基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)

葉劍梅

（廣州城建職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510925）

計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）是集成信息技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)代化制造技術(shù)，是傳統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新整合，在制造行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。隨著裝配式建筑的發(fā)展，建筑行業(yè)朝著信息化智能化和工業(yè)化的方向發(fā)展。將CIMS應(yīng)用于裝配式建筑施工中，可以優(yōu)化BIM技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)新發(fā)展路徑。

1 BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)概述

1.1 CIMS相關(guān)概述

CIMS的組成主要包括機構(gòu)或人、經(jīng)營管理、技術(shù)三要素，三要素關(guān)聯(lián)制約解決生產(chǎn)經(jīng)營中存在的問題。CIMS主要包含管理信息系統(tǒng)、工程設(shè)計自動化系統(tǒng)、制造自動化系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)、計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等系統(tǒng)，支撐BIM技術(shù)在裝配式建筑中的廣泛應(yīng)用，并取得顯著成效。

1.2 可行性研究

裝配式建筑具有制造業(yè)、傳統(tǒng)建筑業(yè)的特征，適用于工業(yè)化的建造方式。裝配式建筑的主要特點為離散型建造、密集型產(chǎn)業(yè)、協(xié)同工作難度大等。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑實體的數(shù)字化描述、信息共享，優(yōu)化管理環(huán)境，提供信息技術(shù)的支持，滿足裝配式建筑的需求，具有較高的可行性。

1.3 必要性研究

現(xiàn)代化建筑的發(fā)展對裝配式建筑提出更高的要求，在傳統(tǒng)裝配式體系中，不斷優(yōu)化管理環(huán)境，提高設(shè)計精度，建設(shè)更加合理的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用BIM技術(shù)代替人工進行操作，可以實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)施工的自動化和智能化，降低誤差，實現(xiàn)現(xiàn)代化建筑的需求。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑建造的優(yōu)勢

2.1 有利于模擬施工提升效率

BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑的設(shè)計和施工中具有許多優(yōu)勢，可以模擬施工，提高施工效率。在傳統(tǒng)的裝配式建筑施工中，受技術(shù)和部門合作的限制，需要依靠大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行；在工程項目的仿真試驗中，存在實際應(yīng)用價值和可行性低的問題。應(yīng)用BIM技術(shù)可以通過建立模型完成三維仿真測試，保證數(shù)據(jù)本身的全面性和可靠性。

2.2 有利于碰撞設(shè)計優(yōu)化設(shè)計

管道施工是裝配式建筑工程施工中的重要組成部分，可以保證工程后期的應(yīng)用功能。在管道的實際施工中，涉及大量線路、區(qū)域和路徑，很容易發(fā)生碰撞。碰撞是管道工程建設(shè)中常見的問題，容易導(dǎo)致工程維修和停工，為工程埋下質(zhì)量安全隱患。應(yīng)用BIM技術(shù)可以得到有效減少管道碰撞問題，因為BIM技術(shù)可以有效地測試碰撞問題，根據(jù)結(jié)果優(yōu)化管道設(shè)計，有效地提高施工質(zhì)量。

2.3 有利于可視觀察減少誤差

傳統(tǒng)建筑工程裝配施工借助平面設(shè)計完成設(shè)計工作，業(yè)務(wù)設(shè)計量較大、周期較長、錯誤率較大。施工周期較長時，容易加劇工程的整體成本，不利于企業(yè)的經(jīng)濟效益。應(yīng)用BIM技術(shù)可以觀察到實際效果，結(jié)合實際效果對工程設(shè)計進行優(yōu)化和改進，將工程設(shè)計的誤差降到最低。在目視觀察過程中，可以為工程后期相關(guān)預(yù)制件的生產(chǎn)安裝提供數(shù)據(jù)，保證后續(xù)工程施工的準確性。

3 BIM-CIMS研究

3.1 總體設(shè)計

基于BIM完善建筑管理體系，引進CIMS，構(gòu)建BIMCIMS，從總體角度出發(fā)，充分考慮設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、現(xiàn)場裝配等構(gòu)件，將其作為設(shè)計重點，優(yōu)化整體系統(tǒng)的設(shè)計。總控制系統(tǒng)主要包括建筑設(shè)計、預(yù)制生產(chǎn)、質(zhì)量控制、物資保障、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。確保BIM-CIMS系統(tǒng)在裝配式建筑中充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，實現(xiàn)建筑集成的目的，加強設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運輸?shù)囊惑w化建設(shè)，做好工程的管理工作，提高裝配式建筑的質(zhì)量。

BIM技術(shù)在裝配式建筑中的主要應(yīng)用如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的主要應(yīng)用

3.2 子系統(tǒng)設(shè)計

（1）信息共享。

信息共享可以解決工程中的信息弊端，裝配式建筑中的各部門均可以利用系統(tǒng)獲得自己需要的信息，實現(xiàn)信息的共享。在BIM平臺中，建筑、機電、裝修等不同部門共享各自的信息，利用軟件技術(shù)控制相關(guān)的參數(shù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)的表達形式。在技術(shù)的支持下構(gòu)建完善同步的數(shù)據(jù)管理機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)得及時更新和傳遞，有效應(yīng)用方案變更、協(xié)同設(shè)計的需求，提高工程設(shè)計施工的效率，保障設(shè)計質(zhì)量，可以實現(xiàn)BIM技術(shù)在設(shè)計生產(chǎn)施工運維各階段中的有效合作。

（2）技術(shù)集成。

BIM平臺借助CIMS實現(xiàn)各專業(yè)軟件技術(shù)的集成，保留軟件的開放性，BIM技術(shù)還能夠與其他技術(shù)結(jié)合進行虛擬仿真、質(zhì)量監(jiān)管等方面的工作，為裝配式工程提供全面的技術(shù)支持。

（3）管理協(xié)同。

BIM平臺能夠同時支持不同部門不同階段的協(xié)同設(shè)計工作，進行數(shù)據(jù)共享，完善裝配式建筑的施工方案，及時更新BIM平臺中的數(shù)據(jù)信息。監(jiān)管人員借助平臺能夠?qū)崿F(xiàn)管理協(xié)同，進行多個部門的有效監(jiān)管，了解不同階段的各項工作內(nèi)容，實時更新相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，了解工程的具體情況，根據(jù)要求優(yōu)化工程的監(jiān)管計劃，做好項目進度控制工作，將監(jiān)管工作貫穿于工程的整個生命周期中，提高管理效率，保障BIM平臺的穩(wěn)定運行。

4 裝配式建筑基于BIM集成建造系統(tǒng)的構(gòu)成

4.1 建筑設(shè)計系統(tǒng)

建筑系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)基于BIM族庫的標準化以及模數(shù)化進行設(shè)計，充分發(fā)揮三維數(shù)字技術(shù)的表達優(yōu)勢，將建筑項目功能特性以及設(shè)施實體利用數(shù)字化的方式呈現(xiàn)。利用Revit軟件建立BIM模型，對建筑設(shè)計系統(tǒng)進行有效構(gòu)建，可以在系統(tǒng)應(yīng)用過程中保證結(jié)構(gòu)、機電、土建、設(shè)備等專業(yè)的統(tǒng)一性，根據(jù)統(tǒng)一的基點、軸網(wǎng)、坐標系、命名規(guī)則、深度以及時間節(jié)點在BIM設(shè)計軟件中搭建模型，促進建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的標準性，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。建筑設(shè)計系統(tǒng)可以對裝配式構(gòu)件進行分類、編碼，對構(gòu)件信息進行及時輸入以及定義。構(gòu)件編碼與構(gòu)件間存在映射關(guān)系，編碼以及構(gòu)件可以形成對應(yīng)關(guān)系。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)利用BIM族庫的標準化以及模數(shù)化設(shè)計，充分發(fā)揮三維數(shù)字技術(shù)的表達優(yōu)勢，將建筑項目功能特性以及設(shè)施實體進行數(shù)字化表現(xiàn)，利用Revit軟件建立相關(guān)的模型。利用BIM模型可以建立建筑設(shè)計系統(tǒng)集成梁、樓板、墻體、樓梯等構(gòu)件，在系統(tǒng)內(nèi)對構(gòu)件名稱、材料、坐標系、幾何信息等參數(shù)進行準確輸入，根據(jù)裝配式建筑的實際要求，對相應(yīng)參數(shù)進行及時調(diào)整，自動化更新構(gòu)件參數(shù)，形成新的BIM模型，提高設(shè)計圖紙修改效率，保證設(shè)計圖紙的精準性。

4.2 預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)

預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)的主要功能是管理構(gòu)件生產(chǎn)全生命周期，可以對裝配式構(gòu)件進行分類編碼，輸入和定義構(gòu)件信息。利用設(shè)計圖紙可以開展梁族、板族、柱族、預(yù)留件族、附加構(gòu)件族等裝配式構(gòu)件族庫的開發(fā)作業(yè)。圖庫中可以包含所有構(gòu)件節(jié)點族，在應(yīng)用過程中點擊節(jié)點能夠出現(xiàn)相關(guān)屬性信息對話框，有利于工作人員根據(jù)裝配式建筑的實際要求對相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)進行調(diào)整，構(gòu)件族可以根據(jù)調(diào)整后的參數(shù)變化進行自動更新。構(gòu)件庫應(yīng)用過程中，可以提取構(gòu)件三維幾何、物理以及屬性信息，根據(jù)裝配式建筑的建造要求制定構(gòu)件生產(chǎn)計劃。制定構(gòu)件生產(chǎn)計劃的過程中，可以掌握構(gòu)件生產(chǎn)信息，如生產(chǎn)工序、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)材料以及生產(chǎn)進度等。在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)建3D化的生產(chǎn)過程模型，根據(jù)制定的生產(chǎn)計劃對3D模型進行劃分，編制相應(yīng)的擴展數(shù)據(jù)接口，將3D模型中各個生產(chǎn)階段輸入相應(yīng)的進度計劃中，以生產(chǎn)進度為基礎(chǔ)形成4D信息模型。4D信息模型包含構(gòu)建的三維幾何信息材料信息以及生產(chǎn)進度信息，對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)起管理作用。

4.3 質(zhì)量控制系統(tǒng)

在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中，材料的性能、加工生產(chǎn)方法、工藝流程以及生產(chǎn)進度均可能對預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致構(gòu)件生產(chǎn)以及設(shè)計出現(xiàn)偏差。為了保證建筑構(gòu)件的生產(chǎn)精度，必須加強建筑構(gòu)件全過程生產(chǎn)質(zhì)量控制工作。在開展質(zhì)量管理的過程中，必須實現(xiàn)質(zhì)量標準量化、質(zhì)量分析、質(zhì)量評定等工作。在利用4D生產(chǎn)過程管理模型的基礎(chǔ)上，充分采用ANSYS平臺對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)全過程進行仿真分析，對一些關(guān)鍵節(jié)點的生產(chǎn)可以進行多試點動態(tài)模擬，以此為基礎(chǔ)結(jié)合有線源仿真分析數(shù)據(jù)以及實際采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)完成對比分析作業(yè)，制定有效的生產(chǎn)階段質(zhì)量控制標準和質(zhì)量控制目標，實現(xiàn)質(zhì)量評定量化標準功能，對預(yù)制構(gòu)件進行全過程動態(tài)化的質(zhì)量控制目標，確保預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量。

4.4 物流保障系統(tǒng)

物流保障系統(tǒng)是對預(yù)制構(gòu)件存儲、運輸以及到場信息進行跟蹤管理的主要系統(tǒng)。在應(yīng)用過程中，可以與工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行連接，利用RFID芯片集成構(gòu)件的信息編碼，方便在跟蹤管理過程中讀取和查詢編碼映射的屬性信息。在運輸工具上植入RFID芯片可以對運輸半徑進行準確計算，達到控制運輸成本、提高構(gòu)件運輸速度的目的。將構(gòu)件的到場信息以及裝備使用信息錄入RFID芯片中，提高信息查詢的準確性以及全面性。利用射頻掃描儀器對構(gòu)件電子標簽進行及時識別，根據(jù)識別到的信息提取預(yù)制構(gòu)件存儲、運輸、進場以及使用情況，方便對預(yù)制構(gòu)件的應(yīng)用情況進行精準預(yù)測。與實際情況存在偏差時，根據(jù)裝配式建筑的施工進度進行合理調(diào)整，防止出現(xiàn)窩工以及構(gòu)件堆積的情況。物流保障系統(tǒng)能夠有效減少二次搬運，避免出現(xiàn)人力以及物力浪費，有利于對建造成本進行合理控制。

5 結(jié)語

BIM和CIMS的集成建設(shè)為裝配式建筑提供完善的信息系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)能夠改善傳統(tǒng)的施工管理，加強設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、施工等各個部門環(huán)節(jié)的有效溝通，共享信息。利用信息技術(shù)能夠優(yōu)化各階段的工作內(nèi)容，提高設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、吊裝施工的精度，滿足業(yè)主需求，促進裝配式建筑的可持續(xù)發(fā)展。