BIM視角 | BIM技術(shù)在PC預(yù)制構(gòu)件工廠建設(shè)和運營中的應(yīng)用

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來源：寶業(yè)上海建筑工業(yè)化 作者：趙亞軍

【摘要】本文闡述了信息化的BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化PC預(yù)制構(gòu)件工廠建設(shè)和運營中的必要性，通過PC預(yù)制構(gòu)件工廠的信息化的BIM技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗總結(jié)，得出必須以流程的標(biāo)準(zhǔn)化管理為基礎(chǔ)的原則。堅持以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，新型工業(yè)化中的一個重要問題就是處理好信息化與工業(yè)化的關(guān)系，信息化與工業(yè)化不是對立、排斥、取代的關(guān)系，而是并存、促進(jìn)、互動的關(guān)系。有效的使用信息化的BIM技術(shù)和信息化的BIM管理，解決現(xiàn)階段存在的問題及待突破的瓶頸，確定信息化的BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化領(lǐng)域應(yīng)用中未來某些發(fā)展的方向。

【關(guān)鍵詞】 信息化、BIM、建筑工業(yè)化、PC 預(yù)制構(gòu)件工廠

引言

近年來國務(wù)院及全國各地方政府相繼出臺了一系列支持和鼓勵政策，引導(dǎo)推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)制裝配式的建筑技術(shù)體系，加快發(fā)展建設(shè)工程的預(yù)制和裝配技術(shù)，提高建筑工業(yè)化技術(shù)集成水平。支持集設(shè)計、生產(chǎn)、施工于一體的工業(yè)化基地建設(shè)，開展工業(yè)化建筑示范試點。鼓勵混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)提升預(yù)制裝配式構(gòu)件、部件的生產(chǎn)能力和水平。不斷完善裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈，提高技術(shù)集成水平。支持構(gòu)配件生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)能、改造技術(shù)、節(jié)能減排。鼓勵工業(yè)園區(qū)引入符合條件的構(gòu)配件企業(yè)，優(yōu)化構(gòu)配件生產(chǎn)供應(yīng)布局，支持有條件的區(qū)縣和企業(yè)創(chuàng)建國家級住宅產(chǎn)業(yè)化基地。

建筑工業(yè)化正是將傳統(tǒng)建筑業(yè)的濕作業(yè)建造模式轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)制造業(yè)工廠生產(chǎn)模式。制造業(yè)信息化將信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，可以改善制造企業(yè)的經(jīng)營、管理、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)。從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造和企業(yè)管理的信息化、生產(chǎn)過程控制的智能化、制造裝備的數(shù)控化以及咨詢服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，全面提升建筑企業(yè)的競爭力。為了更有力地推動建筑工業(yè)化的進(jìn)程，對建筑工業(yè)化技術(shù)的推廣形成有效帶動作用，所以有必要將BIM技術(shù)在預(yù)制構(gòu)件工廠建設(shè)和運營中有效的應(yīng)用。

信息化的BIM技術(shù)在PC工廠建設(shè)方案確認(rèn)前期的應(yīng)用

PC預(yù)制構(gòu)件工廠規(guī)劃布置原則是功能分區(qū)明確、合理、得當(dāng)，布局緊湊，節(jié)約用地，管理維修方便，留有一定發(fā)展余地；與外界保持良好的交通和運輸聯(lián)系，出入口和內(nèi)部道路符合人流與車流的集散要求，各運動流線保持順暢、短捷；建筑物布置應(yīng)考慮當(dāng)?shù)乜傮w景觀，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)；便于利用當(dāng)?shù)匾延械纳舷滤?、供電、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施。

1.1建立場地和車間BIM建模

利用BIM技術(shù)進(jìn)行平面布置工作，實現(xiàn)“所見所得”的視覺效果（如圖1和圖2），對于PC預(yù)制構(gòu)件工廠建設(shè)來說，作用是非常大的，例如日常拿到的施工圖紙，只是各個建筑功能件的信息在圖紙上的采用線條繪制表達(dá)，但是其真正的構(gòu)造形式就需要人去自行想象了。

對于一般簡單的東西來說，這種想象也未嘗不可，但是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體量大的PC預(yù)制構(gòu)件工業(yè)廠房BIM提供了可視化的思路，讓人們將以往的線條式的構(gòu)件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前；BIM技術(shù)提到的可視化是一種能夠廠房設(shè)備之間形成互動性和反饋性的可視，在BIM建筑信息模型中，由于整個過程都是可視化的，所以可視化的結(jié)果不僅可以用來效果圖的展示及報表的生成，更重要的是，項目設(shè)計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行從而實現(xiàn)現(xiàn)場平面布置合理、高效的場地布置。

圖1預(yù)制構(gòu)件工廠外觀效果圖

圖2預(yù)制構(gòu)件廠平面布置圖

1.2生產(chǎn)工藝布局方案建模

利用BIM可視化的特點，所有的方案調(diào)整都即時的呈現(xiàn)在計算機(jī)上，使得PC預(yù)制構(gòu)件工廠實現(xiàn)功能分區(qū)明確、合理、得當(dāng)，布局緊湊，節(jié)約用地，管理維修方便，留有一定發(fā)展余地（如圖3）；

并利用信息化軟件pathfinder（如圖4）對各個主入口、通道進(jìn)行交通流線和人流模擬使產(chǎn)業(yè)基地與外界保持良好的交通和運輸聯(lián)系，出入口和內(nèi)部道路符合人流與車流的集散要求，各運動流線保持順暢、短捷；建筑物布置應(yīng)考慮當(dāng)?shù)乜傮w景觀，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)；便于利用當(dāng)?shù)匾延械纳舷滤?、供電、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施。

圖3構(gòu)件廠生產(chǎn)工藝布置模擬

圖4疏散模擬

1.3優(yōu)化施工規(guī)劃

圖5優(yōu)化后的施工方案

通過參照工程進(jìn)度計劃，可以形象直觀地模擬各個階段的現(xiàn)場作業(yè)情況從而實現(xiàn)優(yōu)化-執(zhí)行-在優(yōu)化的循環(huán)；事實上整個設(shè)計、施工、運營的過程就是一個不斷優(yōu)化的過程（如圖5）。這種優(yōu)化受三樣因素的制約：信息、復(fù)雜程度和時間。

沒有準(zhǔn)確的信息做不出合理的優(yōu)化結(jié)果，BIM模型提供了建筑物的實際存在的信息，包括幾何信息、物理信息、規(guī)則信息，還提供了建筑物變化以后的實際存在。復(fù)雜程度高到一定程度，參與人員本身的能力無法掌握所有的信息，必須借助一定的科學(xué)技術(shù)和設(shè)備的幫助。現(xiàn)代建筑物的復(fù)雜程度大多超過參與人員本身的能力極限，BIM及與其配套的各種優(yōu)化工具提供了對復(fù)雜項目進(jìn)行優(yōu)化的可能。

基于BIM的優(yōu)化可以做下面的工作：例如行車、異形構(gòu)造區(qū)等在工廠隨處可見的功能崗位，這些內(nèi)容看起來占整個建筑的比例不大，但是占投資和工作量的比例卻往往要大得多、重要得多，而且通常也是施工難度比較大和施工問題比較多的地方，運用BIM的方式對這些內(nèi)容的設(shè)計施工方案進(jìn)行優(yōu)化，可以帶來顯著的工期和造價改進(jìn)。

信息化的BIM技術(shù)在PC工廠建設(shè)基礎(chǔ)預(yù)埋及設(shè)備安裝中的應(yīng)用

充分利用原有生產(chǎn)設(shè)備和試驗檢測儀器，新增部分?jǐn)?shù)控、高效設(shè)備，提高工藝水平，根據(jù)工藝要求選用適用的生產(chǎn)設(shè)備。在滿足構(gòu)件加工工藝、精度和生產(chǎn)工藝等要求的前提下，綜合考慮設(shè)備的性能價格比，以減少投資和降低成本。工藝設(shè)備設(shè)計重視節(jié)能和環(huán)保，均選用國家推薦的節(jié)能型產(chǎn)品，具備高效優(yōu)質(zhì)的特點。

2.1施工關(guān)鍵點建模

在施工過程中，現(xiàn)場出現(xiàn)的錯誤不可避免，如果能夠?qū)㈠e誤盡早發(fā)現(xiàn)并整改，對減少返工、降低成本具有非常大的意義和價值。在PC工廠建設(shè)過程中運用BIM專業(yè)軟件對復(fù)雜構(gòu)件（如圖6）和復(fù)雜節(jié)點（圖7）如大難度吊裝、隱蔽工程等情況，使用BIM軟件進(jìn)行圖形影像化的模擬，供設(shè)計深化交底和施工指導(dǎo)使用以達(dá)到增加復(fù)雜建筑系統(tǒng)的可施工性；提高施工生產(chǎn)效率；增加復(fù)雜建筑系統(tǒng)的安全性。

圖6鋼柱安裝示意

圖7吊裝模擬

2.2基礎(chǔ)預(yù)埋和設(shè)備安裝

與住宅和商業(yè)不同，PC預(yù)制構(gòu)件工廠結(jié)構(gòu)類型一般為鋼結(jié)構(gòu)，PC預(yù)制構(gòu)件工廠在設(shè)計過成功中更注重專業(yè)如鋼結(jié)構(gòu)、電路、管線綜合等專業(yè)提前協(xié)作，各專業(yè)相互制約又互為條件，并預(yù)先根據(jù)項目特點，進(jìn)行多方深化設(shè)計。與此同時也注重下游環(huán)節(jié)的配件供應(yīng)商，設(shè)計過程需模擬建造和設(shè)計過程對可能發(fā)生的碰撞和預(yù)留做提前處理（如圖8和圖9）。

圖8、9泰科拉軟件節(jié)點模型圖

2.3成本預(yù)算（工程量統(tǒng)計）和物料采購

通過該BIM模型，計算、模擬和優(yōu)化對應(yīng)于項目各施工階段的勞務(wù)、材料、設(shè)備等的需用量（如圖10），從而建立勞動力計劃、材料需求計劃和機(jī)械計劃等，在此基礎(chǔ)上形成項目成本計劃，其中材料需求計劃的準(zhǔn)確性、及時性對于實現(xiàn)精細(xì)化成本管理和控制至關(guān)重要，它可通過5D模型自動提取需求計劃，并以此為依據(jù)指導(dǎo)采購，避免材料資源堆積和超支。

圖10工程量導(dǎo)出圖

信息化的BIM技術(shù)在PC工廠構(gòu)件生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

3.1訂單到前期準(zhǔn)備

運用BIM技術(shù)可對生產(chǎn)訂單進(jìn)行管理，包括維護(hù)生產(chǎn)訂單，顯示訂單列表（如圖11）?？梢园凑詹煌唵?、物料以及車間對不同的物料進(jìn)行備料準(zhǔn)備，反映現(xiàn)有庫存對生產(chǎn)訂單的保證情況，列示缺料明細(xì)，提醒管理人員及時跟蹤或催收所缺物料，不致發(fā)生生產(chǎn)訂單下達(dá)后卻因缺料而無法生產(chǎn)。當(dāng)接洽訂單后生產(chǎn)規(guī)劃部根據(jù)產(chǎn)能規(guī)劃安排訂單處理方案；與此同時，預(yù)制構(gòu)件工廠開始進(jìn)行該項目的物料采購，生產(chǎn)計劃安排，成品堆場整理準(zhǔn)備等工作實現(xiàn)信息化高效管理。

圖11訂單狀態(tài)圖

3.2BIM技術(shù)在預(yù)制件加工、生產(chǎn)中的運用

通過專業(yè)BIM軟件對項目建筑圖紙進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件深化工作，在項目的全流程中，制作建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)能夠在同一平臺上工作，減少不同專業(yè)間的交叉工作。與此同時軟件完成的深化圖紙以數(shù)據(jù)的形式傳輸?shù)杰囬gMES系統(tǒng)中，從而減少認(rèn)為操作次數(shù)和降低人為操作帶來的失誤、提高生產(chǎn)效率。

圖12數(shù)字化傳輸

圖13機(jī)械化加工

3.3BIM技術(shù)在生產(chǎn)規(guī)劃階段的運用

預(yù)制件生產(chǎn)車間的排產(chǎn)計劃表和堆放列表都是可視化的，生產(chǎn)管理人員根據(jù)深化設(shè)計的數(shù)據(jù)完成構(gòu)件堆放與排產(chǎn)設(shè)計（圖14），其余相應(yīng)部門都能同步看到排場計劃各個相應(yīng)崗位根據(jù)排產(chǎn)計劃同時準(zhǔn)備各項生產(chǎn)用數(shù)據(jù)資料（如標(biāo)簽、堆放表、鋼筋加工單、紙質(zhì)圖紙、技術(shù)資料等）提交給車間管理類人員準(zhǔn)備生產(chǎn)。

圖14生產(chǎn)計劃

3.4BIM技術(shù)在預(yù)制構(gòu)件運用

到現(xiàn)場的運用計劃將正確數(shù)量和類型規(guī)格的預(yù)制構(gòu)件或部品件，直接運送到項目工地現(xiàn)場。要實現(xiàn)這一點，就需要信息控制系統(tǒng)與各個部門進(jìn)行聯(lián)動，實現(xiàn)信息共享?，F(xiàn)場項目部通過BIM平臺把項目現(xiàn)場的待安裝的預(yù)制構(gòu)件需求反應(yīng)給信息控制系統(tǒng)。以便管理人員能夠及時做好準(zhǔn)備工作，了解自己的庫存能力，并且實時反映到系統(tǒng)中，提前完成堆放等作業(yè)，然后準(zhǔn)時完成直接送達(dá)項目現(xiàn)場的任務(wù)。項目現(xiàn)場安裝時每一塊預(yù)制構(gòu)件都有獨一無二的標(biāo)簽代碼，信息控制系統(tǒng)會記錄每一塊預(yù)制件的運輸情況，提供關(guān)于物流進(jìn)度的信息，并能馬上以虛擬化模型或表格的形式將內(nèi)容可視化呈現(xiàn)物流情況，從而將數(shù)據(jù)在返回至倉庫和生產(chǎn)組進(jìn)行下一個節(jié)拍的作業(yè)。

圖15可視化對方列表

信息化的BIM技術(shù)在PC工廠運營維護(hù)過程中的應(yīng)用

一幢建筑建筑物在其生命周期的費用消耗中，約80%的部分是發(fā)生在其使用階段，在平均建筑物的使用年限達(dá)到7年以后，這些使用階段發(fā)生的費用就會超過該建筑物最初的建筑安裝的造價，然后，這些費用總額就以一種不均勻的抬高比例增長，在一幢建筑物的使用年限達(dá)到50年以后，建筑物的造價和使用階段的總的維護(hù)費用這兩者之間的比例可以達(dá)到1︰9。因此，專業(yè)數(shù)字化的BIM運維管理將會給業(yè)主和運營商帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖16數(shù)字化運營維護(hù)

廠房的運營維護(hù)，包括廠房基礎(chǔ)圖紙、雨水、消防水管道等等。通過BIM模型可以查閱設(shè)備的信息（圖16），如使用期限、維護(hù)情況、所在位置和供應(yīng)商情況等，能夠?qū)勖磳⒌狡诘脑O(shè)備進(jìn)行預(yù)警，提醒運營商及時進(jìn)行更換；也可準(zhǔn)確定位虛擬建筑中相應(yīng)的設(shè)備，并對設(shè)備是否正確運行提供信息。

小結(jié)  

信息化的BIM技術(shù)用于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件工廠建設(shè)和運行過程中，從產(chǎn)品研發(fā)、訂單處理，到生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)采集，通過多個信息系統(tǒng)的無縫集成實現(xiàn)閉環(huán)；通過數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量；通過MES系統(tǒng)和柔性的生產(chǎn)線，降低人工數(shù)量實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化生產(chǎn)；并通過人機(jī)協(xié)作，實現(xiàn)高效生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)  

[1]  趙亞軍 手持鋼框木模在裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究 住宅科技 2014,10

[2]  樊驊 信息化技術(shù)在PC建筑生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 住宅科技，2014，06

[3]  樊驊. 裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)體系技術(shù)研究[J]. 住宅科技，2010，30（12）：27-33

作者：趙亞軍

安徽建筑大學(xué)畢業(yè)，中級工程師?，F(xiàn)任寶業(yè)集團(tuán)上海建筑工業(yè)化研究院工藝研究所所長，兼任寶業(yè)集團(tuán)上海寶岳住宅工業(yè)有限公司副總經(jīng)理；負(fù)責(zé)技術(shù)研發(fā)及生產(chǎn)管理。

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