基于BIM技術的裝配式高層住宅預制構件庫的建立及數據開發

盧 杰

(中鐵建東方投資建設(慈溪)有限公司 浙江慈溪 315300)

1 引言

預制構件庫是BIM技術應用于裝配式高層住宅結構設計的基礎，采用參數化實現構件的拼裝，也是現實預制構件生產的依據[1－3]。預制構件庫中的預制構件應該根據一定模數確定，且保持通用性和標準化[4]。通用性能滿足各類裝配式建筑的功能需求，而標準化構件便于預制構件廠的流水線制造，是實現裝配式建筑工業化的重要手段[5]。應該考慮到裝配式建筑的特殊要求下的功能需求，除了包括通用性和標準化的構件之外，還應該考慮預制構件的標準節點[6－7]。

目前，裝配式在我國的應用和發展還存在諸多不健全的地方，其中在數值化建筑方面，田東等[8]認為預制構件庫是BIM建筑結構設計的基礎，創建可供查詢和調用的預制構庫對于推進裝配式標準化、模塊化具有十分重要的意義；張超[9]認為，預制構件庫是逐步積累的過程，在設計過程中，如果內嵌構件庫預制構件單元存在缺失，則會對造成較大的人工成本浪費；劉若南等[10]認為目前的BIM軟件尚沒有統一的預制構件庫的集成和管理功能，制約了設計人員對預制構件庫的調閱、查詢、修訂、入庫和刪除，在零碎且海量的預制構件累積、修改中耗費了時間和精力。

本文依托中國鐵建·御湖項目，對裝配式高層住宅的預制構件庫的建立及數據開發進行研究，嘗試利用Microsoft SQL Server 2008 R2作為數據庫開發工具，以SQL作為數據庫查詢和程序設計語言，實現存儲數據以及查詢、更新和管理數據庫，為預制裝配式高層住宅的建設提供良好的預制構件管理工具。

2 工程概況

中國鐵建·御湖項目位于湖北省武漢市經濟開發區，項目北側為芳草西街，南側為四新路，西側為芳草東街，東側為四新中路，規劃用地面積52 434.66 m2。新建總建筑面積約為226 243.87 m2，其中，地上建筑面積為180 603.13 m2，地下建筑面積為45 640.74 m2。包含6 棟住宅，分別為 33 層的 1＃、2＃、5＃、6＃住宅樓、22層的3＃樓住宅樓和34層的4＃住宅樓，1棟3層幼兒園，1棟19層辦公樓，1棟32層辦公樓及地下車庫。住宅、辦公樓均為裝配式建筑，裝配率均不低于50%。

3 基于BIM技術的裝配式預制構件庫建立

3.1 入庫的預制構件分類

為使預制構件庫形成有規律的體系，方便調閱、檢索和使用，需要按照一定的分類標準或者存儲結構對預制構件進行分類[11]。中國鐵建·御湖項目的重要預制構件有:混凝土預制剪力墻(內墻板和外墻板)、鋼筋混凝土預制樓梯板、鋼筋混凝土預制陽臺板、鋼筋混凝土預制空調板、鋼筋混凝土預制女兒墻等。

3.2 預制構件編碼

預制構件是構成BIM模型最為重要的基本組成單元，它具有形式多樣、數量龐大等特點，在BIM模型的創建過程中，需要對預制構件進行定位、訪問和調用，因此從信息存儲、信息傳遞和信息共享的角度出發，需要對成千上萬的構件按照一定的規則進行編碼，以實現不同階段、不同使用者對預制構件的信息獲取，依據中國鐵建·御湖項目預制構件的分類，編制預制構件編碼編號，如表1所示。

表1 預制構件類型編碼

續表1

3.3 預制構件信息的創建

預制構件的創建是信息集成的過程，基于Revit軟件的預制構件信息創建一般過程如下:

(1)基于Revit預制構件制作步驟

通過Revit軟件創建預制構件，每個預制構件將作為一個族文件，通過建立預制構件族，逐步完善預制構件在不同應用階段的數據信息，包括族樣板文件選定、環境設置、物理幾何參數定義、共享參數設定、非幾何參數定義，具體的創建流程見圖1所示。

圖1 預制構件族創建流程

(2)預制構件創建相關設置

在Revit軟件中，已將墻作為系統族進行了預定義，不能從外部文件中載入到項目中，也不能將墻族保存到項目之外的位置，因此選用公制常規模型.rft、基于面的公制常規模型.rft、公制體量.rft三種族樣板進行創建預制構件可載入族。通過修改尺寸標注的值來驅動參照平面而達到修改預制構件幾何尺寸；然后設置族類別、族參數，包括族在項目中使用時是否基于工作平面(選用基于面的公制常規模型.rft)，是否總是垂直等相關設置。

(3)信息創建

幾何模型的創建主要考慮預制構件的長度、寬度、高度以及邊界細部尺寸，每創建一個幾何尺寸參數，應該即時進行測試，確定參數可以驅動幾何形體，并做最后的幾何參數協調，準確無誤之后，然后再分組建立共享參數，輸入各個預制構件的非幾何信息[12]。非幾何信息包括構件的材質、型號規格、鋼筋、預埋件，需通過共享參數一一創建，以方便參數信息的管理；同時由于預制構件作為族文件，數據動態擴展，適當考慮預留一些預定義參數，便于隨著項目推進而動態擴展。

以裝配式剪力墻結構為例，添加幾何信息和非幾何信息，賦予構件唯一的編碼并保存入庫，見圖2所示。

圖2 外墻板(WQ-2728)入庫信息

4 裝配式結構預制構件庫的數據開發

預制構件族文件創建之后，審核人員應對構件應具備的數據信息逐一檢查，經過審核合格的構件才能入庫進行管理。構件庫的管理應能對入庫合格構件進行查詢、修改及刪除的操作。下面以Revit平臺創建裝配式剪力墻結構的常規預制構件庫為例，實現構件庫管理人員的登入，包括以下基本功能的實現:構件的入庫、參數修改、查詢和刪除。入庫構件主要包括構件的結構體系、構件入庫編碼、標識尺寸、構件族存儲位置等內容。構件修改是針對構件入庫時各主要參數進行修改；構件查詢是為了快速查詢到對應構件，分為邏輯查詢及模糊查詢；構件刪除是對不再符合要求的預制構件進行刪除，通過構件的編碼進行檢索并刪除，并更新構件庫資源。

開發之前應確定以下的基本開發環境:

(1)選用Autodesk的Revit2016作為協同設計建模軟件；

(2)Windows Server 2012 R2系統下的 Revit Server 2016作為服務器；

(3)支持Microsoft.NET 4.5 Framework開發框架的Visual Studio2012作為開發平臺，本文選擇C＃作為編程語言；

(4)以Microsoft SQL Server 2008 R2作為數據庫開發工具，以SQL作為數據庫查詢和程序設計語言，用于存儲數據以及查詢、更新和管理數據庫。

4.1 預制構件庫的管理界面設計

在預制裝配式構件庫的登入界面設計中，構件庫管理的用戶登錄界面包括構件庫的登入權限，及對應的賬戶、密碼，通過輸入用戶名及密碼進行登錄，設定管理人員和一般用戶兩個角色，分別設置不同登入用戶名和密碼，管理人員登入類型為Admin，一般用戶登入類型為Guest。

管理系統界面的管理功能包括:構件信息顯示區、構件入庫、構件修改、構件查詢、構件刪除、構件視圖顯示區，用戶界面設計見圖3所示。管理界面主要分為三部分:信息顯示區、信息錄入區和視圖瀏覽區。構件信息顯示區是對已經錄入數據庫中的元件的編碼、尺寸標識、截面等特征參數的顯示，數據信息錄入區包括入庫構件參數輸入、根據參數修改錄入、按照條件檢索錄入及根據編碼刪除錄入，視圖瀏覽區是對構件三維視圖、平立剖視圖的顯示瀏覽。

圖3 管理系統用戶界面設計

4.2 構件入庫

在Revit中建立完成的預制構件經審核通過之后，可以進行入庫操作，構件入庫需輸入以下參數，包括構件編碼、構件子類型、尺寸標識、結構體系及相關的備注信息，構件入庫時將構件上傳至本地電腦相應的保存位置(不能改變存儲目錄，否則需要通過下文提及的構件修改調整)，并將構件文件保存目錄記錄在構件庫管理系統的數據庫中。

實現構件入庫功能的核心代碼如下:

構件入庫的一般步驟:首先在登入的管理界面中入庫參數錄入區依次編輯輸入構件編碼、構件位置、視圖位置、類型、尺寸標識、截面尺寸、結構體系及備注信息，然后點擊右下角構件入庫按鈕，即完成了構件入庫操作。

4.3 構件修改

在標準構件入庫之后，需要對構件族文件進行修改調整，或者入庫時相關檢索參數誤操作需要重新調整，這些構件的數據更新，通過構件修改來完成。

實現構件修改功能的核心代碼如下:

構件修改的一般步驟:首先根據入庫輸入的參數通過修改參數錄入區左側的下拉菜單選中對應參數，右側空白欄填入需要調整為的參數值，然后點擊右下角的構件修改按鈕，即完成了構件修改操作。

4.4 構件查詢

在進行裝配式剪力墻結構初步設計時，通過檢索庫中是否有相應的構件可供直接調用[13]。構件查詢針對構件入庫的各主要參數進行條件檢索，分為邏輯查詢和模糊查詢，邏輯查詢是通過參數數值比較來確定備選構件，也可以通過模糊查詢，采用like語句，對參數中含有關鍵檢索詞或數據的構件進行模糊檢索。

構件查詢的一般步驟:首先在條件查詢錄入區第一行通過下拉菜單選擇需要檢索的條目，然后在第二行確定邏輯查詢還是模糊查詢方式，第三行輸入具體需查詢內容，最后點擊右下角構件查詢，即可完成構件查詢操作。

4.5 構件刪除

對于入庫的預制族文件，如果入庫錄入有誤，除了通過構件修改調整之外，還可以通過構件刪除直接從數據庫中刪掉，然后重新建立標準構件族文件，對于由于規范或者圖集的更新，入庫構件已經不再符合要求，可直接刪掉該構件。入庫構件的編碼都是唯一的，進行刪除操作只按照編碼進行檢索即可。

實現構件刪除功能的核心代碼如下:

構件刪除的一般步驟:首先在編碼錄入區中輸入預制構件的編碼，然后點擊右下角的構件刪除即可成功將構件從數據庫中移除。

5 結束語

本文依托中國鐵建·御湖項目，基于BIM技術研究了入庫的預制構件分類、預制構件的編碼和預制構件信息的創建，嘗試利用Microsoft SQL Server 2008 R2作為數據庫開發工具，以SQL作為數據庫查詢和程序設計語言，實現預制構件數據的存儲以及數據庫的訪問、查詢、修改、刪除、更新和管理等功能，為預制裝配式高層住宅的建設提供良好的預制構件管理工具。通過預制構件庫的建立可以有效實現裝配式高層住宅建造的工業化、標準化和信息化，利用該數據庫可為建筑全生命周期提供準確的構件信息數據，以及提供快速獲取數據信息的工具。