基于BIM技術的裝配式建筑設計與制造協同應用研究

文｜中建海峽建設發展有限公司 朱瑞添；用友建筑云服務有限公司 王超；中建海峽建設發展有限公司 王耀

1.引言

當前中國建筑行業正處于由低端粗放式管理向高端精細化管理轉型的關鍵時期，建筑工業化是轉型目標。建筑設計標準化、預制構配件制造工廠化和各階段多方協同管理信息化是實現建筑工業化的基本途徑。建筑工業化中的裝配式建筑區別于傳統濕作業的施工模式，是以預制構件工廠制造和現場拼裝的方式來完成主體結構及裝修工程的施工，裝配式建筑的工程進度和工程質量管控點由現場階段向設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）構件制造階段與上游協同工作銜接順暢度是裝配式建筑目前精細化管理的核心。伴隨信息技術的普及、BIM技術的發展，裝配式建筑設計與制造分離的工作模式正被基于BIM技術的設計制造協同模式取代。

2.BIM技術在裝配式建筑中發展現狀

2.1 國內現狀

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

2.2 國外現狀

根據McGraw Hill調研，2013年美國的工程施工企業BIM技術的應用比例答復提高。

調研年份 2007年 2009年 2012年BIM技術在建筑施工企業的應用比例 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計、采購、制造、裝配，其中采購和制造主要發生在PC構件工廠。項目按階段遞進實施，各階段作業人員和工作模式均有較大差異，當前階段對前置階段的數據依賴較大。制造階段與上游設計階段之間存在較為緊密的協作關系。制造階段與上游之間容易出現信息孤島，實際制造情況經常與設計需求和項目進度脫節，并拖延項目整體工期。BIM技術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進度管理，工廠也可以利用BIM可計算的技術優勢提前輸出主輔材采購量，按設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技術的裝配式建筑工作模式與傳統裝配式建筑工作模式對比表

4.BIM技術在裝配式建筑協同工作中的應用研究

4.1 裝配式建筑設計階段與制造階段的工作內容研究

（1）設計階段與制造階段工作內容

圖1 裝配式建筑項目設計階段與制造階段的工作內容

圖2 基于BIM技術的設計數據向制造階段傳遞流程

圖3 設計BIM的五大數據轉換

裝配式建筑設計階段主要包含方案設計和施工圖設計，最終成果主要為指導工廠制造和現場裝配的施工圖紙。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，依據制造圖完成鋼筋下料，根據制造計劃編制排產任務單，車間班組對照制造圖和任務單完成PC構件制造。

（2）設計階段與制造階段工作協同關鍵點

設計與制造協同工作可以將設計數據快速轉化為制造數據，提高制造效率。設計階段與制造階段工作協同的關鍵點是依靠設計數據準確、高效地向制造階段傳遞。

設計階段選擇BIM軟件完成設計工作，基于BIM自身模塊化數據規則直接進行拆分，快速轉換成制造階段所需要的各類數據，通過云共享平臺與工廠ERP系統對接，為制造階段提供最準確的數據保障。

4.2 基于BIM技術的設計與制造協同工作應用研究

（1）PC構件制造圖編制

設計方基于BIM技術完成部分設計工作后，通過BIM云平臺共享的方式向PC工廠傳遞。設計方和工廠方共享一套BIM模型，隨時設計、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、區域，直至最終拆解成以構件為單元的BIM模型。BIM單元模型按圖紙模板參數輸出制造圖，同時為后續排產任務單、制造計劃、鋼筋下料和形象進度提供基礎數據。

（2）材料采購清單生成

設計方依照設計節點進行結構、機電、粗裝修和精裝修設計，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。通常設計變更會影響前期材料需求變化，BIM技術可以實現不同版本之間的模型數據自動快速對比，針對新的版本提供材料變化清單，以保證PC工廠在變更發生的第一時間修改材料采購計劃。

（3）鋼筋加工應用

設計BIM數據導入鋼筋下料程序，在滿足規范和工藝要求前提下對設計BIM進行優化，調整鋼筋下料工序優化分配，優化配筋，實現材料高效利用。利用BIM云共享平臺向工位和數控系統推送加工料單，并為每種鋼筋匹配唯一的條形碼。車間工人通過與數控機床建立通信鏈接的手持掃描機掃描條形碼，向數控機床分配鋼筋加工工作。

（4）排產任務單生成

圖4 鋼筋加工清單

圖5 排產任務單樣例

圖6 基于BIM技術的設計進度與制造進度對照圖

設計BIM作為系統數據輸入，依次向系統導入制造計劃和資源模板。將設計BIM與制造計劃和資源模板整合集成，生成以構件類型為第一維度的制造任務列表數據，列表中數據列依次為構件類型（墻、梁、板、柱）、構件編號、構件名稱、圖紙編號、合同編號、項目名稱、出廠時間、樓層、部位、尺寸、材質、鋼筋規格。系統依據排產參數、結構列表數據和制造變更計劃進行制造計劃編制，確定每一根構件的具體制造日期和完工時間節點，經過人工校核最終形成排產任務單，最終將數據推送至車間班組人員的移動設備。

（5）基于BIM技術的形象進度應用

BIM云共享平臺將BIM模型與多套進度計劃掛接，利用BIM模型形象化展示設計進度和制造進度，將當前設計進度、制造進度與項目總進度計劃對比，輸出進度狀態數據。設計方和制造方可共同協作調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.結語

基于BIM技術的裝配式建筑設計可以為PC構件制作加工傳遞高效準確的數據，BIM數據可以針對各參與方的作業崗位需求進行相應的轉換傳遞，基于數據驅動設計階段與制造階段的工作協同是未來裝配式建筑項目主要的工作模式。