基于BIM的装配式建筑预制构件分类与编码体系研究

(上海临港新兴产业城经济发展有限公司，上海 201306)

引言

对比传统建造模式，装配式建筑具有污染少、工期短、成本低等优势，符合未来绿色建筑的发展趋势。结合BIM技术应用现状及优势，实现建筑预制构件在全产业链中的信息传递和共享是装配式建筑的必然结果。但目前在装配式建筑建造过程中，由于上下游衔接不畅、信息不对称等原因，导致预制构件生产和配备不合理、返工率较高等问题，阻碍其市场发展，而装配式建筑预制构件的分类与编码体系是打通预制构件全产业链信息流、实现预制构件信息在全产业链中高效流通、传递和共享的关键载体。因此，装配式建筑预制构件分类与编码体系是装配式建筑能够迅速发展的关键技术之一。

目前，国外一些发达国家已经基于本国建筑业建立了配套的、成熟的建筑分类与编码体系，如UniformatII、OmniClass、ISO12006等。而我国起步较晚，为推动我国建筑业的快速发展，国家制定了一些建筑产品分类与编码标准，如《建筑工程设计信息模型分类与编码标准》、《建筑产品分类与编码》等，也有一部分省市关于装配式建筑预制构件分类与编码做了一些研究和探索，但大都存在一定的不足：如有的研究只提出了编码规则，并未提出配套的分类方法，不能使预制构件的分类与编码进行配套使用，且编码结构中采用字母与数字的组合，或者编码层级过多，编码体系显得过于复杂，在使用中容易出错，不能有效地打通预制构件全产业链信息流，实现信息的高效流通与共享。

因此，本文将在国内外建筑分类与编码标准及国内现有规范的基础上，对装配式建筑预制构件的分类与编码体系及其应用方案进行研究，并结合案例分析其可行性及可推广性，为未来同类型项目的应用实施提供参考和借鉴。

1 基于BIM的装配式建筑预制构件分类与编码体系建立

编码是对某一项事物统一观点、统一认识和信息交换的一种技术手段，最大限度地减少对信息命名、描述不一造成的误解与损失，信息编码直接关系到信息处理、传递和检索的自动化效率与水平[1-4]。

1.1 BIM预制构件库分类方法选择

目前，从分类结构而言，其分类方法一般包括线分类法、面分类法和混合分类法[5]：

(1)线分类法：又称为层级分类法，依据对象的某项特征划分类目，对划分出的每个类目再进行细化，构建具有若干层级的层次关系，形成具有隶属关系树状结构分类体系；

(2)面分类法：是一种网状结构的分类方法，一般依据对象的若干特征在不同的分类段中划分类目，各类目之间相互平行，由各分类段组合起来而形成复合类目的分类体系；

(3)混合分类法：是指对象分类时，不仅使用线分类法而且还使用面分类法，一般会有主次之分，以一种分类方法为主，以另一种分类方法为辅。

三类分类法各有侧重(其对比分析如表1所示)，在应用实施过程中，一般根据项目特点、分析角度、分类目的等不同，选择合适的方法对预制构件进行分类。

表1 三类分类法对比分析

表2 装配式住宅混凝土结构—预制构件主要面分类

基于上述分析，BIM预制构件库设计构件的分类采主要采用混合分类法，即以面分类法为主，线分类法为辅。将分类对象没有隶属关系的特征或属性按不同的分类面展开，每个面位置固定，不同的面中类目之间不重复，不交叉，但存在个别面的类目使用线分类法的情况，即该面中的类目有隶属关系。

1.2 BIM预制构件库分类清单建立

考虑到预制构件的特征和属性极其复杂，基于上述选择的混合分类方法，考虑预制构件主要信息因素，以装配式住宅混凝土结构为例，按构件类型进行分类，得到BIM预制构件库分类清单，如表2。

1.3 BIM预制构件编码体系设计

1.3.1 设计原理

本文以Omniclass、《建筑信息模型分类和编码标准》、国内现行的装配式建筑图集信息等标准、规范及信息化技术为基本设计原理进行装配式建筑预制构件编码体系的设计。

1.3.2 设计原则

在设计原理的基础上，以构件编码的唯一性、通用性、可操作性、可扩展性、可与计算机系统相连接性等为设计原则，同时，结合拟建装配式建筑预制构件特点及应用目标，对装配式建筑预制构件分类与编码体系进行设计[6-7]。其中：

1)唯一性：指一个编码对应唯一的一个预制构件，一一对应；

2)通用性：指编码体系包括构件的基本属性，便于在各阶段、各部门进行共享；

3)可操作性：指编码体系的设计具有便于管理、便于实施等特征；

4)可扩展性：指在实际项目使用时，可根据项目特点及管理需求，在编码结构基础上进行编码层次的增加；

可与计算机系统相连接性：指构件编码在构件信息共享流通过程中，可考虑与协同管理平台、运维管理系统等计算机系统相连接。

1.3.3 设计思路

在上述设计原理和设计原则的基础上，对装配式建筑预制构件编码结构进行合理的设计，综合运用编码的唯一性及BIM技术的优势，对装配式预制构件生产和施工等各阶段信息进行管理，实现预制构件信息在全产业链中的高效流通、传递和共享，以提高预制构件生产质量和效率，减少返工，实现装配式建筑的价值。

1.3.4 编码结构

结合装配式建筑预制构件分类及编码设计原则和思路，以及装配式建筑预制构件类型、名称、尺寸等项目数据经验，通用的装配式预制构件分类代码采用3层代码，第一层采用2位数字型代码，第二层采用3位数字型代码，第三层采用4位数字(长度cm)*4位数字(宽度cm)*4位数字(高度cm)型代码，每层代码间应用“—”连接。具体结构如下：

图1 编码结构图

说明：第一层代码代表装配式建筑预制构件的构件类型代码；

第二层代码代表装配式建筑预制构件的构件名称代码；

根据本项目的使用要求及沿线的气候、水文、地质等自然条件和交通量、材料等特点，结合新疆当地特色，遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、技术上可行、经济上合理的基本原则，进行路面结构方案的综合比选。

第三层代码代表装配式建筑预制构件的构件尺寸代表；

在实际项目使用过程中可结合项目实际需求在不违背原编码原则的基础上进行增加或者细化，如在项目群建设管理中可增加项目编码，在预制构件信息管理要求特别清晰的情况下可增加承载力或特殊构造处理编码等。

1.3.5 编码规则

(1)第一层代码从“00”至“99”按顺序排列，不足位用“0”补齐；

(2)第二层代码从“000”至“999”按顺序排列，不足位用“0”补齐；

(3)第三层代码从“0 000*0 000*0 000”至“9 999*9 999*9 999”，不足位用“0”补齐。

2 基于BIM的装配式预制构件编码应用方案

基于上述研究成果，装配式建筑预制构件分类与编码体系在全产业链(设计、生产、运输、仓储、施工、运维等阶段)中应用方案介绍如下：

在生产阶段，生产商通过BIM协同平台中分享的预制构件库了解各构件的基础属性信息，进行批量生产，在构件生产过程中埋设RFID芯片，并通过Revit添加构件编号、项目信息、生产信息、性能指标等信息，并将BIM构件库及RFID信息库进行同步，为每一个预制构件赋予了唯一的身份标签[8]。

在运输及仓储阶段，运输商将预制构件从生厂商运输到施工现场，根据要求利用手持扫码设备添加构件必要的运输、堆放及吊装信息，同时挂接构件对应的质量合格文件，实现构件信息与RFID信息的同步，通过BIM协同管理平台供各参建方共享，以便对预制构件的采购信息及物料管理。

在施工阶段会产生大量的预制构件施工信息，如施工工艺、吊装信息等，施工商通过Revit软件对预制构件施工信息进行添加，并对构件进行编码，实现编码信息与RFID构件信息库的同步。

在运维阶段，运营商主要将必要的安全质量监测信息及二次维护信息添加在构件BIM模型上，同时与RFID信息库进行同步更新，通过预制构件编码查询其运营维护信息。

表3 装配式住宅混凝土结构—预制构件编码及其类目名称

综上，在各个阶段，通过信息的录入，并结合施工阶段录入的预制构件编码，实现编码信息与预制构件BIM模型信息及RFID信息库的同步，借助BIM协同平台实现各阶段信息在全产业链中的信息流通与共享，有助于在竣工交付及运维阶段以编码为载体对各预制构件进行统计、查询与维护管理。

3 案例应用分析

3.1 项目概况

临港产业区“先租后售”园区公共租赁住房三期项目位于上海浦东新区临港重装备产业区内，项目西临E6路，东侧为E62路，南邻正茂路，北邻潇湘路。项目总用地面积约为101 540m2，拟建总建筑面积为258 854.06m2，其中地上为188 321.5m2，地下为70 532.56m2，项目建筑装配率不小于40%，构件总数为38 210个，8大类型，项目目前正在施工阶段。

3.2 项目应用方案及效果分析

设计阶段，构建了8种BIM预制构件库，制定了本项目构件分类与编码标准，并上传至信息平台供其他参与方参考使用。

图2 预制构件统计与BIM预制构件库示例

图3 预制构件分类与编码标准示例

图4 通过编码检索查看预制构件信息

生产阶段，生产商对预制构件进行批量生产，埋设RFID芯片，将编码信息和BIM构件库及RFID信息库进行同步，并添加生产、性能指标等信息。

图7 以编码为载体进行预制构件信息管理示例

在运输和堆放过程中，运输商对运输及堆放信息进行添加，如图5所示，施工阶段，承建方通过预制构件编码录入及Revit添加施工信息，实现与RFID构件信息库的同步。在BIM协同管理平台上通过编码搜索看查看预制构件各阶段的完整信息。

图5 运输及堆放阶段编码信息添加

图6 预制构件编码信息示例

在项目竣工交付阶段及运营管理阶段，借助BIM协同平台通过预制构件编码对各个构件的相关信息进行统计，并导出Excel清单，便于预制构件施工管理及运营维护管理。

本项目通过对BIM-RFID技术、编码体系及BIM协同管理平台的综合应用，有效实现了构件信息在全产业链中的流通与共享。

4 结语

综上，本文在研究BIM预制构件库建立及国内外建筑信息分类与编码标准的基础上，对装配式建筑预制构件的分类与编码体系进行了设计，并进一步提出了基于BIM技术的装配式建筑预制构件编码体系在项目建设各阶段的应用方案，利用BIM-RFID技术实现了预制构件编码信息的流通与共享，最后结合案例对预制构件编码体系及应用方案的应用过程及预制构件信息管理效果进行分析，论证了预制构件编码体系及应用方案的可行性，为未来同类型项目的应用实施提供参考和借鉴。