基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計與制造協(xié)同應用研究

文｜中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司 朱瑞添；用友建筑云服務有限公司 王超；中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司 王耀

1.引言

當前中國建筑行業(yè)正處于由低端粗放式管理向高端精細化管理轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，建筑工業(yè)化是轉(zhuǎn)型目標。建筑設(shè)計標準化、預制構(gòu)配件制造工廠化和各階段多方協(xié)同管理信息化是實現(xiàn)建筑工業(yè)化的基本途徑。建筑工業(yè)化中的裝配式建筑區(qū)別于傳統(tǒng)濕作業(yè)的施工模式，是以預制構(gòu)件工廠制造和現(xiàn)場拼裝的方式來完成主體結(jié)構(gòu)及裝修工程的施工，裝配式建筑的工程進度和工程質(zhì)量管控點由現(xiàn)場階段向設(shè)計階段和制造階段前移，所以，提升PC（Precast Concrete，混凝土預制件的英文縮寫）構(gòu)件制造階段與上游協(xié)同工作銜接順暢度是裝配式建筑目前精細化管理的核心。伴隨信息技術(shù)的普及、BIM技術(shù)的發(fā)展，裝配式建筑設(shè)計與制造分離的工作模式正被基于BIM技術(shù)的設(shè)計制造協(xié)同模式取代。

2.BIM技術(shù)在裝配式建筑中發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀

按照筆者的了解，目前國內(nèi)裝配式建筑設(shè)計階段采用BIM設(shè)計方式占70%以上，直接通過BIM出圖指導制造約占25%，將BIM技術(shù)與MES、ERP相結(jié)合進行裝配式建筑全生命周期管控約占15%。BIM技術(shù)在項目中的應用主要以崗位級工具為主。

2.2 國外現(xiàn)狀

根據(jù)McGraw Hill調(diào)研，2013年美國的工程施工企業(yè)BIM技術(shù)的應用比例答復提高。

調(diào)研年份 2007年 2009年 2012年BIM技術(shù)在建筑施工企業(yè)的應用比例 28% 49% 71%

3.BIM在裝配式建筑實施應用的必要性

裝配式建筑項目實施的主要階段有設(shè)計、采購、制造、裝配，其中采購和制造主要發(fā)生在PC構(gòu)件工廠。項目按階段遞進實施，各階段作業(yè)人員和工作模式均有較大差異，當前階段對前置階段的數(shù)據(jù)依賴較大。制造階段與上游設(shè)計階段之間存在較為緊密的協(xié)作關(guān)系。制造階段與上游之間容易出現(xiàn)信息孤島，實際制造情況經(jīng)常與設(shè)計需求和項目進度脫節(jié)，并拖延項目整體工期。BIM技術(shù)的開放性和擴展性的特點可以指導自動化制造，BIM的可視化特點可以輔助形象生產(chǎn)進度管理，工廠也可以利用BIM可計算的技術(shù)優(yōu)勢提前輸出主輔材采購量，按設(shè)計進度完成采購清單的自動填報，提高工作效率。

表1 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑工作模式與傳統(tǒng)裝配式建筑工作模式對比表

4.BIM技術(shù)在裝配式建筑協(xié)同工作中的應用研究

4.1 裝配式建筑設(shè)計階段與制造階段的工作內(nèi)容研究

（1）設(shè)計階段與制造階段工作內(nèi)容

圖1 裝配式建筑項目設(shè)計階段與制造階段的工作內(nèi)容

圖2 基于BIM技術(shù)的設(shè)計數(shù)據(jù)向制造階段傳遞流程

圖3 設(shè)計BIM的五大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

裝配式建筑設(shè)計階段主要包含方案設(shè)計和施工圖設(shè)計，最終成果主要為指導工廠制造和現(xiàn)場裝配的施工圖紙。工廠基于施工圖紙深化出制造圖、模具圖，并編制材料采購清單和制造計劃，依據(jù)制造圖完成鋼筋下料，根據(jù)制造計劃編制排產(chǎn)任務單，車間班組對照制造圖和任務單完成PC構(gòu)件制造。

（2）設(shè)計階段與制造階段工作協(xié)同關(guān)鍵點

設(shè)計與制造協(xié)同工作可以將設(shè)計數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)化為制造數(shù)據(jù)，提高制造效率。設(shè)計階段與制造階段工作協(xié)同的關(guān)鍵點是依靠設(shè)計數(shù)據(jù)準確、高效地向制造階段傳遞。

設(shè)計階段選擇BIM軟件完成設(shè)計工作，基于BIM自身模塊化數(shù)據(jù)規(guī)則直接進行拆分，快速轉(zhuǎn)換成制造階段所需要的各類數(shù)據(jù)，通過云共享平臺與工廠ERP系統(tǒng)對接，為制造階段提供最準確的數(shù)據(jù)保障。

4.2 基于BIM技術(shù)的設(shè)計與制造協(xié)同工作應用研究

（1）PC構(gòu)件制造圖編制

設(shè)計方基于BIM技術(shù)完成部分設(shè)計工作后，通過BIM云平臺共享的方式向PC工廠傳遞。設(shè)計方和工廠方共享一套BIM模型，隨時設(shè)計、隨時傳遞。工廠利用自動化拆分工具軟件將BIM模型拆解為單棟、樓層、區(qū)域，直至最終拆解成以構(gòu)件為單元的BIM模型。BIM單元模型按圖紙模板參數(shù)輸出制造圖，同時為后續(xù)排產(chǎn)任務單、制造計劃、鋼筋下料和形象進度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）材料采購清單生成

設(shè)計方依照設(shè)計節(jié)點進行結(jié)構(gòu)、機電、粗裝修和精裝修設(shè)計，按進度向PC工廠分步提供BIM模型。PC工廠從BIM模型中直接提取材料列表進行主材和輔材的集中分批采購。通常設(shè)計變更會影響前期材料需求變化，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)不同版本之間的模型數(shù)據(jù)自動快速對比，針對新的版本提供材料變化清單，以保證PC工廠在變更發(fā)生的第一時間修改材料采購計劃。

（3）鋼筋加工應用

設(shè)計BIM數(shù)據(jù)導入鋼筋下料程序，在滿足規(guī)范和工藝要求前提下對設(shè)計BIM進行優(yōu)化，調(diào)整鋼筋下料工序優(yōu)化分配，優(yōu)化配筋，實現(xiàn)材料高效利用。利用BIM云共享平臺向工位和數(shù)控系統(tǒng)推送加工料單，并為每種鋼筋匹配唯一的條形碼。車間工人通過與數(shù)控機床建立通信鏈接的手持掃描機掃描條形碼，向數(shù)控機床分配鋼筋加工工作。

（4）排產(chǎn)任務單生成

圖4 鋼筋加工清單

圖5 排產(chǎn)任務單樣例

圖6 基于BIM技術(shù)的設(shè)計進度與制造進度對照圖

設(shè)計BIM作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入，依次向系統(tǒng)導入制造計劃和資源模板。將設(shè)計BIM與制造計劃和資源模板整合集成，生成以構(gòu)件類型為第一維度的制造任務列表數(shù)據(jù)，列表中數(shù)據(jù)列依次為構(gòu)件類型（墻、梁、板、柱）、構(gòu)件編號、構(gòu)件名稱、圖紙編號、合同編號、項目名稱、出廠時間、樓層、部位、尺寸、材質(zhì)、鋼筋規(guī)格。系統(tǒng)依據(jù)排產(chǎn)參數(shù)、結(jié)構(gòu)列表數(shù)據(jù)和制造變更計劃進行制造計劃編制，確定每一根構(gòu)件的具體制造日期和完工時間節(jié)點，經(jīng)過人工校核最終形成排產(chǎn)任務單，最終將數(shù)據(jù)推送至車間班組人員的移動設(shè)備。

（5）基于BIM技術(shù)的形象進度應用

BIM云共享平臺將BIM模型與多套進度計劃掛接，利用BIM模型形象化展示設(shè)計進度和制造進度，將當前設(shè)計進度、制造進度與項目總進度計劃對比，輸出進度狀態(tài)數(shù)據(jù)。設(shè)計方和制造方可共同協(xié)作調(diào)整各自工作資源的投入，以滿足項目的整體實施進度目標。

5.結(jié)語

基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計可以為PC構(gòu)件制作加工傳遞高效準確的數(shù)據(jù)，BIM數(shù)據(jù)可以針對各參與方的作業(yè)崗位需求進行相應的轉(zhuǎn)換傳遞，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計階段與制造階段的工作協(xié)同是未來裝配式建筑項目主要的工作模式。