基于BIM技術(shù)的裝配式高層住宅預(yù)制構(gòu)件庫的建立及數(shù)據(jù)開發(fā)

盧 杰

(中鐵建東方投資建設(shè)(慈溪)有限公司 浙江慈溪 315300)

1 引言

預(yù)制構(gòu)件庫是BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，采用參數(shù)化實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的拼裝，也是現(xiàn)實(shí)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的依據(jù)[1－3]。預(yù)制構(gòu)件庫中的預(yù)制構(gòu)件應(yīng)該根據(jù)一定模數(shù)確定，且保持通用性和標(biāo)準(zhǔn)化[4]。通用性能滿足各類裝配式建筑的功能需求，而標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件便于預(yù)制構(gòu)件廠的流水線制造，是實(shí)現(xiàn)裝配式建筑工業(yè)化的重要手段[5]。應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件之外，還應(yīng)該考慮預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)[6－7]。

目前，裝配式在我國的應(yīng)用和發(fā)展還存在諸多不健全的地方，其中在數(shù)值化建筑方面，田東等[8]認(rèn)為預(yù)制構(gòu)件庫是BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，創(chuàng)建可供查詢和調(diào)用的預(yù)制構(gòu)庫對(duì)于推進(jìn)裝配式標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化具有十分重要的意義；張超[9]認(rèn)為，預(yù)制構(gòu)件庫是逐步積累的過程，在設(shè)計(jì)過程中，如果內(nèi)嵌構(gòu)件庫預(yù)制構(gòu)件單元存在缺失，則會(huì)對(duì)造成較大的人工成本浪費(fèi)；劉若南等[10]認(rèn)為目前的BIM軟件尚沒有統(tǒng)一的預(yù)制構(gòu)件庫的集成和管理功能，制約了設(shè)計(jì)人員對(duì)預(yù)制構(gòu)件庫的調(diào)閱、查詢、修訂、入庫和刪除，在零碎且海量的預(yù)制構(gòu)件累積、修改中耗費(fèi)了時(shí)間和精力。

本文依托中國鐵建·御湖項(xiàng)目，對(duì)裝配式高層住宅的預(yù)制構(gòu)件庫的建立及數(shù)據(jù)開發(fā)進(jìn)行研究，嘗試?yán)肕icrosoft SQL Server 2008 R2作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具，以SQL作為數(shù)據(jù)庫查詢和程序設(shè)計(jì)語言，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及查詢、更新和管理數(shù)據(jù)庫，為預(yù)制裝配式高層住宅的建設(shè)提供良好的預(yù)制構(gòu)件管理工具。

2 工程概況

中國鐵建·御湖項(xiàng)目位于湖北省武漢市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，項(xiàng)目北側(cè)為芳草西街，南側(cè)為四新路，西側(cè)為芳草東街，東側(cè)為四新中路，規(guī)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(shù)的裝配式預(yù)制構(gòu)件庫建立

3.1 入庫的預(yù)制構(gòu)件分類

為使預(yù)制構(gòu)件庫形成有規(guī)律的體系，方便調(diào)閱、檢索和使用，需要按照一定的分類標(biāo)準(zhǔn)或者存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行分類[11]。中國鐵建·御湖項(xiàng)目的重要預(yù)制構(gòu)件有:混凝土預(yù)制剪力墻(內(nèi)墻板和外墻板)、鋼筋混凝土預(yù)制樓梯板、鋼筋混凝土預(yù)制陽臺(tái)板、鋼筋混凝土預(yù)制空調(diào)板、鋼筋混凝土預(yù)制女兒墻等。

3.2 預(yù)制構(gòu)件編碼

預(yù)制構(gòu)件是構(gòu)成BIM模型最為重要的基本組成單元，它具有形式多樣、數(shù)量龐大等特點(diǎn)，在BIM模型的創(chuàng)建過程中，需要對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行定位、訪問和調(diào)用，因此從信息存儲(chǔ)、信息傳遞和信息共享的角度出發(fā)，需要對(duì)成千上萬的構(gòu)件按照一定的規(guī)則進(jìn)行編碼，以實(shí)現(xiàn)不同階段、不同使用者對(duì)預(yù)制構(gòu)件的信息獲取，依據(jù)中國鐵建·御湖項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的分類，編制預(yù)制構(gòu)件編碼編號(hào)，如表1所示。

表1 預(yù)制構(gòu)件類型編碼

續(xù)表1

3.3 預(yù)制構(gòu)件信息的創(chuàng)建

預(yù)制構(gòu)件的創(chuàng)建是信息集成的過程，基于Revit軟件的預(yù)制構(gòu)件信息創(chuàng)建一般過程如下:

(1)基于Revit預(yù)制構(gòu)件制作步驟

通過Revit軟件創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件，每個(gè)預(yù)制構(gòu)件將作為一個(gè)族文件，通過建立預(yù)制構(gòu)件族，逐步完善預(yù)制構(gòu)件在不同應(yīng)用階段的數(shù)據(jù)信息，包括族樣板文件選定、環(huán)境設(shè)置、物理幾何參數(shù)定義、共享參數(shù)設(shè)定、非幾何參數(shù)定義，具體的創(chuàng)建流程見圖1所示。

圖1 預(yù)制構(gòu)件族創(chuàng)建流程

(2)預(yù)制構(gòu)件創(chuàng)建相關(guān)設(shè)置

在Revit軟件中，已將墻作為系統(tǒng)族進(jìn)行了預(yù)定義，不能從外部文件中載入到項(xiàng)目中，也不能將墻族保存到項(xiàng)目之外的位置，因此選用公制常規(guī)模型.rft、基于面的公制常規(guī)模型.rft、公制體量.rft三種族樣板進(jìn)行創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件可載入族。通過修改尺寸標(biāo)注的值來驅(qū)動(dòng)參照平面而達(dá)到修改預(yù)制構(gòu)件幾何尺寸；然后設(shè)置族類別、族參數(shù)，包括族在項(xiàng)目中使用時(shí)是否基于工作平面(選用基于面的公制常規(guī)模型.rft)，是否總是垂直等相關(guān)設(shè)置。

(3)信息創(chuàng)建

幾何模型的創(chuàng)建主要考慮預(yù)制構(gòu)件的長度、寬度、高度以及邊界細(xì)部尺寸，每創(chuàng)建一個(gè)幾何尺寸參數(shù)，應(yīng)該即時(shí)進(jìn)行測(cè)試，確定參數(shù)可以驅(qū)動(dòng)幾何形體，并做最后的幾何參數(shù)協(xié)調(diào)，準(zhǔn)確無誤之后，然后再分組建立共享參數(shù)，輸入各個(gè)預(yù)制構(gòu)件的非幾何信息[12]。非幾何信息包括構(gòu)件的材質(zhì)、型號(hào)規(guī)格、鋼筋、預(yù)埋件，需通過共享參數(shù)一一創(chuàng)建，以方便參數(shù)信息的管理；同時(shí)由于預(yù)制構(gòu)件作為族文件，數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，適當(dāng)考慮預(yù)留一些預(yù)定義參數(shù)，便于隨著項(xiàng)目推進(jìn)而動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

以裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)為例，添加幾何信息和非幾何信息，賦予構(gòu)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(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件庫的數(shù)據(jù)開發(fā)

預(yù)制構(gòu)件族文件創(chuàng)建之后，審核人員應(yīng)對(duì)構(gòu)件應(yīng)具備的數(shù)據(jù)信息逐一檢查，經(jīng)過審核合格的構(gòu)件才能入庫進(jìn)行管理。構(gòu)件庫的管理應(yīng)能對(duì)入庫合格構(gòu)件進(jìn)行查詢、修改及刪除的操作。下面以Revit平臺(tái)創(chuàng)建裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的常規(guī)預(yù)制構(gòu)件庫為例，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件庫管理人員的登入，包括以下基本功能的實(shí)現(xiàn):構(gòu)件的入庫、參數(shù)修改、查詢和刪除。入庫構(gòu)件主要包括構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件入庫編碼、標(biāo)識(shí)尺寸、構(gòu)件族存儲(chǔ)位置等內(nèi)容。構(gòu)件修改是針對(duì)構(gòu)件入庫時(shí)各主要參數(shù)進(jìn)行修改；構(gòu)件查詢是為了快速查詢到對(duì)應(yīng)構(gòu)件，分為邏輯查詢及模糊查詢；構(gòu)件刪除是對(duì)不再符合要求的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行刪除，通過構(gòu)件的編碼進(jìn)行檢索并刪除，并更新構(gòu)件庫資源。

開發(fā)之前應(yīng)確定以下的基本開發(fā)環(huán)境:

(1)選用Autodesk的Revit2016作為協(xié)同設(shè)計(jì)建模軟件；

(2)Windows Server 2012 R2系統(tǒng)下的 Revit Server 2016作為服務(wù)器；

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

(4)以Microsoft SQL Server 2008 R2作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具，以SQL作為數(shù)據(jù)庫查詢和程序設(shè)計(jì)語言，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及查詢、更新和管理數(shù)據(jù)庫。

4.1 預(yù)制構(gòu)件庫的管理界面設(shè)計(jì)

在預(yù)制裝配式構(gòu)件庫的登入界面設(shè)計(jì)中，構(gòu)件庫管理的用戶登錄界面包括構(gòu)件庫的登入權(quán)限，及對(duì)應(yīng)的賬戶、密碼，通過輸入用戶名及密碼進(jìn)行登錄，設(shè)定管理人員和一般用戶兩個(gè)角色，分別設(shè)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(tǒng)界面的管理功能包括:構(gòu)件信息顯示區(qū)、構(gòu)件入庫、構(gòu)件修改、構(gòu)件查詢、構(gòu)件刪除、構(gòu)件視圖顯示區(qū)，用戶界面設(shè)計(jì)見圖3所示。管理界面主要分為三部分:信息顯示區(qū)、信息錄入?yún)^(qū)和視圖瀏覽區(qū)。構(gòu)件信息顯示區(qū)是對(duì)已經(jīng)錄入數(shù)據(jù)庫中的元件的編碼、尺寸標(biāo)識(shí)、截面等特征參數(shù)的顯示，數(shù)據(jù)信息錄入?yún)^(qū)包括入庫構(gòu)件參數(shù)輸入、根據(jù)參數(shù)修改錄入、按照條件檢索錄入及根據(jù)編碼刪除錄入，視圖瀏覽區(qū)是對(duì)構(gòu)件三維視圖、平立剖視圖的顯示瀏覽。

圖3 管理系統(tǒng)用戶界面設(shè)計(jì)

4.2 構(gòu)件入庫

在Revit中建立完成的預(yù)制構(gòu)件經(jīng)審核通過之后，可以進(jìn)行入庫操作，構(gòu)件入庫需輸入以下參數(shù)，包括構(gòu)件編碼、構(gòu)件子類型、尺寸標(biāo)識(shí)、結(jié)構(gòu)體系及相關(guān)的備注信息，構(gòu)件入庫時(shí)將構(gòu)件上傳至本地電腦相應(yīng)的保存位置(不能改變存儲(chǔ)目錄，否則需要通過下文提及的構(gòu)件修改調(diào)整)，并將構(gòu)件文件保存目錄記錄在構(gòu)件庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。

實(shí)現(xiàn)構(gòu)件入庫功能的核心代碼如下:

構(gòu)件入庫的一般步驟:首先在登入的管理界面中入庫參數(shù)錄入?yún)^(qū)依次編輯輸入構(gòu)件編碼、構(gòu)件位置、視圖位置、類型、尺寸標(biāo)識(shí)、截面尺寸、結(jié)構(gòu)體系及備注信息，然后點(diǎn)擊右下角構(gòu)件入庫按鈕，即完成了構(gòu)件入庫操作。

4.3 構(gòu)件修改

在標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件入庫之后，需要對(duì)構(gòu)件族文件進(jìn)行修改調(diào)整，或者入庫時(shí)相關(guān)檢索參數(shù)誤操作需要重新調(diào)整，這些構(gòu)件的數(shù)據(jù)更新，通過構(gòu)件修改來完成。

實(shí)現(xiàn)構(gòu)件修改功能的核心代碼如下:

構(gòu)件修改的一般步驟:首先根據(jù)入庫輸入的參數(shù)通過修改參數(shù)錄入?yún)^(qū)左側(cè)的下拉菜單選中對(duì)應(yīng)參數(shù)，右側(cè)空白欄填入需要調(diào)整為的參數(shù)值，然后點(diǎn)擊右下角的構(gòu)件修改按鈕，即完成了構(gòu)件修改操作。

4.4 構(gòu)件查詢

在進(jìn)行裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)時(shí)，通過檢索庫中是否有相應(yīng)的構(gòu)件可供直接調(diào)用[13]。構(gòu)件查詢針對(duì)構(gòu)件入庫的各主要參數(shù)進(jìn)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(shù)數(shù)值比較來確定備選構(gòu)件，也可以通過模糊查詢，采用like語句，對(duì)參數(shù)中含有關(guān)鍵檢索詞或數(shù)據(jù)的構(gòu)件進(jìn)行模糊檢索。

構(gòu)件查詢的一般步驟:首先在條件查詢錄入?yún)^(qū)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(nèi)容，最后點(diǎn)擊右下角構(gòu)件查詢，即可完成構(gòu)件查詢操作。

4.5 構(gòu)件刪除

對(duì)于入庫的預(yù)制族文件，如果入庫錄入有誤，除了通過構(gòu)件修改調(diào)整之外，還可以通過構(gòu)件刪除直接從數(shù)據(jù)庫中刪掉，然后重新建立標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族文件，對(duì)于由于規(guī)范或者圖集的更新，入庫構(gòu)件已經(jīng)不再符合要求，可直接刪掉該構(gòu)件。入庫構(gòu)件的編碼都是唯一的，進(jìn)行刪除操作只按照編碼進(jìn)行檢索即可。

實(shí)現(xiàn)構(gòu)件刪除功能的核心代碼如下:

構(gòu)件刪除的一般步驟:首先在編碼錄入?yún)^(qū)中輸入預(yù)制構(gòu)件的編碼，然后點(diǎn)擊右下角的構(gòu)件刪除即可成功將構(gòu)件從數(shù)據(jù)庫中移除。

5 結(jié)束語

本文依托中國鐵建·御湖項(xiàng)目，基于BIM技術(shù)研究了入庫的預(yù)制構(gòu)件分類、預(yù)制構(gòu)件的編碼和預(yù)制構(gòu)件信息的創(chuàng)建，嘗試?yán)肕icrosoft SQL Server 2008 R2作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具，以SQL作為數(shù)據(jù)庫查詢和程序設(shè)計(jì)語言，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)庫的訪問、查詢、修改、刪除、更新和管理等功能，為預(yù)制裝配式高層住宅的建設(shè)提供良好的預(yù)制構(gòu)件管理工具。通過預(yù)制構(gòu)件庫的建立可以有效實(shí)現(xiàn)裝配式高層住宅建造的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化，利用該數(shù)據(jù)庫可為建筑全生命周期提供準(zhǔn)確的構(gòu)件信息數(shù)據(jù)，以及提供快速獲取數(shù)據(jù)信息的工具。