件主要面分類表

預(yù)制構(gòu)件模型除了完全展示預(yù)制構(gòu)件信息外，還宜預(yù)留填寫生產(chǎn)信息、運(yùn)輸信息、施工信息和監(jiān)理信息的位置，以便于后期生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工和監(jiān)理等單位開展模型的深化工作。

3 預(yù)制構(gòu)件族庫管理體系

3.1 整體管理框架

預(yù)制構(gòu)件族庫的重要性貫穿裝配式建筑的整個(gè)壽命周期，是一種無形的知識(shí)生產(chǎn)力，其規(guī)范化使用與管理是預(yù)制構(gòu)件族庫價(jià)值實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。裝配式建筑各專業(yè)協(xié)同性高、拆分方式多樣，預(yù)制構(gòu)件細(xì)部構(gòu)造復(fù)雜、種類繁多，給預(yù)制構(gòu)件族庫的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理帶來了挑戰(zhàn)。

基于上述背景，為了保證預(yù)制構(gòu)件族庫的質(zhì)量與共享，預(yù)制構(gòu)件族庫的管理從角色、流程、存儲(chǔ)和端口四個(gè)方面，分別針對預(yù)制構(gòu)件族庫的使用權(quán)限、運(yùn)行流程、存儲(chǔ)形式和交互端口進(jìn)行規(guī)定，以實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件族庫的有效化組織、精細(xì)化管理和便利化使用。其整體管理框架和運(yùn)行機(jī)制，見圖1和圖2。

圖1 BIM構(gòu)件庫整體架構(gòu)

圖2 BIM構(gòu)件庫運(yùn)行機(jī)制

3.2 權(quán)限管理機(jī)制

預(yù)制構(gòu)件族庫的使用權(quán)限主要包含上傳、下載、查看、編輯和審核等，可根據(jù)使用權(quán)限的不同劃分為用戶、技術(shù)支持和服務(wù)支持三個(gè)角色。其中，用戶為預(yù)制構(gòu)件族庫的使用者，僅針對專業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)師開放；技術(shù)支持為預(yù)制構(gòu)件族庫的構(gòu)件管理者，為用戶提供技術(shù)類的服務(wù)；服務(wù)支持為預(yù)制構(gòu)件族庫的運(yùn)營管理者，為用戶提供非技術(shù)類的服務(wù)。

3.2.1 技術(shù)權(quán)限

標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫的管理以技術(shù)支持為主，負(fù)責(zé)對構(gòu)件族庫進(jìn)行維護(hù)與更新，以實(shí)現(xiàn)用戶對構(gòu)件進(jìn)行查看和調(diào)用的功能。

項(xiàng)目構(gòu)件族庫的管理以用戶為主，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)用戶之間協(xié)同工作，為技術(shù)支持提供幫助與保障，并為后期預(yù)制構(gòu)件族庫的擴(kuò)容做準(zhǔn)備。

3.2.2 服務(wù)權(quán)限

預(yù)制構(gòu)件族庫的服務(wù)權(quán)限以服務(wù)支持為主，主要針對用戶權(quán)限分配和反饋等問題進(jìn)行幫助與處理，以提高用戶對預(yù)制構(gòu)件族庫的使用滿意度。預(yù)制構(gòu)件族庫權(quán)限分配，如表2所示。

表2 預(yù)制構(gòu)件族庫角色權(quán)限使用說明表

3.3 流程管理機(jī)制

3.3.1 技術(shù)流程管理

預(yù)制構(gòu)件族庫管理的技術(shù)流程主要包含構(gòu)件入庫、構(gòu)件調(diào)用、構(gòu)件變更、構(gòu)件迭代和構(gòu)件恢復(fù)等。

（1）預(yù)制構(gòu)件族入庫流程。流程所涉及的角色為用戶和技術(shù)支持，適用范圍為：技術(shù)支持基于標(biāo)準(zhǔn)圖集創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件族的情況（見圖3）；技術(shù)支持基于已竣工項(xiàng)目修改和完善預(yù)制構(gòu)件族的情況（見圖4）。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)圖集來源的預(yù)制構(gòu)件族入庫流程圖

圖4 項(xiàng)目來源的預(yù)制構(gòu)件族入庫流程圖

（2）預(yù)制構(gòu)件族調(diào)用流程。流程所涉及的角色為用戶，適用范圍為：用戶基于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需要，在預(yù)制構(gòu)件族庫中查找并下載合適預(yù)制構(gòu)件族的情況（見圖5）。

圖5 預(yù)制構(gòu)件族調(diào)用流程圖

（3）預(yù)制構(gòu)件族變更流程。流程所涉及的角色為用戶，適用范圍為：用戶根據(jù)項(xiàng)目需求，對項(xiàng)目構(gòu)件族庫中的預(yù)制構(gòu)件族進(jìn)行修改和完善的情況（見圖6）。

圖6 預(yù)制構(gòu)件族變更流程圖

（4）預(yù)制構(gòu)件族迭代流程。流程所涉及的角色為用戶和技術(shù)支持，適用范圍為：用戶在使用過程中，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫中的族存在問題的情況（見圖7）；因國家及地方標(biāo)準(zhǔn)圖集的更新，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫中的構(gòu)件參數(shù)不再符合要求的情況（見圖8）。

圖7 用戶反饋的預(yù)制構(gòu)件族迭代流程圖

圖8 圖集修改導(dǎo)致的預(yù)制構(gòu)件族迭代流程圖

（5）預(yù)制構(gòu)件族恢復(fù)流程。流程所涉及的角色為用戶和技術(shù)支持，適用范圍為：用戶因人為操作失誤或族庫系統(tǒng)原因?qū)е骂A(yù)制構(gòu)件族被誤刪的情況（見圖9）。

圖9 預(yù)制構(gòu)件族恢復(fù)流程圖

3.3.2 服務(wù)流程管理

預(yù)制構(gòu)件族庫管理的服務(wù)流程主要包含構(gòu)件用戶注冊和用戶反饋等。

（1）用戶注冊流程。流程所涉及的角色為用戶和服務(wù)支持，適用范圍為：新用戶注冊賬戶的情況（見圖10）。

圖10 用戶注冊流程圖

（2）用戶反饋流程。流程所涉及的角色為用戶和服務(wù)支持，適用范圍為：用戶因不熟悉預(yù)制構(gòu)件族庫操作或預(yù)制構(gòu)件族庫系統(tǒng)的原因，在使用預(yù)制構(gòu)件族庫過程中遇到問題的情況（見圖11）。

圖11 用戶反饋流程圖

3.4 存儲(chǔ)管理機(jī)制

預(yù)制構(gòu)件族庫的存儲(chǔ)主要有云端存儲(chǔ)和本地存儲(chǔ)兩種形式。兩者之間雖然能進(jìn)行同步，確保數(shù)據(jù)的安全性，但針對不同的構(gòu)件，同步的路徑有所區(qū)別。云端存儲(chǔ)主要針對標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫，當(dāng)技術(shù)支持對標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件進(jìn)行迭代后，最新的構(gòu)件會(huì)自動(dòng)從云端同步至本地。本地存儲(chǔ)主要針對項(xiàng)目構(gòu)件族庫，當(dāng)用戶對項(xiàng)目構(gòu)件進(jìn)行變更后，最新的構(gòu)件會(huì)自動(dòng)從本地同步至云端，且云端的數(shù)據(jù)可作為構(gòu)件恢復(fù)的基礎(chǔ)。

3.5 端口管理機(jī)制

預(yù)制構(gòu)件族庫的端口主要有網(wǎng)頁端、桌面端和云端三種形式。網(wǎng)頁端是預(yù)制構(gòu)件族庫的端口之一，用于對預(yù)制構(gòu)件族庫的宣傳與展示；用戶可通過網(wǎng)頁端實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件的查看。桌面端是預(yù)制構(gòu)件族庫的核心端口之一，用于對預(yù)制構(gòu)件族庫的操作與使用；用戶可通過桌面端實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件的調(diào)用與變更。云端是預(yù)制構(gòu)件族庫的核心端口之一，用于對預(yù)制構(gòu)件族庫的管理；技術(shù)支持可通過云端實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的入庫、迭代和恢復(fù)，服務(wù)支持可通過云端實(shí)現(xiàn)用戶的注冊與反饋。

4 結(jié) 語

為了解決裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件族庫全產(chǎn)業(yè)鏈管理不規(guī)范、不標(biāo)準(zhǔn)的問題，本文提出了預(yù)制構(gòu)件庫的整體管理框架、權(quán)限管理機(jī)制、流程管理機(jī)制、存儲(chǔ)管理機(jī)制和端口管理機(jī)制，為預(yù)制構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈管理權(quán)限、流程及存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)，并將預(yù)制構(gòu)件分為標(biāo)準(zhǔn)庫和項(xiàng)目庫進(jìn)行分類闡述，讓不同的用戶和管理者有章可循、有據(jù)可依，促進(jìn)裝配式構(gòu)件在全產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)性和準(zhǔn)確性發(fā)展。