BIM視角 | BIM技術在PC預制構件工廠建設和運營中的應用

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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技術在建筑工業(yè)化PC預制構件工廠建設和運營中的必要性，通過PC預制構件工廠的信息化的BIM技術的應用經驗總結，得出必須以流程的標準化管理為基礎的原則。堅持以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，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)化的關系，信息化與工業(yè)化不是對立、排斥、取代的關系，而是并存、促進、互動的關系。有效的使用信息化的BIM技術和信息化的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技術在建筑工業(yè)化領域應用中未來某些發(fā)展的方向。

【關鍵詞】 信息化、BIM、建筑工業(yè)化、PC 預制構件工廠

引言

近年來國務院及全國各地方政府相繼出臺了一系列支持和鼓勵政策，引導推廣適合工業(yè)化生產的預制裝配式的建筑技術體系，加快發(fā)展建設工程的預制和裝配技術，提高建筑工業(yè)化技術集成水平。支持集設計、生產、施工于一體的工業(yè)化基地建設，開展工業(yè)化建筑示范試點。鼓勵混凝土預制構件生產企業(yè)提升預制裝配式構件、部件的生產能力和水平。不斷完善裝配式建筑產業(yè)鏈，提高技術集成水平。支持構配件生產企業(yè)擴大產能、改造技術、節(jié)能減排。鼓勵工業(yè)園區(qū)引入符合條件的構配件企業(yè)，優(yōu)化構配件生產供應布局，支持有條件的區(qū)縣和企業(yè)創(chuàng)建國家級住宅產業(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)建造模式轉向學習制造業(yè)工廠生產模式。制造業(yè)信息化將信息技術、自動化技術、現(xiàn)代管理技術與制造技術相結合，可以改善制造企業(yè)的經營、管理、產品開發(fā)和生產等各個環(huán)節(jié)。從而實現(xiàn)產品設計制造和企業(yè)管理的信息化、生產過程控制的智能化、制造裝備的數(shù)控化以及咨詢服務的網(wǎng)絡化，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)化的進程，對建筑工業(yè)化技術的推廣形成有效帶動作用，所以有必要將BIM技術在預制構件工廠建設和運營中有效的應用。

信息化的BIM技術在PC工廠建設方案確認前期的應用

PC預制構件工廠規(guī)劃布置原則是功能分區(qū)明確、合理、得當，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；建筑物布置應考慮當?shù)乜傮w景觀，與周邊環(huán)境相協(xié)調；便于利用當?shù)匾延械纳舷滤⒐╇?、通訊等基礎設施。

1.1建立場地和車間BIM建模

利用BIM技術進行平面布置工作，實現(xiàn)“所見所得”的視覺效果（如圖1和圖2），對于PC預制構件工廠建設來說，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，但是其真正的構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，但是對于結構復雜、體量大的PC預制構件工業(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技術提到的可視化是一種能夠廠房設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預制構件工廠外觀效果圖

圖2預制構件廠平面布置圖

1.2生產工藝布局方案建模

利用BIM可視化的特點，所有的方案調整都即時的呈現(xiàn)在計算機上，使得PC預制構件工廠實現(xiàn)功能分區(qū)明確、合理、得當，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、通道進行交通流線和人流模擬使產業(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；建筑物布置應考慮當?shù)乜傮w景觀，與周邊環(huán)境相協(xié)調；便于利用當?shù)匾延械纳舷滤?、供電、通訊等基礎設施。

圖3構件廠生產工藝布置模擬

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、復雜程度和時間。

沒有準確的信息做不出合理的優(yōu)化結果，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技術和設備的幫助。現(xiàn)代建筑物的復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)化工具提供了對復雜項目進行優(yōu)化的可能。

基于BIM的優(yōu)化可以做下面的工作：例如行車、異形構造區(qū)等在工廠隨處可見的功能崗位，這些內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的方式對這些內容的設計施工方案進行優(yōu)化，可以帶來顯著的工期和造價改進。

信息化的BIM技術在PC工廠建設基礎預埋及設備安裝中的應用

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

2.1施工關鍵點建模

在施工過程中，現(xiàn)場出現(xiàn)的錯誤不可避免，如果能夠將錯誤盡早發(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工廠建設過程中運用BIM專業(yè)軟件對復雜構件（如圖6）和復雜節(jié)點（圖7）如大難度吊裝、隱蔽工程等情況，使用BIM軟件進行圖形影像化的模擬，供設計深化交底和施工指導使用以達到增加復雜建筑系統(tǒng)的可施工性；提高施工生產效率；增加復雜建筑系統(tǒng)的安全性。

圖6鋼柱安裝示意

圖7吊裝模擬

2.2基礎預埋和設備安裝

與住宅和商業(yè)不同，PC預制構件工廠結構類型一般為鋼結構，PC預制構件工廠在設計過成功中更注重專業(yè)如鋼結構、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，并預先根據(jù)項目特點，進行多方深化設計。與此同時也注重下游環(huán)節(jié)的配件供應商，設計過程需模擬建造和設計過程對可能發(fā)生的碰撞和預留做提前處理（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)化對應于項目各施工階段的勞務、材料、設備等的需用量（如圖10），從而建立勞動力計劃、材料需求計劃和機械計劃等，在此基礎上形成項目成本計劃，其中材料需求計劃的準確性、及時性對于實現(xiàn)精細化成本管理和控制至關重要，它可通過5D模型自動提取需求計劃，并以此為依據(jù)指導采購，避免材料資源堆積和超支。

圖10工程量導出圖

信息化的BIM技術在PC工廠構件生產過程中的應用

3.1訂單到前期準備

運用BIM技術可對生產訂單進行管理，包括維護生產訂單，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行備料準備，反映現(xiàn)有庫存對生產訂單的保證情況，列示缺料明細，提醒管理人員及時跟蹤或催收所缺物料，不致發(fā)生生產訂單下達后卻因缺料而無法生產。當接洽訂單后生產規(guī)劃部根據(jù)產能規(guī)劃安排訂單處理方案；與此同時，預制構件工廠開始進行該項目的物料采購，生產計劃安排，成品堆場整理準備等工作實現(xiàn)信息化高效管理。

圖11訂單狀態(tài)圖

3.2BIM技術在預制件加工、生產中的運用

通過專業(yè)BIM軟件對項目建筑圖紙進行預制構件深化工作，在項目的全流程中，制作建筑、結構、機電等專業(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，從而減少認為操作次數(shù)和降低人為操作帶來的失誤、提高生產效率。

圖12數(shù)字化傳輸

圖13機械化加工

3.3BIM技術在生產規(guī)劃階段的運用

預制件生產車間的排產計劃表和堆放列表都是可視化的，生產管理人員根據(jù)深化設計的數(shù)據(jù)完成構件堆放與排產設計（圖14），其余相應部門都能同步看到排場計劃各個相應崗位根據(jù)排產計劃同時準備各項生產用數(shù)據(jù)資料（如標簽、堆放表、鋼筋加工單、紙質圖紙、技術資料等）提交給車間管理類人員準備生產。

圖14生產計劃

3.4BIM技術在預制構件運用

到現(xiàn)場的運用計劃將正確數(shù)量和類型規(guī)格的預制構件或部品件，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)與各個部門進行聯(lián)動，實現(xiàn)信息共享。現(xiàn)場項目部通過BIM平臺把項目現(xiàn)場的待安裝的預制構件需求反應給信息控制系統(tǒng)。以便管理人員能夠及時做好準備工作，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)，然后準時完成直接送達項目現(xiàn)場的任務。項目現(xiàn)場安裝時每一塊預制構件都有獨一無二的標簽代碼，信息控制系統(tǒng)會記錄每一塊預制件的運輸情況，提供關于物流進度的信息，并能馬上以虛擬化模型或表格的形式將內容可視化呈現(xiàn)物流情況，從而將數(shù)據(jù)在返回至倉庫和生產組進行下一個節(jié)拍的作業(yè)。

圖15可視化對方列表

信息化的BIM技術在PC工廠運營維護過程中的應用

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到50年以后，建筑物的造價和使用階段的總的維護費用這兩者之間的比例可以達到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濟效益。

圖16數(shù)字化運營維護

廠房的運營維護，包括廠房基礎圖紙、雨水、消防水管道等等。通過BIM模型可以查閱設備的信息（圖16），如使用期限、維護情況、所在位置和供應商情況等，能夠對壽命即將到期的設備進行預警，提醒運營商及時進行更換；也可準確定位虛擬建筑中相應的設備，并對設備是否正確運行提供信息。

小結  

信息化的BIM技術用于裝配式建筑預制構件工廠建設和運行過程中，從產品研發(fā)、訂單處理，到生產調度、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)字技術的應用，實現(xiàn)高效率、高質量；通過MES系統(tǒng)和柔性的生產線，降低人工數(shù)量實現(xiàn)產品多樣化生產；并通過人機協(xié)作，實現(xiàn)高效生產。

參考文獻  

[1]  趙亞軍 手持鋼框木模在裝配式鋼筋混凝土結構中的應用研究 住宅科技 2014,10

[2]  樊驊 信息化技術在PC建筑生產過程中的應用 住宅科技，2014，06

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

作者：趙亞軍

安徽建筑大學畢業(yè)，中級工程師?，F(xiàn)任寶業(yè)集團上海建筑工業(yè)化研究院工藝研究所所長，兼任寶業(yè)集團上海寶岳住宅工業(yè)有限公司副總經理；負責技術研發(fā)及生產管理。

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