基于BIM的預(yù)制構(gòu)件采購過程研究

楊坤 張洋

0 引言

現(xiàn)場作業(yè)是建筑生產(chǎn)最顯著的特點(diǎn)之一,也是造成建筑業(yè)生產(chǎn)效率低下的重要原因。隨著技術(shù)的進(jìn)步,制造業(yè)、航空航天業(yè)、造船業(yè)等先進(jìn)的行業(yè)越來越多地利用機(jī)器設(shè)備來代替人工作業(yè),而建筑業(yè)則因現(xiàn)場作業(yè)而導(dǎo)致無法大量應(yīng)用機(jī)器設(shè)備。應(yīng)用預(yù)制構(gòu)件可在一定程度上彌補(bǔ)上述不足,預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)可大規(guī)模應(yīng)用機(jī)械設(shè)備,擴(kuò)大現(xiàn)場作業(yè)面,提高工程質(zhì)量,因此在不影響結(jié)構(gòu)安全的情況下適當(dāng)應(yīng)用預(yù)制構(gòu)件對建筑業(yè)生產(chǎn)效率的提高將大有裨益。

1 建筑構(gòu)件生產(chǎn)的基本流程

建筑預(yù)制構(gòu)件按屬性可分為按庫存生產(chǎn)(Made-to-stock)的構(gòu)件、接訂單后生產(chǎn)(Made-to-order)的構(gòu)件和接單后設(shè)計(Engineering-to-order)的構(gòu)件,前兩種構(gòu)件的供應(yīng)商不直接參與建設(shè)活動,他們的供貨流程也不會因BIM應(yīng)用而發(fā)生改變。ETO構(gòu)件生產(chǎn)商在生產(chǎn)之前需要設(shè)計,他們通常都是項目的分包商,負(fù)責(zé)某一個系統(tǒng)的設(shè)計、制造、安裝,ETO構(gòu)件包括鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、預(yù)制混凝土構(gòu)件、幕墻系統(tǒng)等。因此,本文研究的預(yù)制構(gòu)件指的是第三類構(gòu)件——ETO構(gòu)件。ETO構(gòu)件生產(chǎn)與裝配過程由爭取項目、詳細(xì)設(shè)計、構(gòu)件制造與安裝三部分組成。構(gòu)件生產(chǎn)商首先會根據(jù)設(shè)計方提供的施工圖去進(jìn)行裝配圖的初步設(shè)計和成本核算,然后參加業(yè)主或總承包商的招標(biāo),如果投標(biāo)成功,構(gòu)件生產(chǎn)商會進(jìn)行裝配圖的細(xì)化并提交給設(shè)計方審核,審核的目的是為了檢查裝配圖是否符合設(shè)計意圖,并檢查裝配圖與其他系統(tǒng)是否沖突。如果發(fā)現(xiàn)問題,則需要構(gòu)件制造商進(jìn)行修改,如果審核無誤,則可以進(jìn)行構(gòu)件的制造與裝配,在構(gòu)件的裝配過程中,如果發(fā)現(xiàn)問題,可能還需要調(diào)整裝配圖,對構(gòu)件進(jìn)行修改。

2 傳統(tǒng)ETO構(gòu)件生產(chǎn)過程存在的問題

1)裝配圖設(shè)計的準(zhǔn)確性問題。裝配圖設(shè)計是一個勞動密集型的工作,需要反復(fù)編輯和更新圖紙,傳統(tǒng)的裝配圖設(shè)計和檢查都由人工完成,不僅耗時長,而且可靠性差,一旦裝配圖與其他系統(tǒng)之間的沖突被遺留到吊裝階段,就會給項目和構(gòu)件生產(chǎn)商造成無法挽回的損失;2)構(gòu)件預(yù)制的時間不充分。構(gòu)件的生產(chǎn)廠一般都遠(yuǎn)離項目,除了需要保證構(gòu)件有充分的時間被設(shè)計和生產(chǎn),還需要考慮運(yùn)輸?shù)臅r間,隨著經(jīng)濟(jì)全球化趨勢的發(fā)展,為了降低構(gòu)件采購的成本,國際采購將會越來越多,保證構(gòu)件有充分的時間被設(shè)計、生產(chǎn)和運(yùn)輸是預(yù)制構(gòu)件得以廣泛應(yīng)用的基本前提,而在傳統(tǒng)的建設(shè)模式下,裝配圖的設(shè)計、圖紙創(chuàng)建、沖突檢查都由人工來完成,不僅效率低、耗時長,而且無法有效應(yīng)對變更,一旦發(fā)生變更就容易造成構(gòu)件預(yù)制超期。

3 基于BIM的構(gòu)件預(yù)制過程

1)更好地保證施工圖與裝配圖間的一致性。在建筑生產(chǎn)過程中,并非所有的設(shè)計內(nèi)容都由建筑師和工程師來完成,對于一些專業(yè)性很強(qiáng)或者詳細(xì)程度很高的圖紙,往往是由承包商、分包商或構(gòu)件預(yù)制單位來完成細(xì)部的設(shè)計工作,這類圖紙在業(yè)內(nèi)被稱為裝配圖(Shop Drawing),分包商將細(xì)化完成的裝配圖反饋給建筑師和工程師審核,建筑師和工程師需要審核裝配圖所表達(dá)的設(shè)計意圖是否與原來的施工文件一致,建筑師或工程師在對裝配圖審核完成后,會將信息反饋給構(gòu)件預(yù)制單位或分包商。在傳統(tǒng)的建設(shè)模式下,構(gòu)件預(yù)制單位拿到項目后首先需要人工將設(shè)計方提供的信息重新輸入來進(jìn)行二次設(shè)計,而設(shè)計完成后的沖突檢查也是由人工來完成,這一過程可能因人為失誤造成施工圖與裝配圖不一致。在基于BIM的建設(shè)模式下,分包商或構(gòu)件預(yù)制單位會從建筑師或結(jié)構(gòu)師那里繼承建筑模型或結(jié)構(gòu)模型,他們只需將建筑或結(jié)構(gòu)中的模型導(dǎo)入到他們自己的設(shè)計軟件中進(jìn)行設(shè)計,在裝配圖設(shè)計完成后,可以將裝配模型與原來的建筑或結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到?jīng)_突檢查軟件中進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)不一致后可以和設(shè)計人員一起分析不一致的原因,然后到各自的模型中進(jìn)行更改,修改完成后再進(jìn)行沖突檢查,直到?jīng)]有沖突為止?；贐IM的施工圖與裝配圖檢查過程是利用計算機(jī)和智能化的軟件來完成原來需要人工完成的工作,不僅提高了檢查的速度,而且也保證了檢查過程更加客觀。

2)保證構(gòu)件的供貨時間。a.減少裝配圖設(shè)計時間。BIM可以根據(jù)設(shè)計的內(nèi)容自動創(chuàng)建圖紙,大大減少了裝配圖出圖的時間,這樣,裝配圖就可以在絕大部分變更都已經(jīng)結(jié)束的時候開始圖紙的創(chuàng)建工作,減少了設(shè)計過程中反復(fù)編輯和更新圖紙的工作。即使設(shè)計的后期階段依然存在變更,BIM軟件也可以根據(jù)變更的內(nèi)容迅速更新裝配圖,利用BIM進(jìn)行設(shè)計時,裝配圖設(shè)計人員可以從施工圖設(shè)計人員提供的BIM模型中直接提取所需要的數(shù)據(jù),這樣就減少了數(shù)據(jù)重復(fù)輸入所需要的時間。此外,裝配圖設(shè)計完成后,裝配圖設(shè)計人員可以將設(shè)計完成的裝配圖直接在BIM軟件中進(jìn)行分析或?qū)雽I(yè)的分析軟件進(jìn)行分析,免去了數(shù)據(jù)在不同軟件中反復(fù)輸入所需要耗費(fèi)的時間。b.減少構(gòu)件制造的時間。BIM中的數(shù)據(jù)都是可運(yùn)算的,可以直接被數(shù)控設(shè)備使用,和CAD不同的是,BIM除了提供建筑物的幾何信息外,它還可以提供用于制造過程管理的物流信息,包括和建設(shè)生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)的鏈接等,更加方便應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用將會提高構(gòu)件生產(chǎn)的勞動生產(chǎn)率,減少構(gòu)件生產(chǎn)的時間。c.減少構(gòu)件安裝的時間。集成的BIM系統(tǒng)不僅有利于發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中存在的沖突,而且可以與施工活動進(jìn)行關(guān)聯(lián),利用4D模型系統(tǒng)檢查吊裝順序的合理性,提高構(gòu)件安裝過程中各個分包單位的合作水平,解決傳統(tǒng)施工過程中的工作交接和工作面安排問題,提高工作流的穩(wěn)定性和團(tuán)隊合作的效率,減少項目團(tuán)隊成員之間工作交接的時間。

BIM的上述功能可以極大地減少裝配圖設(shè)計的時間,有研究表明,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件分包商利用BIM的自動化圖紙創(chuàng)建與更新功能可以節(jié)省50%的設(shè)計時間。而另外一項針對混凝土預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)調(diào)查也表明,相比CAD設(shè)計,利用BIM的自動化圖紙創(chuàng)建與更新功能可以節(jié)省21%～60%的設(shè)計時間,詳細(xì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。通用汽車V6發(fā)動機(jī)廠房擴(kuò)建項目也因?yàn)閼?yīng)用BIM進(jìn)行構(gòu)件預(yù)制使工期比傳統(tǒng)DBB模式縮短了近一半。

表1 利用BIM與CAD進(jìn)行預(yù)制混凝土構(gòu)件設(shè)計時所花費(fèi)的時間比較

4 結(jié)語

BIM的應(yīng)用為緩解傳統(tǒng)建設(shè)模式下構(gòu)件預(yù)制問題提供了契機(jī),使建設(shè)過程大量使用預(yù)制構(gòu)件成為可能,但BIM只能從技術(shù)方面解決構(gòu)件預(yù)制過程中的問題,而無法解決管理與建設(shè)體制問題。如果讓構(gòu)件的預(yù)制單位能及早地參與到項目設(shè)計活動,不僅可以盡早地了解項目信息,為裝配圖的設(shè)計做準(zhǔn)備,而且也可為構(gòu)件的預(yù)制贏得更充分的時間,而這些不是BIM本身所能解決的,需要項目建設(shè)方式的轉(zhuǎn)變。

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