装配式预制构件BIM数据库资源集成机制构建研究

张玉琢 张德海 张 岐

（沈阳建筑大学 BIM计算研究中心，辽宁 沈阳 110168）

预制构件是装配式建筑的基础，预制构件BIM数据库的构建研究是装配式建筑实现集成设计、智能制造、虚拟建造的重要实现基础，可以在更高层次上实现装配式建筑全流程全专业全产业的一体化集成，而不仅仅把BIM数据库作为三维模型的储存空间[1]。

近年来，BIM数据库相关的研究越来越多。住房和城乡建设部科技与产业发展中心主任李美华说明了建筑产品对于产品厂商、设计方、施工方以及运维方的价值，分析了BIM数据库的前景[2]。施平望提出了构建IFC标准构件库的必要性，并讨论了当前BIM软件接口问题的研究，进而研究了基于IFC标准的构件库的关键技术研究[3]。王晓珊以ALLPLAN为建模工具搭建了基于BIM技术的预制构件数据库，研发了基于预制构建库的构件施工验算平台[4]。

本文结合“十三五”国家重点研发计划项目课题“装配式建筑分析设计软件与预制构件数据库的研究开发”，重点调研国内BIM数据库发展现状，研究预制构件BIM数据库构建方法。试图为装配式结构设计提供一种新的思路，最终可以实现设计、生产、施工的一体化建造。

1 BIM数据库的发展现状

1.1 网络调研结果

项目组以百度搜索引擎为依托，以“BIM预制构件库”为检索词，对目前国内较为常用的BIM构件库进行了调研，结果总结如下（按照网络检索结果先后排序）：

（1） 广材网 http：//bim.gldjc.com（机电构建BIM族库）。广材网成立于2011年，隶属于广联达软件股份有限公司，目前其开设了BIM构件库专栏，提供包括消防设备、水泵、采暖设备等8大类构件资源，主要面向MEP方向，下载的数据格式为涵盖Revit2014—2017的rfa族文件。

（2） 中国BIM构件库网 http：//www.bimgb.com。中国BIM构件库网提供包括建筑构件库、轨道交通构件库等四大类构件资源，其中建筑构件库中结构构件共计23类，为Revit族文件格式，但目前该类构件处于暂停下载状态。

（3） 开放BIM库 http：//www.openbimlib.com。提供包括给排水及供暖、通风与空调、建筑电气等类别BIM构件，文件提供格式包括Revit族文件及Skechup文件。

（4） 中国BIM资源中心 http：//s.bimcc.com。该网站BIM构件库提供大量结构类BIM构件，文件格式包括Revit族文件及Skechup文件等类型。

（5） 毕马汇 https：//www.nbimer.com/materials/bim-models。毕马汇BIM云构件库涵盖了11000多个BIM构件，其中结构施工类有288个，提供的文件均为Revit族文件格式。

（6） 易族库 http：//www.yizuku.com。易族库包含285类结构专业族文件，文件类型为Revit族文件。

（7） 构建坞 http：//www.goujianwu.com。构建坞的形式与型兔相类似，也是采用安装插件到Revit中实现族文件的下载和使用。

（8） BIM之家族库http：//www.nbims.com。该族库大多为用户自行上传的族文件汇总压缩包，分类不规范，文件重复性高。

（9） 住房和城乡建设产品BIM大型数据库 http：//www.bim99.org/home。住房和城乡建设产品BIM大型数据库由住房和城乡建设部科技与产业化发展中心主办，其中涵盖预制混凝土制品及构件BIM模型398种，文件格式为Revit族文件。

（10） 型兔BIM云族库 http：//www.bimto.cn。型兔BIM云族库提供大量基于Revit软件的BIM族文件，包括数量众多的结构族文件，其提供可嵌入Revit的插件，用户可通过插件浏览云族库并下载使用。

1.2 网络调研结论

通过网络调研，能够得出如下结论：国内外一些BIM行业公司正在努力构建BIM数据库，并开发了多种构件库系统框架和原型，不断丰富BIM虚拟组件的数量、质量，类型和规格，提升构件质量，一步步实现标准化的预制BIM构件库的构建。然而，这些BIM预制构件数据库暂不能完全为装配式建筑设计提高技术支撑，存在不足地方主要是：库中的模型类型较少，各种实际建筑产品的相关参数、性能及属性并不能完全包含其中，从而使数据库中的数据不能满足设计者的设计要求。往往设计者在使用模型前，需要重新建立产品模型，之后需要手动输入大量的几何信息和非几何信息，影响设计效率。

2 构件库BIM资源集成机制构建

在BIM体系框架的基础上，研究构件库BIM资源集成机制。其基本思路是随着工程项目的进展和需要分阶段创建BIM数据，即从项目策划到设计、施工、使用不同阶段，针对不同的应用建立相应的子信息模型。各子信息模型能够自动演化，可以通过对上一阶段模型进行数据提取、扩展和集成， 形成本阶段信息模型。 也可针对某一应用集成模型数据，生成应用子信息模型，随着工程进展最终形成面向建筑生命期的完整信息模型。BIM的集成框架包括数据层、模型层、网络层和应用层，如图1所示。

图1 BIM资源集成机制

（1） 数据层。面向建筑生命期的工程数据总体上可以分为由结构化的BIM数据和非结构化的文档数据组成，对于结构化的BIM数据利用数据库存储和管理。为了应付企业级系统庞大的数据量、很高的性能要求，底层数据库通常需要选用Oracle、SQL Sever、Sybase等大型数据库。

（2） 模型层。数据模型层通过BIM信息集成平台，实现IFC模型数据的读取、保存、提取、集成、验证，针对建筑生命期不同阶段和应用，生成相应的子信息模型。这些子信息模型可以是面向阶段层面的策划子信息模型、设计子信息模型、施工子信息模型以及运营子信息模型等，也可以是针对某个应用主题的子信息模型，如建筑成本信息模型、施工安全信息模型、物业管理信息模型等。

（3） 网络层。网络通信层基于网络及通信协议搭建，实现局域网和广域网的数据访问和交互支持，支持项目各参与方分布式的工作模式。

（4） 应用程序层。应用程序层由来自建设不同阶段的应用软件组成，这些软件包括规划设计软件、建筑设计软件、结构设计软件、施工管理软件、物业管理软件等。

在该架构中，BIM的建立实际上是对建筑生命期工程数据的积累、扩展、集成和应用过程。分阶段或面向应用创建子信息模型，为BIM的实现提供了可行的途径，BIM信息集成平台和BIM数据库及其相应的数据保存、跟踪和扩充机制，有效解决了BIM数据的存储和分布异构数据的一致、协调和共享问题。

3 BIM构件库的创建步骤

在实际的构建完善构件库的过程中，会进行如下的BIM构件库创建5大步骤（见图2）。

图2 BIM构件库构建步骤

（1） 构件生产和分类。BIM构件库不仅属于构件的设计单位，也属于配套的生产单位。在进行具体的操作时，需要达到这二者的平衡以及协调；此外，对于构件工厂而言，为了提升项目的施工效率，他们应当在生产一些具备较高通用性的预制构件，并在施工开始后，按照实际的施工要求高效的生产BIM构件库中缺少的构件，这样才能大大加快项目总体的施工速度。

BIM构件库创建的基础工作是构件在入库之前的分类。设计单位首先明确预制构件的特点以及相应的构件库内放置的构件类型。此外，在完成了构件的分类之后，还必须依据相关的规划标准进行一定规律的储存，提升构件库在扩充时的便捷性以及在日常维护时的高效性。

（2） 构件编码。对于构件而言，为了达到较高的信息化要求，要积极高效地进行编码的运用。在信息化编码的运用下，信息数据的处理变得直观起来，无论是人工操作还是计算机运算，信息的处理效率都得到了最大程度地提升。

（3） 构件创建及构件信息录入。构件参数录入必须要在相应的建模深度基础上，最大限度的录入更多的有用的参数数据。在录入过程中，尤其要注意的一点是，构件内的数据信息不要超过了相应的数量限度，构件所涵盖的数据只需要满足实际的设计深度的标准就是符合要求的。

（4） 审核和入库。在完成了构件的编码之后，必须要将这些命名的结果上交给建筑部门规定的BIM构件库审核人员进行检查。而对于审核人员来说，必须要依据审核标准严格审查构件录入信息的完整性和准确性，测试构件的三维模型的平立剖显示与录入参数设置等。

（5） 构件库的总体功能设计与创建。通过以上4大步骤可以预制构件模型及其信息参数对BIM构件库的功能需要，最大限度地穷尽每一类预制构件的功能和使之标准化是一个长期探索更新的过程。

最后，构件库的总体功能设计可以归纳为构件存储和构件调用两部分。前者是数据库内部功能，BIM构件库作为构件的存储机制也同样重要的是完成构件库系统与其中构件中间的信息化映射，实现用户对目标构件的参数检索等功能，为后续设计、生产、施工阶段提供准确而有效的数据基础。后者是数据库外部功能，预制构件不是一个独立的集合体，只有和外部第三方软件进行数据共享才能最大地发挥其功能。构件调用可以完成基于BIM构件库的装配式结构的构件组合。

4 结语

本文通过不同形式开展现有成型BIM构件库和转换机制的文献调研，列举出常见的BIM族库，对构件库BIM资源情况进行梳理和总结。研究预制构件BIM数据库构建方法，试图为装配式结构设计提供一种新的思路，最终可以实现设计、生产、施工的一体化建造。