BIM结合物资编码在装配式建筑物料管理中的应用研究

李鑫生 郑七振 吴露方,3 陆 涛 陈 刚

1. 上海理工大学环境与建筑学院 上海 200093；2. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；3. 上海建工电子商务有限公司 上海 200050

21世纪以来，为缓解建筑业管理落后困境，提高建造过程中的品质和效率，建筑业逐渐向新型建造方式转变。新型建造方式是指在建设过程中，以“绿色建造”为目标，以“智慧建造”为手段，以“工业化建造”为生产方式，实现“节能环保、提高效率、提升品质、保障安全”的建造模式[1]。BIM作为新型建造方式中的核心技术，已得到越来越多行业人员的认可，BIM是一种应用于工程建设全生命周期的数字化建造理念，通过模型数据库整合项目从策划、设计、施工、运维等各阶段信息，实现建设数据在各个管理系统和工作过程间的多维度流转，对企业的集约化营造、项目的精益化建造等起着至关重要的作用[2]。

然而，在实际工作过程中，经常出现BIM成果耗费大量人力物力却无法直接对企业的ERP管理产生影响的情况，即企业的管理信息化ERP和技术信息化BIM没有进行深度融合。这里的管理信息化指企业的资金管理、成本管理、物料管理等；技术信息化指能耗模拟、工程量统计、施工可视化等，如何打通ERP和BIM这2个闭环间的壁垒对促进建筑业各产业链间的信息交流至关重要。

住房和城乡建设部在《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》中指出，建筑企业应深入研究“BIM+”形势下的信息化管理创新模式，完善项目管理、物资管理等的信息化集成应用，实现企业与项目各参与方间的信息共享。在笔者先前对“基于物资编码体系的BIM构件库管理方法”研究的基础上[3]，本文将建筑类物资编码体系与BIM族库进一步结合，从物料采购和工程量统计两个点将施工企业的管理信息化ERP和技术信息化BIM进行横向打通（图1），并依托浦东新区惠南新市镇项目，通过“建立建筑类物资编码—建立项目装配式参数化族—给构件添加编码字段—构件入库—预定义BIM软件采购清单样板—建立模型—自动导出采购清单BOM表”等流程，实现装配式建筑BIM模型可直接导出符合项目采购清单样式的BOM表进行物资采购的功能，推动装配式建筑的物料精细化、动态化管理。

1 基于物资编码体系的装配式BIM族库及采购清单样板的建设

1.1 建立建筑类物资编码体系

本建筑类物资编码体系由上海建工电子商务有限公司研发，编码采用“层次码+特征组合码”的形式。其中层次码由一级大类、二级分类、三级分类组成，为具体物资的类别码，三类间有明显的从属关系，属于线分类体系；特征组合码由多组特征项及特征值组成，用于明细物资产品的规格、材质等属性，各组之间无从属关系，属于面分类体系。本物资编码体系结构如图2所示，即“一级大类+二级分类+三级分类+∑（特征项+特征值）”的形式。

图2 物资编码结构

一级大类是对全专业全阶段建筑类物资的甄别，包括“混凝土”“给排水材料”“砂浆”“胶粘材料”等48大类。在物资编码中占第一、二位，用“01”到“99”的两位流水号表示。

二级分类是对各一级大类按照类别进行的细分，如“给排水材料”的二级分类为“法兰”“挤压管件”“阀门”等。在物资编码占第三、四位，用“01”到“99”的两位流水号表示。

三级分类是对各二级分类按照类型进行的再细分，如“阀门”的三级分类为“闸阀”“球阀”“静态平衡阀”等。在物资编码占第五—七位，用“001”到“999”的三位流水号表示。

特征项即明细物资产品的规格、材质等属性，用来区别与其他物资的特征。特征值即特征项的具体数值，用来区分每个特征项所涵盖的不同特征属性。特征项和特征值用“_2位流水号_3位流水号”的组合形式表示。

消费者会因商家慷慨的退货政策而提升对其的信任感和品牌忠诚度，即使商家为消费者购买了运费险，大部分顾客的退货率也并不会因此大大增加。故电商企业还是应将重点放在提高产品质量上，通过提供最优质的产品和最完善的退货服务来提升顾客的购物体验，不断增强品牌信誉才能在激烈的市场竞争中保持优势。此外电商企业不必过分担忧运费险所带来的压力，因为消费者的行为具有策略性，会根据不同情况做出相应决策。若考虑产品价格和预估退货率，可参考以下建议。

至此，可得到本建筑类物资编码结构为“AABBCCC_DD_ddd_EEE_eee……”的形式，如“0904001_03_002_04_001”表示“通径为15的青铜材质闸阀”（表1）。

表1 建筑类物资编码（以“闸阀”为例）

1.2 建立预制构件BIM参数化族

这里通过Revit、CATIA等软件分别建立预制柱、预制剪力墙模型，以探究高效、方便建立预制构件BIM参数化族的方式。

1.2.1 通过Revit软件创建预制柱

以Revit2018为例，在平面视图中选择“结构—柱”，并在柱属性栏里选择“混凝土—矩形—柱”，在修改柱的截面尺寸及标高后，点击绘图区域相应位置即可生成柱身模型，如图3（a）所示。接着，在平面视图中选择“钢筋”选项卡，并分别选择纵筋、箍筋的钢筋形状，修改钢筋的直径、强度等级等参数后按设计位置进行放置即可，同时在立面视图中，通过阵列、移动等命令对纵筋长度、箍筋位置等进行调整，如图3（b）所示。然后，按照装配式图集及设计要求，创建吊环、套筒、键槽等预埋件模型，并移动至预制柱相应位置，如图3（c）所示。最后，在三维视图中将所有构件选中成组，并以.rvt文件保存即可，如图3（d）所示。

图3 通过Revit创建预制柱构件

1.2.2 通过CATIA软件创建预制剪力墙

以CATIA V5-6R2017为例，在“装配设计”模块中新建剪力墙墙身Part，并在zy平面绘制墙身轮廓线，定义约束后在三维视图通过“凸台”命令生成剪力墙墙身模型，如图4（a）、图4（b）所示。

接着，在zy平面中新建钢筋Part，利用直线工具与“肋”命令生成单根钢筋模型，并通过“Knowledgef(x)”选项赋予钢筋参数，最后通过Power Copy生成全部钢筋，如图4（c）所示。同时，套筒等预埋件的绘制与钢筋类似，即通过“草图设计+实体设计+知识工程”的方式生成，最后以.CATProduct文件保存即可，如图4（d）所示。

图4 通过CATIA创建预制剪力墙构件

基于上述对预制构件BIM参数化族建立方式的研究，除去BIM软件本身可视化、参数化等共性优势，发现Revit软件有着系统族较完善、无需对钢筋等实体进行单独建模、出图方便等优势，但是这种建模方式受约束较多，不太灵活；而CATIA软件有着建模灵活、可以轻松建出较复杂的预制构件模型等特点，且可以与有限元分析软件Abaqus、施工仿真软件DELMIA等有着同源的交互，可实现设计—分析—仿真的一体化，但是软件操作难度较大且出图不方便。但无论是哪一种建模方式，基于BIM族的预制构件设计模式，使装配式结构的设计从“面向过程”发展到了“面向对象”[4]，设计人员能在极短的时间内利用族完成预制构件模型和图纸的设计，极大地减轻了重复设计工作量。

1.3 给构件添加编码字段

参数批量导入完成后，根据每一个族所代表物资的类型和属性，对应上文提出的物资编码层次表，即可进行部分编码字段值的赋予。如某规格预制梁混凝土的“标的编号”为0201001037220，“标的名称”为普通混凝土，“规格型号”为C30[120±30 mm*5－25 mm]*28d*聚合物，“主计量单位”为立方米等。

1.4 构件入库

首先建立与物资编码体系相符的族库文件夹用于存储族文件，由于所需创建及命名的文件夹数量众多，采用VBA宏语言对物资编码Excel表进行开发的方式快速建立文件夹。本研究共批量建立了48个根目录文件夹，嵌套331个二级文件夹，再嵌套3 519个三级文件夹，每个族文件夹的名称即物资的类别。

族库文件夹建立完成后，即可对已添加编码字段的族进行入库处理。由于每个族文件先前已添加了编码号，故在进行入库时无需再对族文件的类型进行甄别，只需直接根据三级编码字段保存至对应文件夹即可。本研究共建立了包含11 900个族的Revit族库及包含850个构件CATIA构件库，且在未来工作中会根据项目的需求进行族的更新。同时搭建了B/S架构下Web端的“上海建工BIM构件库共享平台”，平台包含族的分类与检索、上传和下载、审批与验证、分公司权限管理等功能，用户可通过物资分类体系高效方便地进行族的检索。

1.5 预定义BIM软件采购清单样板

基于物资编码体系的BIM族库最终目的是可以在BIM模型中一键导出符合采购清单样式的BOM表，所以还需对BIM软件采购清单样板进行预定义。以Revit软件为例，工程量清单在Revit中是以明细表的形式呈现，所以需对明细表中字段、过滤器、排序成组等统一范式进行设置，使明细表规范化。下面以“钢筋采购量明细表”为例，实现对明细表的预定义。

首先在明细表属性栏中选择“结构钢筋”，并按照采购清单中字段顺序依次将“需求单位”“需求部门”“工程项目”“标的编号”“标的名称”“钢筋体积”“采购主数量”“预估单价”等字段添加至钢筋明细表字段栏中。然后在“排序/成组”中，选择排序方式从上至下依次为“标的编号”“标的名称”“规格型号”。同时在“格式”中，对“钢筋体积”等字段的单位和舍入位数等进行定义。

最后在明细表界面会出现预定义后的钢筋明细表。在建立BIM模型的同时，此明细表会同步更新，且格式与工程采购清单样式完全一致，最终可直接导出Excel表进行物资采购。

2 工程案例

浦东新区惠南新市镇25号单元05-02地块，总用地面积为134 715.10 m2，容积率为1.4，项目装配式比例为100%，其中建筑单体预制率为40%，单体装配率为60%。通过在本地块2号楼项目中应用基于物资编码体系的装配式BIM族库，探究其工程价值。

2.1 建立项目装配式参数化族

本项目装配式构件包含装配式框架、装配式剪力墙、预制夹心保温外墙等。在对现有预制构件设计图纸进行归纳总结的基础上，选择Revit软件完成对各预制构件参数化族的建立，各预制构件参数化族设计完成后，保存为.rfa文件格式。本项目部分预制构件参数化族模型如图5所示。

图5 项目预制构件参数化族模型

2.2 预制构件族的编码与入库

预制构件族建立完成后，即可根据物资编码体系和上文添加属性的方式对各构件进行编码属性及属性值的添加，以14HRB400钢筋为例，“标的编号”＝0103002000029，“规格型号”＝热轧HRB400@14，“预估单价”＝4 790，“标的名称”＝螺纹钢，“需求单位”＝上海建工五建集团有限公司第八工程公司，“工程项目”＝浦东新区惠南新市镇25号单元05-02地块2号楼，等。图6给出了本项目混凝土柱、6HRB400钢筋、14HRB400钢筋以及MU10万能砖族的物资编码属性。

图6 项目部分构件物资编码属性

同时，在已有物资编码族库文件夹的基础上，扩展本项目装配式预制构件族库文件夹，用来存储本项目的所有预制构件族，以方便族的管理，如图7所示。

图7 项目预制构件族库

2.3 建立BIM模型，导出采购清单BOM表

在Revit软件中导入各预制构件族文件后，只需调整族参数即可得到所有预制构件的模型，并根据设计图纸放置在相应位置即可，图8为本项目的PC标准层模型。

图8 项目PC标准层模型

确认PC模型无误后，在项目采购清单预定义样板的基础上，可直接打开Revit软件中的明细表查看各物资的清单明细。在明细表中，除“需求单位”“工程项目”等字段值是事先输入外，“体积”“采购量”等均为BIM软件自动计算，实现在模型完成的同时，可自动出量、自动出采购清单等目的，图9为项目PC标准层钢筋采购量明细表。

图9 项目PC标准层钢筋采购量明细表

最后，导出明细表为.txt格式，并复制文本到Excel表中，即可快速得到物资的采购清单BOM表，如图10所示，此表无需修改即可直接用于物资采购。

图10 物资采购清单BOM表

3 结语

本文首先提出了“一级大类+二级分类+三级分类+∑（特征项+特征值）”形式的建筑类物资编码体系，同时通过Revit软件、CATIA软件等方式分别建立预制构件模型，对高效、方便建立预制构件族的方式进行了探讨，最后将建筑类物资编码体系与BIM族库相结合，依托浦东新区惠南新市镇项目，实现了BIM模型的可一键导出符合上海建工电商公司物资采购清单样式的BOM表进行采购的功能。现总结本研究对装配式建筑全生命周期的优势如下：

1）设计阶段。在设计阶段，基于BIM参数化族的PC设计模式可以极大减少设计人员的重复建模工作量，同时各PC族中的规格、成本等物资信息有利于设计人员在满足设计要求的同时，优化其设计，降低生产成本。

2）招标及采购阶段。在招采阶段，项目可以直接通过BIM模型导出的物料清单进行招投标及采购，省去了工作人员烦琐的表单绘制时间，极大提高了项目采购效率，并且可以加快造价估算速度，提高造价估算精确度。同时，基于BIM模型的物料清单可以指导预制件生产厂家进行钢筋下料、预埋件安装等工作，有效提高工厂生产效率。

3）施工阶段。在施工阶段，项目可将每个构件的物资编码信息制成二维码或者RFID芯片植入预制构件中，无论是运输、堆放还是吊装状态，项目人员都可以通过二维码或者RFID射频的形式获取各PC构件的物资信息，从而推动对现场预制构件的信息化管理。

4）运维阶段。在运维阶段，运维人员一般会将BIM模型导入运维平台中进行可视化管理，在某些构件需要维护或者更换的情况下，由于模型中各构件已包含厂家、规格等物资编码信息，运维人员可直接联系生产厂家或者直接根据物资编码在采购平台进行采购，无需通过设计资料或施工资料查询，极大方便了运维人员的工作。