基于BIM的預制構件采購過程研究

楊坤 張洋

0 引言

現場作業是建筑生產最顯著的特點之一,也是造成建筑業生產效率低下的重要原因。隨著技術的進步,制造業、航空航天業、造船業等先進的行業越來越多地利用機器設備來代替人工作業,而建筑業則因現場作業而導致無法大量應用機器設備。應用預制構件可在一定程度上彌補上述不足,預制構件生產可大規模應用機械設備,擴大現場作業面,提高工程質量,因此在不影響結構安全的情況下適當應用預制構件對建筑業生產效率的提高將大有裨益。

1 建筑構件生產的基本流程

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

2 傳統ETO構件生產過程存在的問題

1)裝配圖設計的準確性問題。裝配圖設計是一個勞動密集型的工作,需要反復編輯和更新圖紙,傳統的裝配圖設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之間的沖突被遺留到吊裝階段,就會給項目和構件生產商造成無法挽回的損失;2)構件預制的時間不充分。構件的生產廠一般都遠離項目,除了需要保證構件有充分的時間被設計和生產,還需要考慮運輸的時間,隨著經濟全球化趨勢的發展,為了降低構件采購的成本,國際采購將會越來越多,保證構件有充分的時間被設計、生產和運輸是預制構件得以廣泛應用的基本前提,而在傳統的建設模式下,裝配圖的設計、圖紙創建、沖突檢查都由人工來完成,不僅效率低、耗時長,而且無法有效應對變更,一旦發生變更就容易造成構件預制超期。

3 基于BIM的構件預制過程

1)更好地保證施工圖與裝配圖間的一致性。在建筑生產過程中,并非所有的設計內容都由建筑師和工程師來完成,對于一些專業性很強或者詳細程度很高的圖紙,往往是由承包商、分包商或構件預制單位來完成細部的設計工作,這類圖紙在業內被稱為裝配圖(Shop Drawing),分包商將細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的設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,會將信息反饋給構件預制單位或分包商。在傳統的建設模式下,構件預制單位拿到項目后首先需要人工將設計方提供的信息重新輸入來進行二次設計,而設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的建設模式下,分包商或構件預制單位會從建筑師或結構師那里繼承建筑模型或結構模型,他們只需將建筑或結構中的模型導入到他們自己的設計軟件中進行設計,在裝配圖設計完成后,可以將裝配模型與原來的建筑或結構模型導入到沖突檢查軟件中進行檢查,發現不一致后可以和設計人員一起分析不一致的原因,然后到各自的模型中進行更改,修改完成后再進行沖突檢查,直到沒有沖突為止。基于BIM的施工圖與裝配圖檢查過程是利用計算機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)保證構件的供貨時間。a.減少裝配圖設計時間。BIM可以根據設計的內容自動創建圖紙,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結束的時候開始圖紙的創建工作,減少了設計過程中反復編輯和更新圖紙的工作。即使設計的后期階段依然存在變更,BIM軟件也可以根據變更的內容迅速更新裝配圖,利用BIM進行設計時,裝配圖設計人員可以從施工圖設計人員提供的BIM模型中直接提取所需要的數據,這樣就減少了數據重復輸入所需要的時間。此外,裝配圖設計完成后,裝配圖設計人員可以將設計完成的裝配圖直接在BIM軟件中進行分析或導入專業的分析軟件進行分析,免去了數據在不同軟件中反復輸入所需要耗費的時間。b.減少構件制造的時間。BIM中的數據都是可運算的,可以直接被數控設備使用,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,包括和建設生產進度、產品生產系統的鏈接等,更加方便應用先進的設備進行生產。先進設備的應用將會提高構件生產的勞動生產率,減少構件生產的時間。c.減少構件安裝的時間。集成的BIM系統不僅有利于發現設計方案中存在的沖突,而且可以與施工活動進行關聯,利用4D模型系統檢查吊裝順序的合理性,提高構件安裝過程中各個分包單位的合作水平,解決傳統施工過程中的工作交接和工作面安排問題,提高工作流的穩定性和團隊合作的效率,減少項目團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計的時間,有研究表明,鋼結構構件分包商利用BIM的自動化圖紙創建與更新功能可以節省50%的設計時間。而另外一項針對混凝土預制構件的生產調查也表明,相比CAD設計,利用BIM的自動化圖紙創建與更新功能可以節省21%～60%的設計時間,詳細的數據統計見表1。通用汽車V6發動機廠房擴建項目也因為應用BIM進行構件預制使工期比傳統DBB模式縮短了近一半。

表1 利用BIM與CAD進行預制混凝土構件設計時所花費的時間比較

4 結語

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

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