李鑫生 鄭七振 吳露方,3 陸 濤 陳 剛

1. 上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院 上海 200093；2. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；3. 上海建工電子商務(wù)有限公司 上海 200050

21世紀(jì)以來，為緩解建筑業(yè)管理落后困境，提高建造過程中的品質(zhì)和效率，建筑業(yè)逐漸向新型建造方式轉(zhuǎn)變。新型建造方式是指在建設(shè)過程中，以“綠色建造”為目標(biāo)，以“智慧建造”為手段，以“工業(yè)化建造”為生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)“節(jié)能環(huán)保、提高效率、提升品質(zhì)、保障安全”的建造模式[1]。BIM作為新型建造方式中的核心技術(shù)，已得到越來越多行業(yè)人員的認(rèn)可，BIM是一種應(yīng)用于工程建設(shè)全生命周期的數(shù)字化建造理念，通過模型數(shù)據(jù)庫整合項(xiàng)目從策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各階段信息，實(shí)現(xiàn)建設(shè)數(shù)據(jù)在各個管理系統(tǒng)和工作過程間的多維度流轉(zhuǎn)，對企業(yè)的集約化營造、項(xiàng)目的精益化建造等起著至關(guān)重要的作用[2]。

然而，在實(shí)際工作過程中，經(jīng)常出現(xiàn)BIM成果耗費(fèi)大量人力物力卻無法直接對企業(yè)的ERP管理產(chǎn)生影響的情況，即企業(yè)的管理信息化ERP和技術(shù)信息化BIM沒有進(jìn)行深度融合。這里的管理信息化指企業(yè)的資金管理、成本管理、物料管理等；技術(shù)信息化指能耗模擬、工程量統(tǒng)計(jì)、施工可視化等，如何打通ERP和BIM這2個閉環(huán)間的壁壘對促進(jìn)建筑業(yè)各產(chǎn)業(yè)鏈間的信息交流至關(guān)重要。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中指出，建筑企業(yè)應(yīng)深入研究“BIM+”形勢下的信息化管理創(chuàng)新模式，完善項(xiàng)目管理、物資管理等的信息化集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與項(xiàng)目各參與方間的信息共享。在筆者先前對“基于物資編碼體系的BIM構(gòu)件庫管理方法”研究的基礎(chǔ)上[3]，本文將建筑類物資編碼體系與BIM族庫進(jìn)一步結(jié)合，從物料采購和工程量統(tǒng)計(jì)兩個點(diǎn)將施工企業(yè)的管理信息化ERP和技術(shù)信息化BIM進(jìn)行橫向打通（圖1），并依托浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)項(xiàng)目，通過“建立建筑類物資編碼—建立項(xiàng)目裝配式參數(shù)化族—給構(gòu)件添加編碼字段—構(gòu)件入庫—預(yù)定義BIM軟件采購清單樣板—建立模型—自動導(dǎo)出采購清單BOM表”等流程，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑BIM模型可直接導(dǎo)出符合項(xiàng)目采購清單樣式的BOM表進(jìn)行物資采購的功能，推動裝配式建筑的物料精細(xì)化、動態(tài)化管理。

1 基于物資編碼體系的裝配式BIM族庫及采購清單樣板的建設(shè)

1.1 建立建筑類物資編碼體系

本建筑類物資編碼體系由上海建工電子商務(wù)有限公司研發(fā)，編碼采用“層次碼+特征組合碼”的形式。其中層次碼由一級大類、二級分類、三級分類組成，為具體物資的類別碼，三類間有明顯的從屬關(guān)系，屬于線分類體系；特征組合碼由多組特征項(xiàng)及特征值組成，用于明細(xì)物資產(chǎn)品的規(guī)格、材質(zhì)等屬性，各組之間無從屬關(guān)系，屬于面分類體系。本物資編碼體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，即“一級大類+二級分類+三級分類+∑（特征項(xiàng)+特征值）”的形式。

圖2 物資編碼結(jié)構(gòu)

一級大類是對全專業(yè)全階段建筑類物資的甄別，包括“混凝土”“給排水材料”“砂漿”“膠粘材料”等48大類。在物資編碼中占第一、二位，用“01”到“99”的兩位流水號表示。

二級分類是對各一級大類按照類別進(jìn)行的細(xì)分，如“給排水材料”的二級分類為“法蘭”“擠壓管件”“閥門”等。在物資編碼占第三、四位，用“01”到“99”的兩位流水號表示。

三級分類是對各二級分類按照類型進(jìn)行的再細(xì)分，如“閥門”的三級分類為“閘閥”“球閥”“靜態(tài)平衡閥”等。在物資編碼占第五—七位，用“001”到“999”的三位流水號表示。

特征項(xiàng)即明細(xì)物資產(chǎn)品的規(guī)格、材質(zhì)等屬性，用來區(qū)別與其他物資的特征。特征值即特征項(xiàng)的具體數(shù)值，用來區(qū)分每個特征項(xiàng)所涵蓋的不同特征屬性。特征項(xiàng)和特征值用“_2位流水號_3位流水號”的組合形式表示。

消費(fèi)者會因商家慷慨的退貨政策而提升對其的信任感和品牌忠誠度，即使商家為消費(fèi)者購買了運(yùn)費(fèi)險(xiǎn)，大部分顧客的退貨率也并不會因此大大增加。故電商企業(yè)還是應(yīng)將重點(diǎn)放在提高產(chǎn)品質(zhì)量上，通過提供最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和最完善的退貨服務(wù)來提升顧客的購物體驗(yàn)，不斷增強(qiáng)品牌信譽(yù)才能在激烈的市場競爭中保持優(yōu)勢。此外電商企業(yè)不必過分擔(dān)憂運(yùn)費(fèi)險(xiǎn)所帶來的壓力，因?yàn)橄M(fèi)者的行為具有策略性，會根據(jù)不同情況做出相應(yīng)決策。若考慮產(chǎn)品價(jià)格和預(yù)估退貨率，可參考以下建議。

至此，可得到本建筑類物資編碼結(jié)構(gòu)為“AABBCCC_DD_ddd_EEE_eee……”的形式，如“0904001_03_002_04_001”表示“通徑為15的青銅材質(zhì)閘閥”（表1）。

表1 建筑類物資編碼（以“閘閥”為例）

1.2 建立預(yù)制構(gòu)件BIM參數(shù)化族

這里通過Revit、CATIA等軟件分別建立預(yù)制柱、預(yù)制剪力墻模型，以探究高效、方便建立預(yù)制構(gòu)件BIM參數(shù)化族的方式。

1.2.1 通過Revit軟件創(chuàng)建預(yù)制柱

以Revit2018為例，在平面視圖中選擇“結(jié)構(gòu)—柱”，并在柱屬性欄里選擇“混凝土—矩形—柱”，在修改柱的截面尺寸及標(biāo)高后，點(diǎn)擊繪圖區(qū)域相應(yīng)位置即可生成柱身模型，如圖3（a）所示。接著，在平面視圖中選擇“鋼筋”選項(xiàng)卡，并分別選擇縱筋、箍筋的鋼筋形狀，修改鋼筋的直徑、強(qiáng)度等級等參數(shù)后按設(shè)計(jì)位置進(jìn)行放置即可，同時在立面視圖中，通過陣列、移動等命令對縱筋長度、箍筋位置等進(jìn)行調(diào)整，如圖3（b）所示。然后，按照裝配式圖集及設(shè)計(jì)要求，創(chuàng)建吊環(huán)、套筒、鍵槽等預(yù)埋件模型，并移動至預(yù)制柱相應(yīng)位置，如圖3（c）所示。最后，在三維視圖中將所有構(gòu)件選中成組，并以.rvt文件保存即可，如圖3（d）所示。

圖3 通過Revit創(chuàng)建預(yù)制柱構(gòu)件

1.2.2 通過CATIA軟件創(chuàng)建預(yù)制剪力墻

以CATIA V5-6R2017為例，在“裝配設(shè)計(jì)”模塊中新建剪力墻墻身Part，并在zy平面繪制墻身輪廓線，定義約束后在三維視圖通過“凸臺”命令生成剪力墻墻身模型，如圖4（a）、圖4（b）所示。

接著，在zy平面中新建鋼筋Part，利用直線工具與“肋”命令生成單根鋼筋模型，并通過“Knowledgef(x)”選項(xiàng)賦予鋼筋參數(shù)，最后通過Power Copy生成全部鋼筋，如圖4（c）所示。同時，套筒等預(yù)埋件的繪制與鋼筋類似，即通過“草圖設(shè)計(jì)+實(shí)體設(shè)計(jì)+知識工程”的方式生成，最后以.CATProduct文件保存即可，如圖4（d）所示。

圖4 通過CATIA創(chuàng)建預(yù)制剪力墻構(gòu)件

基于上述對預(yù)制構(gòu)件BIM參數(shù)化族建立方式的研究，除去BIM軟件本身可視化、參數(shù)化等共性優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)Revit軟件有著系統(tǒng)族較完善、無需對鋼筋等實(shí)體進(jìn)行單獨(dú)建模、出圖方便等優(yōu)勢，但是這種建模方式受約束較多，不太靈活；而CATIA軟件有著建模靈活、可以輕松建出較復(fù)雜的預(yù)制構(gòu)件模型等特點(diǎn)，且可以與有限元分析軟件Abaqus、施工仿真軟件DELMIA等有著同源的交互，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)—分析—仿真的一體化，但是軟件操作難度較大且出圖不方便。但無論是哪一種建模方式，基于BIM族的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)模式，使裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)從“面向過程”發(fā)展到了“面向?qū)ο蟆盵4]，設(shè)計(jì)人員能在極短的時間內(nèi)利用族完成預(yù)制構(gòu)件模型和圖紙的設(shè)計(jì)，極大地減輕了重復(fù)設(shè)計(jì)工作量。

1.3 給構(gòu)件添加編碼字段

參數(shù)批量導(dǎo)入完成后，根據(jù)每一個族所代表物資的類型和屬性，對應(yīng)上文提出的物資編碼層次表，即可進(jìn)行部分編碼字段值的賦予。如某規(guī)格預(yù)制梁混凝土的“標(biāo)的編號”為0201001037220，“標(biāo)的名稱”為普通混凝土，“規(guī)格型號”為C30[120±30 mm*5－25 mm]*28d*聚合物，“主計(jì)量單位”為立方米等。

1.4 構(gòu)件入庫

首先建立與物資編碼體系相符的族庫文件夾用于存儲族文件，由于所需創(chuàng)建及命名的文件夾數(shù)量眾多，采用VBA宏語言對物資編碼Excel表進(jìn)行開發(fā)的方式快速建立文件夾。本研究共批量建立了48個根目錄文件夾，嵌套331個二級文件夾，再嵌套3 519個三級文件夾，每個族文件夾的名稱即物資的類別。

族庫文件夾建立完成后，即可對已添加編碼字段的族進(jìn)行入庫處理。由于每個族文件先前已添加了編碼號，故在進(jìn)行入庫時無需再對族文件的類型進(jìn)行甄別，只需直接根據(jù)三級編碼字段保存至對應(yīng)文件夾即可。本研究共建立了包含11 900個族的Revit族庫及包含850個構(gòu)件CATIA構(gòu)件庫，且在未來工作中會根據(jù)項(xiàng)目的需求進(jìn)行族的更新。同時搭建了B/S架構(gòu)下Web端的“上海建工BIM構(gòu)件庫共享平臺”，平臺包含族的分類與檢索、上傳和下載、審批與驗(yàn)證、分公司權(quán)限管理等功能，用戶可通過物資分類體系高效方便地進(jìn)行族的檢索。

1.5 預(yù)定義BIM軟件采購清單樣板

基于物資編碼體系的BIM族庫最終目的是可以在BIM模型中一鍵導(dǎo)出符合采購清單樣式的BOM表，所以還需對BIM軟件采購清單樣板進(jìn)行預(yù)定義。以Revit軟件為例，工程量清單在Revit中是以明細(xì)表的形式呈現(xiàn)，所以需對明細(xì)表中字段、過濾器、排序成組等統(tǒng)一范式進(jìn)行設(shè)置，使明細(xì)表規(guī)范化。下面以“鋼筋采購量明細(xì)表”為例，實(shí)現(xiàn)對明細(xì)表的預(yù)定義。

首先在明細(xì)表屬性欄中選擇“結(jié)構(gòu)鋼筋”，并按照采購清單中字段順序依次將“需求單位”“需求部門”“工程項(xiàng)目”“標(biāo)的編號”“標(biāo)的名稱”“鋼筋體積”“采購主數(shù)量”“預(yù)估單價(jià)”等字段添加至鋼筋明細(xì)表字段欄中。然后在“排序/成組”中，選擇排序方式從上至下依次為“標(biāo)的編號”“標(biāo)的名稱”“規(guī)格型號”。同時在“格式”中，對“鋼筋體積”等字段的單位和舍入位數(shù)等進(jìn)行定義。

最后在明細(xì)表界面會出現(xiàn)預(yù)定義后的鋼筋明細(xì)表。在建立BIM模型的同時，此明細(xì)表會同步更新，且格式與工程采購清單樣式完全一致，最終可直接導(dǎo)出Excel表進(jìn)行物資采購。

2 工程案例

浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)25號單元05-02地塊，總用地面積為134 715.10 m2，容積率為1.4，項(xiàng)目裝配式比例為100%，其中建筑單體預(yù)制率為40%，單體裝配率為60%。通過在本地塊2號樓項(xiàng)目中應(yīng)用基于物資編碼體系的裝配式BIM族庫，探究其工程價(jià)值。

2.1 建立項(xiàng)目裝配式參數(shù)化族

本項(xiàng)目裝配式構(gòu)件包含裝配式框架、裝配式剪力墻、預(yù)制夾心保溫外墻等。在對現(xiàn)有預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，選擇Revit軟件完成對各預(yù)制構(gòu)件參數(shù)化族的建立，各預(yù)制構(gòu)件參數(shù)化族設(shè)計(jì)完成后，保存為.rfa文件格式。本項(xiàng)目部分預(yù)制構(gòu)件參數(shù)化族模型如圖5所示。

圖5 項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件參數(shù)化族模型

2.2 預(yù)制構(gòu)件族的編碼與入庫

預(yù)制構(gòu)件族建立完成后，即可根據(jù)物資編碼體系和上文添加屬性的方式對各構(gòu)件進(jìn)行編碼屬性及屬性值的添加，以14HRB400鋼筋為例，“標(biāo)的編號”＝0103002000029，“規(guī)格型號”＝熱軋HRB400@14，“預(yù)估單價(jià)”＝4 790，“標(biāo)的名稱”＝螺紋鋼，“需求單位”＝上海建工五建集團(tuán)有限公司第八工程公司，“工程項(xiàng)目”＝浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)25號單元05-02地塊2號樓，等。圖6給出了本項(xiàng)目混凝土柱、6HRB400鋼筋、14HRB400鋼筋以及MU10萬能磚族的物資編碼屬性。

圖6 項(xiàng)目部分構(gòu)件物資編碼屬性

同時，在已有物資編碼族庫文件夾的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展本項(xiàng)目裝配式預(yù)制構(gòu)件族庫文件夾，用來存儲本項(xiàng)目的所有預(yù)制構(gòu)件族，以方便族的管理，如圖7所示。

圖7 項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件族庫

2.3 建立BIM模型，導(dǎo)出采購清單BOM表

在Revit軟件中導(dǎo)入各預(yù)制構(gòu)件族文件后，只需調(diào)整族參數(shù)即可得到所有預(yù)制構(gòu)件的模型，并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放置在相應(yīng)位置即可，圖8為本項(xiàng)目的PC標(biāo)準(zhǔn)層模型。

圖8 項(xiàng)目PC標(biāo)準(zhǔn)層模型

確認(rèn)PC模型無誤后，在項(xiàng)目采購清單預(yù)定義樣板的基礎(chǔ)上，可直接打開Revit軟件中的明細(xì)表查看各物資的清單明細(xì)。在明細(xì)表中，除“需求單位”“工程項(xiàng)目”等字段值是事先輸入外，“體積”“采購量”等均為BIM軟件自動計(jì)算，實(shí)現(xiàn)在模型完成的同時，可自動出量、自動出采購清單等目的，圖9為項(xiàng)目PC標(biāo)準(zhǔn)層鋼筋采購量明細(xì)表。

圖9 項(xiàng)目PC標(biāo)準(zhǔn)層鋼筋采購量明細(xì)表

最后，導(dǎo)出明細(xì)表為.txt格式，并復(fù)制文本到Excel表中，即可快速得到物資的采購清單BOM表，如圖10所示，此表無需修改即可直接用于物資采購。

圖10 物資采購清單BOM表

3 結(jié)語

本文首先提出了“一級大類+二級分類+三級分類+∑（特征項(xiàng)+特征值）”形式的建筑類物資編碼體系，同時通過Revit軟件、CATIA軟件等方式分別建立預(yù)制構(gòu)件模型，對高效、方便建立預(yù)制構(gòu)件族的方式進(jìn)行了探討，最后將建筑類物資編碼體系與BIM族庫相結(jié)合，依托浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了BIM模型的可一鍵導(dǎo)出符合上海建工電商公司物資采購清單樣式的BOM表進(jìn)行采購的功能?，F(xiàn)總結(jié)本研究對裝配式建筑全生命周期的優(yōu)勢如下：

1）設(shè)計(jì)階段。在設(shè)計(jì)階段，基于BIM參數(shù)化族的PC設(shè)計(jì)模式可以極大減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)建模工作量，同時各PC族中的規(guī)格、成本等物資信息有利于設(shè)計(jì)人員在滿足設(shè)計(jì)要求的同時，優(yōu)化其設(shè)計(jì)，降低生產(chǎn)成本。

2）招標(biāo)及采購階段。在招采階段，項(xiàng)目可以直接通過BIM模型導(dǎo)出的物料清單進(jìn)行招投標(biāo)及采購，省去了工作人員煩瑣的表單繪制時間，極大提高了項(xiàng)目采購效率，并且可以加快造價(jià)估算速度，提高造價(jià)估算精確度。同時，基于BIM模型的物料清單可以指導(dǎo)預(yù)制件生產(chǎn)廠家進(jìn)行鋼筋下料、預(yù)埋件安裝等工作，有效提高工廠生產(chǎn)效率。

3）施工階段。在施工階段，項(xiàng)目可將每個構(gòu)件的物資編碼信息制成二維碼或者RFID芯片植入預(yù)制構(gòu)件中，無論是運(yùn)輸、堆放還是吊裝狀態(tài)，項(xiàng)目人員都可以通過二維碼或者RFID射頻的形式獲取各PC構(gòu)件的物資信息，從而推動對現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件的信息化管理。

4）運(yùn)維階段。在運(yùn)維階段，運(yùn)維人員一般會將BIM模型導(dǎo)入運(yùn)維平臺中進(jìn)行可視化管理，在某些構(gòu)件需要維護(hù)或者更換的情況下，由于模型中各構(gòu)件已包含廠家、規(guī)格等物資編碼信息，運(yùn)維人員可直接聯(lián)系生產(chǎn)廠家或者直接根據(jù)物資編碼在采購平臺進(jìn)行采購，無需通過設(shè)計(jì)資料或施工資料查詢，極大方便了運(yùn)維人員的工作。