基于裝配式BIM生產(chǎn)協(xié)同管理平臺的探索

張宗軍，趙寶軍，王 瓊，陸 菁

(廣東海龍建筑科技有限公司，廣東 珠海 519110)

1 概述

建筑行業(yè)生產(chǎn)方式粗放，科技含量偏低，技術(shù)創(chuàng)新滯后，導(dǎo)致傳統(tǒng)建筑業(yè)生產(chǎn)效率普遍較低。近些年建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)升級，建筑工業(yè)化成為勢在必行的選擇，通過建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、部品生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場施工裝配化、結(jié)構(gòu)裝修一體化和建造過程信息化，五化一體方式，完成生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。在裝配式產(chǎn)品生產(chǎn)端，應(yīng)重點通過產(chǎn)業(yè)數(shù)字化推動新舊動能轉(zhuǎn)換、加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

目前國內(nèi)“大中難”項目基本都運用BIM技術(shù)，但大多數(shù)BIM技術(shù)應(yīng)用都停留在碰撞檢查、結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋、凈高分析、機電管綜深化、園區(qū)管網(wǎng)綜合深化、裝飾深化、BIM施工模擬、場地模擬、復(fù)雜方案模型等。

結(jié)合建筑業(yè)發(fā)展趨勢，國內(nèi)很多企業(yè)開始研究并探索由工廠端，打通設(shè)計和生產(chǎn)的數(shù)據(jù)流，并且通過BIM數(shù)字孿生將上游數(shù)據(jù)向下移交到施工環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全過程追蹤，提升作業(yè)效率，裝配式BIM協(xié)同管理平臺在此背景下應(yīng)運而生。

裝配式BIM協(xié)同管理平臺是基于BIM模型對項目生產(chǎn)信息集成管理，為不同業(yè)務(wù)部門、各層級管理提供實時的生產(chǎn)管理信息，從而實現(xiàn)生產(chǎn)的協(xié)同管理，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時，生產(chǎn)完的信息可以以數(shù)字化的方式傳送至運輸、施工、運維等各個階段，實現(xiàn)項目全生命周期的管理[1]。

2 系統(tǒng)建設(shè)思路

當(dāng)前我國裝配式建筑未能從傳統(tǒng)建筑粗獷的生產(chǎn)模式升級為精細(xì)化的一體化的生產(chǎn)模式，因此為了實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、物流、施工、運營等環(huán)節(jié)全流程的有效管理，需要建立信息化平臺。

設(shè)計階段：可視化概念設(shè)計、BIM全專業(yè)協(xié)同設(shè)計、BIM深化設(shè)計。

生產(chǎn)階段：數(shù)據(jù)中臺將BIM成果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將生產(chǎn)信息用于工廠化生產(chǎn)，并結(jié)合生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化管理、精細(xì)化管理。

施工階段：施工節(jié)點模擬，建造過程模擬，同步結(jié)合智慧工地系統(tǒng)，實現(xiàn)人、機、料、法、環(huán)、測的物聯(lián)管理。

運維階段：項目整體交付后，通過運維系統(tǒng)，集中做好硬件設(shè)備、空間、隱蔽工程、應(yīng)急、節(jié)能減排及數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理。

新型的裝配式建造模式仍然存在諸多問題，具體表現(xiàn)在：1)設(shè)計端：設(shè)計出圖效率低，圖紙質(zhì)量不穩(wěn)定；2)工廠生產(chǎn)計劃管理：項目管理信息收集的工作量大、效率低、不及時，沒有形成能指導(dǎo)管理的指標(biāo)體系；3)工廠生產(chǎn)過程管理：現(xiàn)場勞動力投入大，缺少科學(xué)的記錄，不能精準(zhǔn)掌握工廠生產(chǎn)效率；4)工廠產(chǎn)品質(zhì)量管理：質(zhì)量跟蹤難，記錄資料不完善，后期總結(jié)困難；5)車間庫存管理：倉管信息統(tǒng)計不及時，單據(jù)錄入工作量大，倉儲場地規(guī)劃利用緊張；6)預(yù)制三維復(fù)雜構(gòu)件在工業(yè)化生產(chǎn)中問題突出。

3 項目概況

紅蓮園住宅小區(qū)項目位于安徽省合肥市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)耕耘路與蓮花路交匯處東北側(cè)，建設(shè)用地面積為13 849 m2，總建筑面積39萬m2，采用裝配式整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制裝配率50%，裝配式實施面積23萬m2。

住宅單體設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)化戶型模塊，實現(xiàn)套型預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，共使用預(yù)制構(gòu)件5.9萬片，總方量4.68萬m3。

本工程系統(tǒng)應(yīng)用邏輯是基于BIM線條，將BIM設(shè)計成果數(shù)據(jù)(靜態(tài)數(shù)據(jù)：圖紙、模型、初始構(gòu)件信息)，通過數(shù)據(jù)中臺(輕量化、數(shù)據(jù)整理+存儲+發(fā)布)將解析整理的靜態(tài)數(shù)據(jù)傳遞給mes系統(tǒng)，mes系統(tǒng)在生產(chǎn)管理過程中不斷添加生產(chǎn)信息，豐富動態(tài)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)有效管理提供支持。

前段設(shè)計上使用BIM技術(shù)進行裝配式建筑深化設(shè)計，借助插件實現(xiàn)傻瓜式建模、構(gòu)件智能編碼、構(gòu)件一鍵出圖、一鍵生成明細(xì)表、BOM表。

生產(chǎn)上實現(xiàn)了項目信息共享，信息唯一且準(zhǔn)確，模型圖紙資料一件分享，溝通無障礙；構(gòu)件模型自動關(guān)聯(lián)圖紙，屬性清晰可查、一件一碼；生產(chǎn)要素全過程記錄，操作可追溯，在隱蔽驗收、成品檢查、出入庫等重要環(huán)節(jié)做好管控；強大報表功能，減輕從業(yè)者工作量，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；生產(chǎn)管理便利 PC+移動端；企業(yè)管理數(shù)據(jù)積累為后期AL智能升級做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，更先進數(shù)字化項目管理、構(gòu)件管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)信息管理等，真正意義實現(xiàn)由設(shè)計到生產(chǎn)的全鏈條打通，極大提升管理和生產(chǎn)效率，PC端和移動端均可查看輕量化模型、模型構(gòu)件、構(gòu)件信息、對應(yīng)圖紙，見圖1，生產(chǎn)中延用設(shè)計一件一碼嚴(yán)格把關(guān)生產(chǎn)工序及檢驗流程，在線協(xié)同各生產(chǎn)業(yè)務(wù)部門統(tǒng)一基于一套數(shù)據(jù)記錄和操作，實現(xiàn)從班組長、施工員、生產(chǎn)主管、成品管理員、成品主管、物料管理員、質(zhì)檢員、項目經(jīng)理、公司領(lǐng)導(dǎo)、資料員等所有業(yè)務(wù)相關(guān)者的全員協(xié)同。

4 裝配式BIM生產(chǎn)協(xié)同管理平臺介紹

裝配式BIM生產(chǎn)協(xié)同管理平臺主要由兩部分構(gòu)成，分別為：

1)數(shù)據(jù)中臺：設(shè)計成果存儲、模型等數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)整理與數(shù)據(jù)發(fā)布、輕量化展示、圖模等關(guān)系對照，承接設(shè)計成果并轉(zhuǎn)換為MES可用的數(shù)據(jù)，同時賦予MES三維可視化的能力。MES通過POST/GET/PUT/ DELET 等方法可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的各種操作。數(shù)據(jù)中臺提供多個維度的API(三維可視化、模型數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)、自定義數(shù)據(jù)、物項數(shù)據(jù)、 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)等 API);MES按需提取建筑數(shù)據(jù)，便于二次開發(fā)和上層應(yīng)用快速搭建;涵蓋所有已組織的建筑數(shù)據(jù)。

2)MES系統(tǒng)：MES系統(tǒng)同步數(shù)據(jù)中臺中的項目信息，將構(gòu)件信息一鍵獲取，所得到的構(gòu)件均有唯一的身份信息及生產(chǎn)對應(yīng)二維碼，在現(xiàn)場操作時，針對構(gòu)件的生產(chǎn)情況，通過手機端掃碼錄入產(chǎn)品相應(yīng)的狀態(tài)信息，包括隱蔽驗收、成品檢查、入庫、發(fā)貨等，均可以通過掃碼實現(xiàn)相應(yīng)的功能。它把生產(chǎn)從計劃、領(lǐng)料、排產(chǎn)、質(zhì)檢、出貨等所有過程形成一個規(guī)范化的制度流程，既可以排除失誤等人為因素的干擾，同時也可以讓程序自動完成數(shù)據(jù)的整理提取，減少煩瑣的重復(fù)性工作，見圖2。

a.項目創(chuàng)建：新建基礎(chǔ)項目信息，項目名稱、項目編號、項目負(fù)責(zé)人及客戶信息等。

b.構(gòu)件創(chuàng)建：MES新建項目后數(shù)據(jù)中臺同步創(chuàng)建項目，在中臺模型及圖紙模塊上傳設(shè)計成果，MES通過接口一鍵同步設(shè)計成果信息，獲取模型、圖紙、圖模關(guān)聯(lián)關(guān)系及模型數(shù)據(jù)；現(xiàn)場施工操作的時候可以隨時用手機打開圖紙或者模型查看制作構(gòu)件的相關(guān)信息，并且信息支持一鍵分享，能及時的傳播信息，提升溝通效率。

c.物料統(tǒng)計：依據(jù)模型信息獲取出構(gòu)件80%的物料信息，剩下的輔材通過指標(biāo)信息指導(dǎo)，自動推算出預(yù)計需要的物料量，統(tǒng)一統(tǒng)計匯總成項目總的物料信息表，供生產(chǎn)管理者領(lǐng)料參考。

d.項目計劃：月計劃、周計劃、日計劃三級生產(chǎn)計劃管理，且為層層遞進關(guān)系，便于垂直生產(chǎn)任務(wù)安排和管理，由項目經(jīng)理統(tǒng)籌總計劃，施工員按需安排周計劃及日計劃。

e.工序檢查：可以針對設(shè)定的隱蔽工程檢查/成品檢查項進行檢查，并支持文字輸入、圖片上傳功能、視頻上傳功能。在生產(chǎn)現(xiàn)場用手機端記錄檢查結(jié)果，電腦端自動同步，可以自動生成對應(yīng)的質(zhì)量控制檢查表。檢查項及檢查表可以根據(jù)需要進行定制。前一道工序未驗收合格無法進行下一道工序，質(zhì)量驗收不合格無法入庫和發(fā)貨。

f.承包商信息管理：因構(gòu)件工藝不同，項目會存在多家××承包商做同一個項目，不同承包商做不同的工作內(nèi)容，為了區(qū)分各承包商的工作范圍，通過每個構(gòu)件產(chǎn)品記錄的方式，清晰記錄承包商信息幫助生產(chǎn)者追溯問題，當(dāng)遇到產(chǎn)品問題時能快速響應(yīng)，找到對應(yīng)承包商解決問題。

g.報表管理：系統(tǒng)自動匯總出所需報表，方便進行各項統(tǒng)計工作，同時滿足導(dǎo)出質(zhì)檢、出入庫、合格證等標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)表格信息。

h.車輛運輸管理:運輸公司、運輸車、運輸車司機，通過在系統(tǒng)記錄的方式，當(dāng)車輛載貨發(fā)往地盤時，系統(tǒng)能清楚記錄，××運輸公司的××運輸車××人負(fù)責(zé)××?xí)r間運送的××構(gòu)件，做到運輸信息全過程記錄。

i.看板進度管理功能：直觀顯示項目進度情況，便于精準(zhǔn)把握生產(chǎn)、庫存、發(fā)貨情況。方便直接管理者掌握項目情況，方便生產(chǎn)人員后續(xù)工作安排。

j.客戶收貨可反饋：客戶收貨后，對于產(chǎn)品的任何意見，可以通過客戶端掃碼進行文字反饋和圖片上傳。

k.效率分析：管理人員可查看系統(tǒng)使用效率、質(zhì)量良品率，綜合分析員工及生產(chǎn)線績效，可以有針對性的提升生產(chǎn)管理效率。

5 系統(tǒng)效益

裝配式BIM協(xié)同管理平臺通過線上管理，在可視化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時更新、產(chǎn)品一件一碼、保證各業(yè)務(wù)部門信息唯一且同步，系統(tǒng)中所有構(gòu)件都能查看對應(yīng)的構(gòu)件模型及構(gòu)件深化圖紙，實現(xiàn)車間無紙化，減少辦公耗材的同時，避免出現(xiàn)各部門之間由于信息不對稱而造成的成本上升[2-4]。

據(jù)統(tǒng)計，中建海龍建筑科技有限公司自采用平臺管理以后，從未出現(xiàn)構(gòu)件超量制作，找不到構(gòu)件等常見管理錯誤，節(jié)約了20%的日常運營及人工成本。

此外，還極大的減輕人員工作量，尤其是報表輸出環(huán)節(jié)，原先需要幾天甚至一周的報表梳理工作，目前可以做到實時導(dǎo)出，輸出報表信息實時且準(zhǔn)確，能極好的滿足生產(chǎn)管理需求。

另一方面，在整個生產(chǎn)過程中，所有操作在系統(tǒng)上均有記錄備份，操作人、時間、工序、質(zhì)檢情況等，包括質(zhì)檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題，可以通過影像記錄、文字記錄的方式進行，負(fù)責(zé)人可以很清楚問題在哪并進行問題跟蹤，處理情況的跟蹤反饋，產(chǎn)品交付后一旦出現(xiàn)問題，可以很明確地定位到具體責(zé)任人，避免出現(xiàn)工程項目中常見的互相推諉的情況。

最后，當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)積累到一定量的時候，管理者可以依據(jù)系統(tǒng)沉淀的項目數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)中創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)庫、指標(biāo)庫及創(chuàng)建更多的BIM應(yīng)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)抽取和多維度分析展示，可對公司未來業(yè)務(wù)發(fā)展提供預(yù)測參考數(shù)據(jù)，輔助公司領(lǐng)導(dǎo)做管理決策，隨著時間推移，形成寶貴的企業(yè)數(shù)據(jù)積累。

6 系統(tǒng)延伸

6.1 延伸至智慧工廠

BIM設(shè)計，將設(shè)計成果數(shù)字化；裝配式BIM協(xié)同管理平臺，將生產(chǎn)信息線上化；5G，超高速度、超低延時來實現(xiàn)信息的隨時隨地傳送；物聯(lián)網(wǎng)，將人與物數(shù)據(jù)聯(lián)動；自動化設(shè)備，滿足生產(chǎn)工業(yè)化，減少人工作業(yè)；AI人工智能算法，運用機器學(xué)習(xí)讓機器更懂人，工作更高效。

以上，是實現(xiàn)智能工廠，自動化生產(chǎn)，系統(tǒng)延伸的重要應(yīng)用之一。

6.2 延伸至產(chǎn)品運輸

裝配式BIM協(xié)同管理平臺已知曉所有構(gòu)件生產(chǎn)信息，當(dāng)構(gòu)件完成生產(chǎn)所有階段，安排裝車及發(fā)貨，系統(tǒng)記錄發(fā)貨車輛信息并綁定GPS，就能實時捕獲運輸車信息。

以上，能滿足在系統(tǒng)中查看到車輛的運行速度(監(jiān)控超速行為)、車輛油耗(防止“偷油”行為)、實時定位(方便車輛的遠(yuǎn)程調(diào)度)、路線規(guī)劃(避開因擁堵或修路等原因造成的行駛障礙)等等功能，有效管控車隊行為，在確保產(chǎn)品準(zhǔn)時送達(dá)的同時，提升車隊運輸效率。

6.3 延伸至施工安裝及智慧工地

施工階段，通過BIM5D管理平臺將施工可視化，從構(gòu)件的安裝、現(xiàn)澆施工、工序穿插、可視化場布、設(shè)備信息、質(zhì)量安全、進度管理到物資計劃、施工工程量統(tǒng)計、施工交底都可以進行管控，立體管控項目施工；通過智慧工地系統(tǒng)，建立互聯(lián)協(xié)同，全面管控“人、機、料、法、環(huán)、測”，工地六大要素，實現(xiàn)施工階段的有效管控。

6.4 延伸至建筑運維

考慮到建筑產(chǎn)品壽命較長，最短也有三四十年，建筑運維周期長，通過BIM智慧運維管理平臺，基于可視化需對建筑空間、日常設(shè)備維護、突發(fā)事件應(yīng)急處理、環(huán)境管理、資產(chǎn)管理、能源管理、安防管理等，在運維階段，所有的信息都在此匯集及備份，所有信息有地可查，并在此基礎(chǔ)上能實現(xiàn)各線條的統(tǒng)一管理。

6.5 延伸與ERP、供應(yīng)鏈、財務(wù)等系統(tǒng)的打通

信息系統(tǒng)的集成，是結(jié)合企業(yè)資源、資源需求、財務(wù)需求等多方面需求綜合考慮，能實現(xiàn)公司內(nèi)部信息集中管理，減少信息及數(shù)據(jù)傳遞時間，全面改進流程效率，融合信息統(tǒng)一管理。

7 結(jié)語

裝配式BIM協(xié)同管理平臺的應(yīng)用，一方面，解決工廠日常管理問題，降本增效；另一方面，作為建筑產(chǎn)品生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)，對上承接設(shè)計成果，對下連接運輸、施工、運維，信息傳遞效率更高、項目統(tǒng)一管理更有序規(guī)范，可進一步提升勞動生產(chǎn)率。

以BIM作為信息流源頭，將設(shè)計信息數(shù)字化，利用信息化、數(shù)字化技術(shù)，實現(xiàn)建筑全生命周期，是行業(yè)推進建筑工業(yè)化數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略選擇。除此外，建筑信息技術(shù)在多方向可以無限延伸，例如，前面說到的智慧工廠、運輸管理、BIM5D、智慧工地、BIM運維、企業(yè)資源整合管理等。

以上在滿足企業(yè)實現(xiàn)精細(xì)化管理的同時，推動行業(yè)實現(xiàn)建筑工業(yè)化，值得全行業(yè)更深層研究。