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BIM视角 | BIM技术在PC预制构件工厂建设和运营中的应用

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作者:赵亚军来源:宝业上海建筑工业化网址:http://www.lcbim.com

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来源:宝业上海建筑工业化 作者:赵亚军


【摘要】本文阐述了信息化的BIM技术在建筑工业化PC预制构件工厂建设和运营中的必要性,通过PC预制构件工厂的信息化的BIM技术的应用经验总结,得出必须以流程的标准化管理为基础的原则。坚持以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,新型工业化中的一个重要问题就是处理好信息化与工业化的关系,信息化与工业化不是对立、排斥、取代的关系,而是并存、促进、互动的关系。有效的使用信息化的BIM技术和信息化的BIM管理,解决现阶段存在的问题及待突破的瓶颈,确定信息化的BIM技术在建筑工业化领域应用中未来某些发展的方向。

【关键词】 信息化、BIM、建筑工业化、PC 预制构件工厂

引言

近年来国务院及全国各地方政府相继出台了一系列支持和鼓励政策,引导推广适合工业化生产的预制装配式的建筑技术体系,加快发展建设工程的预制和装配技术,提高建筑工业化技术集成水平。支持集设计、生产、施工于一体的工业化基地建设,开展工业化建筑示范试点。鼓励混凝土预制构件生产企业提升预制装配式构件、部件的生产能力和水平。不断完善装配式建筑产业链,提高技术集成水平。支持构配件生产企业扩大产能、改造技术、节能减排。鼓励工业园区引入符合条件的构配件企业,优化构配件生产供应布局,支持有条件的区县和企业创建国家级住宅产业化基地。

建筑工业化正是将传统建筑业的湿作业建造模式转向学习制造业工厂生产模式。制造业信息化将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合,可以改善制造企业的经营、管理、产品开发和生产等各个环节。从而实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数控化以及咨询服务的网络化,全面提升建筑企业的竞争力。为了更有力地推动建筑工业化的进程,对建筑工业化技术的推广形成有效带动作用,所以有必要将BIM技术在预制构件工厂建设和运营中有效的应用。

信息化的BIM技术在PC工厂建设方案确认前期的应用

PC预制构件工厂规划布置原则是功能分区明确、合理、得当,布局紧凑,节约用地,管理维修方便,留有一定发展余地;与外界保持良好的交通和运输联系,出入口和内部道路符合人流与车流的集散要求,各运动流线保持顺畅、短捷;建筑物布置应考虑当地总体景观,与周边环境相协调;便于利用当地已有的上下水、供电、通讯等基础设施。

1.1建立场地和车间BIM建模

利用BIM技术进行平面布置工作,实现“所见所得”的视觉效果(如图1和图2),对于PC预制构件工厂建设来说,作用是非常大的,例如日常拿到的施工图纸,只是各个建筑功能件的信息在图纸上的采用线条绘制表达,但是其真正的构造形式就需要人去自行想象了。

对于一般简单的东西来说,这种想象也未尝不可,但是对于结构复杂、体量大的PC预制构件工业厂房BIM提供了可视化的思路,让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前;BIM技术提到的可视化是一种能够厂房设备之间形成互动性和反馈性的可视,在BIM建筑信息模型中,由于整个过程都是可视化的,所以可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成,更重要的是,项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行从而实现现场平面布置合理、高效的场地布置。

图1预制构件工厂外观效果图

图2预制构件厂平面布置图

1.2生产工艺布局方案建模

利用BIM可视化的特点,所有的方案调整都即时的呈现在计算机上,使得PC预制构件工厂实现功能分区明确、合理、得当,布局紧凑,节约用地,管理维修方便,留有一定发展余地(如图3);

并利用信息化软件pathfinder(如图4)对各个主入口、通道进行交通流线和人流模拟使产业基地与外界保持良好的交通和运输联系,出入口和内部道路符合人流与车流的集散要求,各运动流线保持顺畅、短捷;建筑物布置应考虑当地总体景观,与周边环境相协调;便于利用当地已有的上下水、供电、通讯等基础设施。

图3构件厂生产工艺布置模拟

图4疏散模拟

1.3优化施工规划

图5优化后的施工方案

通过参照工程进度计划,可以形象直观地模拟各个阶段的现场作业情况从而实现优化-执行-在优化的循环;事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程(如图5)。这种优化受三样因素的制约:信息、复杂程度和时间。

没有准确的信息做不出合理的优化结果,BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息,包括几何信息、物理信息、规则信息,还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度,参与人员本身的能力无法掌握所有的信息,必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限,BIM及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。

基于BIM的优化可以做下面的工作:例如行车、异形构造区等在工厂随处可见的功能岗位,这些内容看起来占整个建筑的比例不大,但是占投资和工作量的比例却往往要大得多、重要得多,而且通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方,运用BIM的方式对这些内容的设计施工方案进行优化,可以带来显著的工期和造价改进。

信息化的BIM技术在PC工厂建设基础预埋及设备安装中的应用

充分利用原有生产设备和试验检测仪器,新增部分数控、高效设备,提高工艺水平,根据工艺要求选用适用的生产设备。在满足构件加工工艺、精度和生产工艺等要求的前提下,综合考虑设备的性能价格比,以减少投资和降低成本。工艺设备设计重视节能和环保,均选用国家推荐的节能型产品,具备高效优质的特点。

2.1施工关键点建模

在施工过程中,现场出现的错误不可避免,如果能够将错误尽早发现并整改,对减少返工、降低成本具有非常大的意义和价值。在PC工厂建设过程中运用BIM专业软件对复杂构件(如图6)和复杂节点(图7)如大难度吊装、隐蔽工程等情况,使用BIM软件进行图形影像化的模拟,供设计深化交底和施工指导使用以达到增加复杂建筑系统的可施工性;提高施工生产效率;增加复杂建筑系统的安全性。

图6钢柱安装示意

图7吊装模拟

2.2基础预埋和设备安装

与住宅和商业不同,PC预制构件工厂结构类型一般为钢结构,PC预制构件工厂在设计过成功中更注重专业如钢结构、电路、管线综合等专业提前协作,各专业相互制约又互为条件,并预先根据项目特点,进行多方深化设计。与此同时也注重下游环节的配件供应商,设计过程需模拟建造和设计过程对可能发生的碰撞和预留做提前处理(如图8和图9)。

图8、9泰科拉软件节点模型图

2.3成本预算(工程量统计)和物料采购

通过该BIM模型,计算、模拟和优化对应于项目各施工阶段的劳务、材料、设备等的需用量(如图10),从而建立劳动力计划、材料需求计划和机械计划等,在此基础上形成项目成本计划,其中材料需求计划的准确性、及时性对于实现精细化成本管理和控制至关重要,它可通过5D模型自动提取需求计划,并以此为依据指导采购,避免材料资源堆积和超支。

图10工程量导出图

信息化的BIM技术在PC工厂构件生产过程中的应用

3.1订单到前期准备

运用BIM技术可对生产订单进行管理,包括维护生产订单,显示订单列表(如图11)。可以按照不同订单、物料以及车间对不同的物料进行备料准备,反映现有库存对生产订单的保证情况,列示缺料明细,提醒管理人员及时跟踪或催收所缺物料,不致发生生产订单下达后却因缺料而无法生产。当接洽订单后生产规划部根据产能规划安排订单处理方案;与此同时,预制构件工厂开始进行该项目的物料采购,生产计划安排,成品堆场整理准备等工作实现信息化高效管理。

图11订单状态图

3.2BIM技术在预制件加工、生产中的运用

通过专业BIM软件对项目建筑图纸进行预制构件深化工作,在项目的全流程中,制作建筑、结构、机电等专业能够在同一平台上工作,减少不同专业间的交叉工作。与此同时软件完成的深化图纸以数据的形式传输到车间MES系统中,从而减少认为操作次数和降低人为操作带来的失误、提高生产效率。

图12数字化传输

图13机械化加工

3.3BIM技术在生产规划阶段的运用

预制件生产车间的排产计划表和堆放列表都是可视化的,生产管理人员根据深化设计的数据完成构件堆放与排产设计(图14),其余相应部门都能同步看到排场计划各个相应岗位根据排产计划同时准备各项生产用数据资料(如标签、堆放表、钢筋加工单、纸质图纸、技术资料等)提交给车间管理类人员准备生产。

图14生产计划

3.4BIM技术在预制构件运用

到现场的运用计划将正确数量和类型规格的预制构件或部品件,直接运送到项目工地现场。要实现这一点,就需要信息控制系统与各个部门进行联动,实现信息共享。现场项目部通过BIM平台把项目现场的待安装的预制构件需求反应给信息控制系统。以便管理人员能够及时做好准备工作,了解自己的库存能力,并且实时反映到系统中,提前完成堆放等作业,然后准时完成直接送达项目现场的任务。项目现场安装时每一块预制构件都有独一无二的标签代码,信息控制系统会记录每一块预制件的运输情况,提供关于物流进度的信息,并能马上以虚拟化模型或表格的形式将内容可视化呈现物流情况,从而将数据在返回至仓库和生产组进行下一个节拍的作业。

图15可视化对方列表

信息化的BIM技术在PC工厂运营维护过程中的应用

一幢建筑建筑物在其生命周期的费用消耗中,约80%的部分是发生在其使用阶段,在平均建筑物的使用年限达到7年以后,这些使用阶段发生的费用就会超过该建筑物最初的建筑安装的造价,然后,这些费用总额就以一种不均匀的抬高比例增长,在一幢建筑物的使用年限达到50年以后,建筑物的造价和使用阶段的总的维护费用这两者之间的比例可以达到1︰9。因此,专业数字化的BIM运维管理将会给业主和运营商带来极大的经济效益。

图16数字化运营维护

厂房的运营维护,包括厂房基础图纸、雨水、消防水管道等等。通过BIM模型可以查阅设备的信息(图16),如使用期限、维护情况、所在位置和供应商情况等,能够对寿命即将到期的设备进行预警,提醒运营商及时进行更换;也可准确定位虚拟建筑中相应的设备,并对设备是否正确运行提供信息。

小结  

信息化的BIM技术用于装配式建筑预制构件工厂建设和运行过程中,从产品研发、订单处理,到生产调度、数据采集,通过多个信息系统的无缝集成实现闭环;通过数字技术的应用,实现高效率、高质量;通过MES系统和柔性的生产线,降低人工数量实现产品多样化生产;并通过人机协作,实现高效生产。

参考文献  

[1]  赵亚军 手持钢框木模在装配式钢筋混凝土结构中的应用研究 住宅科技 2014,10

[2]  樊骅 信息化技术在PC建筑生产过程中的应用 住宅科技,2014,06

[3]  樊骅. 装配整体式混凝土结构体系技术研究[J]. 住宅科技,2010,30(12):27-33

作者:赵亚军

安徽建筑大学毕业,中级工程师。现任宝业集团上海建筑工业化研究院工艺研究所所长,兼任宝业集团上海宝岳住宅工业有限公司副总经理;负责技术研发及生产管理。



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