裝配式預制構件BIM數據庫資源集成機制構建研究

張玉琢 張德海 張 岐

（沈陽建筑大學 BIM計算研究中心，遼寧 沈陽 110168）

預制構件是裝配式建筑的基礎，預制構件BIM數據庫的構建研究是裝配式建筑實現集成設計、智能制造、虛擬建造的重要實現基礎，可以在更高層次上實現裝配式建筑全流程全專業全產業的一體化集成，而不僅僅把BIM數據庫作為三維模型的儲存空間[1]。

近年來，BIM數據庫相關的研究越來越多。住房和城鄉建設部科技與產業發展中心主任李美華說明了建筑產品對于產品廠商、設計方、施工方以及運維方的價值，分析了BIM數據庫的前景[2]。施平望提出了構建IFC標準構件庫的必要性，并討論了當前BIM軟件接口問題的研究，進而研究了基于IFC標準的構件庫的關鍵技術研究[3]。王曉珊以ALLPLAN為建模工具搭建了基于BIM技術的預制構件數據庫，研發了基于預制構建庫的構件施工驗算平臺[4]。

本文結合“十三五”國家重點研發計劃項目課題“裝配式建筑分析設計軟件與預制構件數據庫的研究開發”，重點調研國內BIM數據庫發展現狀，研究預制構件BIM數據庫構建方法。試圖為裝配式結構設計提供一種新的思路，最終可以實現設計、生產、施工的一體化建造。

1 BIM數據庫的發展現狀

1.1 網絡調研結果

項目組以百度搜索引擎為依托，以“BIM預制構件庫”為檢索詞，對目前國內較為常用的BIM構件庫進行了調研，結果總結如下（按照網絡檢索結果先后排序）：

（1） 廣材網 http：//bim.gldjc.com（機電構建BIM族庫）。廣材網成立于2011年，隸屬于廣聯達軟件股份有限公司，目前其開設了BIM構件庫專欄，提供包括消防設備、水泵、采暖設備等8大類構件資源，主要面向MEP方向，下載的數據格式為涵蓋Revit2014—2017的rfa族文件。

（2） 中國BIM構件庫網 http：//www.bimgb.com。中國BIM構件庫網提供包括建筑構件庫、軌道交通構件庫等四大類構件資源，其中建筑構件庫中結構構件共計23類，為Revit族文件格式，但目前該類構件處于暫停下載狀態。

（3） 開放BIM庫 http：//www.openbimlib.com。提供包括給排水及供暖、通風與空調、建筑電氣等類別BIM構件，文件提供格式包括Revit族文件及Skechup文件。

（4） 中國BIM資源中心 http：//s.bimcc.com。該網站BIM構件庫提供大量結構類BIM構件，文件格式包括Revit族文件及Skechup文件等類型。

（5） 畢馬匯 https：//www.nbimer.com/materials/bim-models。畢馬匯BIM云構件庫涵蓋了11000多個BIM構件，其中結構施工類有288個，提供的文件均為Revit族文件格式。

（6） 易族庫 http：//www.yizuku.com。易族庫包含285類結構專業族文件，文件類型為Revit族文件。

（7） 構建塢 http：//www.goujianwu.com。構建塢的形式與型兔相類似，也是采用安裝插件到Revit中實現族文件的下載和使用。

（8） BIM之家族庫http：//www.nbims.com。該族庫大多為用戶自行上傳的族文件匯總壓縮包，分類不規范，文件重復性高。

（9） 住房和城鄉建設產品BIM大型數據庫 http：//www.bim99.org/home。住房和城鄉建設產品BIM大型數據庫由住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心主辦，其中涵蓋預制混凝土制品及構件BIM模型398種，文件格式為Revit族文件。

（10） 型兔BIM云族庫 http：//www.bimto.cn。型兔BIM云族庫提供大量基于Revit軟件的BIM族文件，包括數量眾多的結構族文件，其提供可嵌入Revit的插件，用戶可通過插件瀏覽云族庫并下載使用。

1.2 網絡調研結論

通過網絡調研，能夠得出如下結論：國內外一些BIM行業公司正在努力構建BIM數據庫，并開發了多種構件庫系統框架和原型，不斷豐富BIM虛擬組件的數量、質量，類型和規格，提升構件質量，一步步實現標準化的預制BIM構件庫的構建。然而，這些BIM預制構件數據庫暫不能完全為裝配式建筑設計提高技術支撐，存在不足地方主要是：庫中的模型類型較少，各種實際建筑產品的相關參數、性能及屬性并不能完全包含其中，從而使數據庫中的數據不能滿足設計者的設計要求。往往設計者在使用模型前，需要重新建立產品模型，之后需要手動輸入大量的幾何信息和非幾何信息，影響設計效率。

2 構件庫BIM資源集成機制構建

在BIM體系框架的基礎上，研究構件庫BIM資源集成機制。其基本思路是隨著工程項目的進展和需要分階段創建BIM數據，即從項目策劃到設計、施工、使用不同階段，針對不同的應用建立相應的子信息模型。各子信息模型能夠自動演化，可以通過對上一階段模型進行數據提取、擴展和集成， 形成本階段信息模型。 也可針對某一應用集成模型數據，生成應用子信息模型，隨著工程進展最終形成面向建筑生命期的完整信息模型。BIM的集成框架包括數據層、模型層、網絡層和應用層，如圖1所示。

圖1 BIM資源集成機制

（1） 數據層。面向建筑生命期的工程數據總體上可以分為由結構化的BIM數據和非結構化的文檔數據組成，對于結構化的BIM數據利用數據庫存儲和管理。為了應付企業級系統龐大的數據量、很高的性能要求，底層數據庫通常需要選用Oracle、SQL Sever、Sybase等大型數據庫。

（2） 模型層。數據模型層通過BIM信息集成平臺，實現IFC模型數據的讀取、保存、提取、集成、驗證，針對建筑生命期不同階段和應用，生成相應的子信息模型。這些子信息模型可以是面向階段層面的策劃子信息模型、設計子信息模型、施工子信息模型以及運營子信息模型等，也可以是針對某個應用主題的子信息模型，如建筑成本信息模型、施工安全信息模型、物業管理信息模型等。

（3） 網絡層。網絡通信層基于網絡及通信協議搭建，實現局域網和廣域網的數據訪問和交互支持，支持項目各參與方分布式的工作模式。

（4） 應用程序層。應用程序層由來自建設不同階段的應用軟件組成，這些軟件包括規劃設計軟件、建筑設計軟件、結構設計軟件、施工管理軟件、物業管理軟件等。

在該架構中，BIM的建立實際上是對建筑生命期工程數據的積累、擴展、集成和應用過程。分階段或面向應用創建子信息模型，為BIM的實現提供了可行的途徑，BIM信息集成平臺和BIM數據庫及其相應的數據保存、跟蹤和擴充機制，有效解決了BIM數據的存儲和分布異構數據的一致、協調和共享問題。

3 BIM構件庫的創建步驟

在實際的構建完善構件庫的過程中，會進行如下的BIM構件庫創建5大步驟（見圖2）。

圖2 BIM構件庫構建步驟

（1） 構件生產和分類。BIM構件庫不僅屬于構件的設計單位，也屬于配套的生產單位。在進行具體的操作時，需要達到這二者的平衡以及協調；此外，對于構件工廠而言，為了提升項目的施工效率，他們應當在生產一些具備較高通用性的預制構件，并在施工開始后，按照實際的施工要求高效的生產BIM構件庫中缺少的構件，這樣才能大大加快項目總體的施工速度。

BIM構件庫創建的基礎工作是構件在入庫之前的分類。設計單位首先明確預制構件的特點以及相應的構件庫內放置的構件類型。此外，在完成了構件的分類之后，還必須依據相關的規劃標準進行一定規律的儲存，提升構件庫在擴充時的便捷性以及在日常維護時的高效性。

（2） 構件編碼。對于構件而言，為了達到較高的信息化要求，要積極高效地進行編碼的運用。在信息化編碼的運用下，信息數據的處理變得直觀起來，無論是人工操作還是計算機運算，信息的處理效率都得到了最大程度地提升。

（3） 構件創建及構件信息錄入。構件參數錄入必須要在相應的建模深度基礎上，最大限度的錄入更多的有用的參數數據。在錄入過程中，尤其要注意的一點是，構件內的數據信息不要超過了相應的數量限度，構件所涵蓋的數據只需要滿足實際的設計深度的標準就是符合要求的。

（4） 審核和入庫。在完成了構件的編碼之后，必須要將這些命名的結果上交給建筑部門規定的BIM構件庫審核人員進行檢查。而對于審核人員來說，必須要依據審核標準嚴格審查構件錄入信息的完整性和準確性，測試構件的三維模型的平立剖顯示與錄入參數設置等。

（5） 構件庫的總體功能設計與創建。通過以上4大步驟可以預制構件模型及其信息參數對BIM構件庫的功能需要，最大限度地窮盡每一類預制構件的功能和使之標準化是一個長期探索更新的過程。

最后，構件庫的總體功能設計可以歸納為構件存儲和構件調用兩部分。前者是數據庫內部功能，BIM構件庫作為構件的存儲機制也同樣重要的是完成構件庫系統與其中構件中間的信息化映射，實現用戶對目標構件的參數檢索等功能，為后續設計、生產、施工階段提供準確而有效的數據基礎。后者是數據庫外部功能，預制構件不是一個獨立的集合體，只有和外部第三方軟件進行數據共享才能最大地發揮其功能。構件調用可以完成基于BIM構件庫的裝配式結構的構件組合。

4 結語

本文通過不同形式開展現有成型BIM構件庫和轉換機制的文獻調研，列舉出常見的BIM族庫，對構件庫BIM資源情況進行梳理和總結。研究預制構件BIM數據庫構建方法，試圖為裝配式結構設計提供一種新的思路，最終可以實現設計、生產、施工的一體化建造。