基于BIM的装配式建筑预制构件族库管理研究

李露凡（上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032）

0 引 言

近年来，随着国家对信息化技术及装配式建筑的大力宣传与推进，BIM技术与装配式技术得到了快速发展并进行了融合创新应用，在一定程度上促进了装配式建筑的数字化转型。然而长期以来，各个装配式住宅项目之间未制定统一的标准，导致出现预制构件信息传输性弱、信息共享能力差和信息复用率低等问题。这不仅增加了各个装配式住宅项目预制构件的重复的工作量，也阻碍了装配式住宅的推广。

建立BIM预制构件族库的目的就是为了解决上述问题，通过制定科学、系统、实用的标准，规范装配式住宅项目预制构件的信息管理过程，进而提高装配式住宅预制构件的设计质量与设计效率。但是，受限于预制构件的发展情况，BIM构件族库目前仅包含结构构件，其他的管线、机电、装修等部分有待进一步探索。

预制构件作为装配式建筑管理的核心，与其相关的基于BIM的装配式构件模型搭建[1]、预制构件编码管理体系[2]、全产业链管理[3]等研究层出不穷，为装配式预制构件数字化管理提供了技术及管理标准依据，但有关预制构件库全产业链标准化管理的研究却很少，且大多操作性不强、不全面。如：江媛静等[4]提出创建预制构件信息共享库，建立构件模型，实现构件的审核入库与管理；韩俊[5]以语言阐述的方式提出BIM预制构件的存储方式及管理流程；余芳强等[6]提出一种面向施工企业的建筑工程构件库分类管理系统，实现预制构件BIM模型标准化创建。然而在实际应用时，由于预制构件全产业链标准化管理制度及流程的缺乏，无法保证项目上预制构件全产业链的规范性与准确性。因此，本文在现有研究的基础上，提出了基于BIM的装配式建筑预制构件族库的整体管理框架、权限管理机制、流程管理机制和储存管理机制等，以期为装配式建筑预制构件全产业链的规范化、标准化管理提供参考依据。

1 预制构件族库与预制构件族的概念

预制构件族库，可以理解为是一种面向装配式工程各种预制构件族的集合，也是一种数据库。

预制构件族，可以理解为是利用BIM建模技术对装配式工程中预制构件进行属性信息提取而形成的一种固定形式的构件对象，最终以三维可视化模型的形式展示。

预制构件族能完全模拟实际环境中的预制构件，有助于提高预制构件的设计精度和质量。后续只需在项目中载入所需的构件族进行参数修改调整，就可以重复利用到其他项目BIM模型中。

2 建立BIM标准化预制构件族库的技术路径

建立BIM标准化预制构件族库的技术路为：BIM预制构件族库分类→预制构件分类→预制构件BIM模型创建→BIM构件族库运维与管理。

根据预制构件族库的分类方法，将基于BIM的预制构件族库分为标准预制构件族库和项目预制构件族库。标准预制构件族库为项目预制构件族库的构件创建提供参考，项目预制构件族库为标准预制构件族库的扩容提供基础。

预制构件具有类目多、信息复杂的特点。为确保BIM构件族库质量，预制构件的分类标准应具备科学性、系统性、可扩展性、兼容性和综合实用性。目前，基本的分类方法主要有线分类法、面分类法和混合分类法三种。结合BIM预制构件族库的特点，其分类采用以面分法为主的混合分类法。以装配式住宅混凝土结构-预制构件为例，其分类情况，如表1所示。

表1 装配式住宅混凝土结构-预制构件主要面分类表

预制构件模型除了完全展示预制构件信息外，还宜预留填写生产信息、运输信息、施工信息和监理信息的位置，以便于后期生产、运输、施工和监理等单位开展模型的深化工作。

3 预制构件族库管理体系

3.1 整体管理框架

预制构件族库的重要性贯穿装配式建筑的整个寿命周期，是一种无形的知识生产力，其规范化使用与管理是预制构件族库价值实现的关键。装配式建筑各专业协同性高、拆分方式多样，预制构件细部构造复杂、种类繁多，给预制构件族库的规范化、标准化管理带来了挑战。

基于上述背景，为了保证预制构件族库的质量与共享，预制构件族库的管理从角色、流程、存储和端口四个方面，分别针对预制构件族库的使用权限、运行流程、存储形式和交互端口进行规定，以实现预制构件族库的有效化组织、精细化管理和便利化使用。其整体管理框架和运行机制，见图1和图2。

图1 BIM构件库整体架构

图2 BIM构件库运行机制

3.2 权限管理机制

预制构件族库的使用权限主要包含上传、下载、查看、编辑和审核等，可根据使用权限的不同划分为用户、技术支持和服务支持三个角色。其中，用户为预制构件族库的使用者，仅针对专业设计机构的设计师开放；技术支持为预制构件族库的构件管理者，为用户提供技术类的服务；服务支持为预制构件族库的运营管理者，为用户提供非技术类的服务。

3.2.1 技术权限

标准构件族库的管理以技术支持为主，负责对构件族库进行维护与更新，以实现用户对构件进行查看和调用的功能。

项目构件族库的管理以用户为主，以实现项目设计团队用户之间协同工作，为技术支持提供帮助与保障，并为后期预制构件族库的扩容做准备。

3.2.2 服务权限

预制构件族库的服务权限以服务支持为主，主要针对用户权限分配和反馈等问题进行帮助与处理，以提高用户对预制构件族库的使用满意度。预制构件族库权限分配，如表2所示。

表2 预制构件族库角色权限使用说明表

3.3 流程管理机制

3.3.1 技术流程管理

预制构件族库管理的技术流程主要包含构件入库、构件调用、构件变更、构件迭代和构件恢复等。

（1）预制构件族入库流程。流程所涉及的角色为用户和技术支持，适用范围为：技术支持基于标准图集创建预制构件族的情况（见图3）；技术支持基于已竣工项目修改和完善预制构件族的情况（见图4）。

图3 标准图集来源的预制构件族入库流程图

图4 项目来源的预制构件族入库流程图

（2）预制构件族调用流程。流程所涉及的角色为用户，适用范围为：用户基于项目的设计需要，在预制构件族库中查找并下载合适预制构件族的情况（见图5）。

图5 预制构件族调用流程图

（3）预制构件族变更流程。流程所涉及的角色为用户，适用范围为：用户根据项目需求，对项目构件族库中的预制构件族进行修改和完善的情况（见图6）。

图6 预制构件族变更流程图

（4）预制构件族迭代流程。流程所涉及的角色为用户和技术支持，适用范围为：用户在使用过程中，发现标准构件族库中的族存在问题的情况（见图7）；因国家及地方标准图集的更新，导致标准构件库中的构件参数不再符合要求的情况（见图8）。

图7 用户反馈的预制构件族迭代流程图

图8 图集修改导致的预制构件族迭代流程图

（5）预制构件族恢复流程。流程所涉及的角色为用户和技术支持，适用范围为：用户因人为操作失误或族库系统原因导致预制构件族被误删的情况（见图9）。

图9 预制构件族恢复流程图

3.3.2 服务流程管理

预制构件族库管理的服务流程主要包含构件用户注册和用户反馈等。

（1）用户注册流程。流程所涉及的角色为用户和服务支持，适用范围为：新用户注册账户的情况（见图10）。

图10 用户注册流程图

（2）用户反馈流程。流程所涉及的角色为用户和服务支持，适用范围为：用户因不熟悉预制构件族库操作或预制构件族库系统的原因，在使用预制构件族库过程中遇到问题的情况（见图11）。

图11 用户反馈流程图

3.4 存储管理机制

预制构件族库的存储主要有云端存储和本地存储两种形式。两者之间虽然能进行同步，确保数据的安全性，但针对不同的构件，同步的路径有所区别。云端存储主要针对标准构件族库，当技术支持对标准构件进行迭代后，最新的构件会自动从云端同步至本地。本地存储主要针对项目构件族库，当用户对项目构件进行变更后，最新的构件会自动从本地同步至云端，且云端的数据可作为构件恢复的基础。

3.5 端口管理机制

预制构件族库的端口主要有网页端、桌面端和云端三种形式。网页端是预制构件族库的端口之一，用于对预制构件族库的宣传与展示；用户可通过网页端实现对构件的查看。桌面端是预制构件族库的核心端口之一，用于对预制构件族库的操作与使用；用户可通过桌面端实现对构件的调用与变更。云端是预制构件族库的核心端口之一，用于对预制构件族库的管理；技术支持可通过云端实现构件的入库、迭代和恢复，服务支持可通过云端实现用户的注册与反馈。

4 结 语

为了解决装配式建筑预制构件族库全产业链管理不规范、不标准的问题，本文提出了预制构件库的整体管理框架、权限管理机制、流程管理机制、存储管理机制和端口管理机制，为预制构件全产业链管理权限、流程及存储标准提供了依据，并将预制构件分为标准库和项目库进行分类阐述，让不同的用户和管理者有章可循、有据可依，促进装配式构件在全产业链的规范性、标准性和准确性发展。