基于BIM技术的装配式高层住宅预制构件库的建立及数据开发

卢 杰

(中铁建东方投资建设(慈溪)有限公司 浙江慈溪 315300)

1 引言

预制构件库是BIM技术应用于装配式高层住宅结构设计的基础，采用参数化实现构件的拼装，也是现实预制构件生产的依据[1－3]。预制构件库中的预制构件应该根据一定模数确定，且保持通用性和标准化[4]。通用性能满足各类装配式建筑的功能需求，而标准化构件便于预制构件厂的流水线制造，是实现装配式建筑工业化的重要手段[5]。应该考虑到装配式建筑的特殊要求下的功能需求，除了包括通用性和标准化的构件之外，还应该考虑预制构件的标准节点[6－7]。

目前，装配式在我国的应用和发展还存在诸多不健全的地方，其中在数值化建筑方面，田东等[8]认为预制构件库是BIM建筑结构设计的基础，创建可供查询和调用的预制构库对于推进装配式标准化、模块化具有十分重要的意义；张超[9]认为，预制构件库是逐步积累的过程，在设计过程中，如果内嵌构件库预制构件单元存在缺失，则会对造成较大的人工成本浪费；刘若南等[10]认为目前的BIM软件尚没有统一的预制构件库的集成和管理功能，制约了设计人员对预制构件库的调阅、查询、修订、入库和删除，在零碎且海量的预制构件累积、修改中耗费了时间和精力。

本文依托中国铁建·御湖项目，对装配式高层住宅的预制构件库的建立及数据开发进行研究，尝试利用Microsoft SQL Server 2008 R2作为数据库开发工具，以SQL作为数据库查询和程序设计语言，实现存储数据以及查询、更新和管理数据库，为预制装配式高层住宅的建设提供良好的预制构件管理工具。

2 工程概况

中国铁建·御湖项目位于湖北省武汉市经济开发区，项目北侧为芳草西街，南侧为四新路，西侧为芳草东街，东侧为四新中路，规划用地面积52 434.66 m2。新建总建筑面积约为226 243.87 m2，其中，地上建筑面积为180 603.13 m2，地下建筑面积为45 640.74 m2。包含6 栋住宅，分别为 33 层的 1＃、2＃、5＃、6＃住宅楼、22层的3＃楼住宅楼和34层的4＃住宅楼，1栋3层幼儿园，1栋19层办公楼，1栋32层办公楼及地下车库。住宅、办公楼均为装配式建筑，装配率均不低于50%。

3 基于BIM技术的装配式预制构件库建立

3.1 入库的预制构件分类

为使预制构件库形成有规律的体系，方便调阅、检索和使用，需要按照一定的分类标准或者存储结构对预制构件进行分类[11]。中国铁建·御湖项目的重要预制构件有:混凝土预制剪力墙(内墙板和外墙板)、钢筋混凝土预制楼梯板、钢筋混凝土预制阳台板、钢筋混凝土预制空调板、钢筋混凝土预制女儿墙等。

3.2 预制构件编码

预制构件是构成BIM模型最为重要的基本组成单元，它具有形式多样、数量庞大等特点，在BIM模型的创建过程中，需要对预制构件进行定位、访问和调用，因此从信息存储、信息传递和信息共享的角度出发，需要对成千上万的构件按照一定的规则进行编码，以实现不同阶段、不同使用者对预制构件的信息获取，依据中国铁建·御湖项目预制构件的分类，编制预制构件编码编号，如表1所示。

表1 预制构件类型编码

续表1

3.3 预制构件信息的创建

预制构件的创建是信息集成的过程，基于Revit软件的预制构件信息创建一般过程如下:

(1)基于Revit预制构件制作步骤

通过Revit软件创建预制构件，每个预制构件将作为一个族文件，通过建立预制构件族，逐步完善预制构件在不同应用阶段的数据信息，包括族样板文件选定、环境设置、物理几何参数定义、共享参数设定、非几何参数定义，具体的创建流程见图1所示。

图1 预制构件族创建流程

(2)预制构件创建相关设置

在Revit软件中，已将墙作为系统族进行了预定义，不能从外部文件中载入到项目中，也不能将墙族保存到项目之外的位置，因此选用公制常规模型.rft、基于面的公制常规模型.rft、公制体量.rft三种族样板进行创建预制构件可载入族。通过修改尺寸标注的值来驱动参照平面而达到修改预制构件几何尺寸；然后设置族类别、族参数，包括族在项目中使用时是否基于工作平面(选用基于面的公制常规模型.rft)，是否总是垂直等相关设置。

(3)信息创建

几何模型的创建主要考虑预制构件的长度、宽度、高度以及边界细部尺寸，每创建一个几何尺寸参数，应该即时进行测试，确定参数可以驱动几何形体，并做最后的几何参数协调，准确无误之后，然后再分组建立共享参数，输入各个预制构件的非几何信息[12]。非几何信息包括构件的材质、型号规格、钢筋、预埋件，需通过共享参数一一创建，以方便参数信息的管理；同时由于预制构件作为族文件，数据动态扩展，适当考虑预留一些预定义参数，便于随着项目推进而动态扩展。

以装配式剪力墙结构为例，添加几何信息和非几何信息，赋予构件唯一的编码并保存入库，见图2所示。

图2 外墙板(WQ-2728)入库信息

4 装配式结构预制构件库的数据开发

预制构件族文件创建之后，审核人员应对构件应具备的数据信息逐一检查，经过审核合格的构件才能入库进行管理。构件库的管理应能对入库合格构件进行查询、修改及删除的操作。下面以Revit平台创建装配式剪力墙结构的常规预制构件库为例，实现构件库管理人员的登入，包括以下基本功能的实现:构件的入库、参数修改、查询和删除。入库构件主要包括构件的结构体系、构件入库编码、标识尺寸、构件族存储位置等内容。构件修改是针对构件入库时各主要参数进行修改；构件查询是为了快速查询到对应构件，分为逻辑查询及模糊查询；构件删除是对不再符合要求的预制构件进行删除，通过构件的编码进行检索并删除，并更新构件库资源。

开发之前应确定以下的基本开发环境:

(1)选用Autodesk的Revit2016作为协同设计建模软件；

(2)Windows Server 2012 R2系统下的 Revit Server 2016作为服务器；

(3)支持Microsoft.NET 4.5 Framework开发框架的Visual Studio2012作为开发平台，本文选择C＃作为编程语言；

(4)以Microsoft SQL Server 2008 R2作为数据库开发工具，以SQL作为数据库查询和程序设计语言，用于存储数据以及查询、更新和管理数据库。

4.1 预制构件库的管理界面设计

在预制装配式构件库的登入界面设计中，构件库管理的用户登录界面包括构件库的登入权限，及对应的账户、密码，通过输入用户名及密码进行登录，设定管理人员和一般用户两个角色，分别设置不同登入用户名和密码，管理人员登入类型为Admin，一般用户登入类型为Guest。

管理系统界面的管理功能包括:构件信息显示区、构件入库、构件修改、构件查询、构件删除、构件视图显示区，用户界面设计见图3所示。管理界面主要分为三部分:信息显示区、信息录入区和视图浏览区。构件信息显示区是对已经录入数据库中的元件的编码、尺寸标识、截面等特征参数的显示，数据信息录入区包括入库构件参数输入、根据参数修改录入、按照条件检索录入及根据编码删除录入，视图浏览区是对构件三维视图、平立剖视图的显示浏览。

图3 管理系统用户界面设计

4.2 构件入库

在Revit中建立完成的预制构件经审核通过之后，可以进行入库操作，构件入库需输入以下参数，包括构件编码、构件子类型、尺寸标识、结构体系及相关的备注信息，构件入库时将构件上传至本地电脑相应的保存位置(不能改变存储目录，否则需要通过下文提及的构件修改调整)，并将构件文件保存目录记录在构件库管理系统的数据库中。

实现构件入库功能的核心代码如下:

构件入库的一般步骤:首先在登入的管理界面中入库参数录入区依次编辑输入构件编码、构件位置、视图位置、类型、尺寸标识、截面尺寸、结构体系及备注信息，然后点击右下角构件入库按钮，即完成了构件入库操作。

4.3 构件修改

在标准构件入库之后，需要对构件族文件进行修改调整，或者入库时相关检索参数误操作需要重新调整，这些构件的数据更新，通过构件修改来完成。

实现构件修改功能的核心代码如下:

构件修改的一般步骤:首先根据入库输入的参数通过修改参数录入区左侧的下拉菜单选中对应参数，右侧空白栏填入需要调整为的参数值，然后点击右下角的构件修改按钮，即完成了构件修改操作。

4.4 构件查询

在进行装配式剪力墙结构初步设计时，通过检索库中是否有相应的构件可供直接调用[13]。构件查询针对构件入库的各主要参数进行条件检索，分为逻辑查询和模糊查询，逻辑查询是通过参数数值比较来确定备选构件，也可以通过模糊查询，采用like语句，对参数中含有关键检索词或数据的构件进行模糊检索。

构件查询的一般步骤:首先在条件查询录入区第一行通过下拉菜单选择需要检索的条目，然后在第二行确定逻辑查询还是模糊查询方式，第三行输入具体需查询内容，最后点击右下角构件查询，即可完成构件查询操作。

4.5 构件删除

对于入库的预制族文件，如果入库录入有误，除了通过构件修改调整之外，还可以通过构件删除直接从数据库中删掉，然后重新建立标准构件族文件，对于由于规范或者图集的更新，入库构件已经不再符合要求，可直接删掉该构件。入库构件的编码都是唯一的，进行删除操作只按照编码进行检索即可。

实现构件删除功能的核心代码如下:

构件删除的一般步骤:首先在编码录入区中输入预制构件的编码，然后点击右下角的构件删除即可成功将构件从数据库中移除。

5 结束语

本文依托中国铁建·御湖项目，基于BIM技术研究了入库的预制构件分类、预制构件的编码和预制构件信息的创建，尝试利用Microsoft SQL Server 2008 R2作为数据库开发工具，以SQL作为数据库查询和程序设计语言，实现预制构件数据的存储以及数据库的访问、查询、修改、删除、更新和管理等功能，为预制装配式高层住宅的建设提供良好的预制构件管理工具。通过预制构件库的建立可以有效实现装配式高层住宅建造的工业化、标准化和信息化，利用该数据库可为建筑全生命周期提供准确的构件信息数据，以及提供快速获取数据信息的工具。