基于BIM的预制构件采购过程研究

杨坤 张洋

0 引言

现场作业是建筑生产最显著的特点之一,也是造成建筑业生产效率低下的重要原因。随着技术的进步,制造业、航空航天业、造船业等先进的行业越来越多地利用机器设备来代替人工作业,而建筑业则因现场作业而导致无法大量应用机器设备。应用预制构件可在一定程度上弥补上述不足,预制构件生产可大规模应用机械设备,扩大现场作业面,提高工程质量,因此在不影响结构安全的情况下适当应用预制构件对建筑业生产效率的提高将大有裨益。

1 建筑构件生产的基本流程

建筑预制构件按属性可分为按库存生产(Made-to-stock)的构件、接订单后生产(Made-to-order)的构件和接单后设计(Engineering-to-order)的构件,前两种构件的供应商不直接参与建设活动,他们的供货流程也不会因BIM应用而发生改变。ETO构件生产商在生产之前需要设计,他们通常都是项目的分包商,负责某一个系统的设计、制造、安装,ETO构件包括钢结构构件、预制混凝土构件、幕墙系统等。因此,本文研究的预制构件指的是第三类构件——ETO构件。ETO构件生产与装配过程由争取项目、详细设计、构件制造与安装三部分组成。构件生产商首先会根据设计方提供的施工图去进行装配图的初步设计和成本核算,然后参加业主或总承包商的招标,如果投标成功,构件生产商会进行装配图的细化并提交给设计方审核,审核的目的是为了检查装配图是否符合设计意图,并检查装配图与其他系统是否冲突。如果发现问题,则需要构件制造商进行修改,如果审核无误,则可以进行构件的制造与装配,在构件的装配过程中,如果发现问题,可能还需要调整装配图,对构件进行修改。

2 传统ETO构件生产过程存在的问题

1)装配图设计的准确性问题。装配图设计是一个劳动密集型的工作,需要反复编辑和更新图纸,传统的装配图设计和检查都由人工完成,不仅耗时长,而且可靠性差,一旦装配图与其他系统之间的冲突被遗留到吊装阶段,就会给项目和构件生产商造成无法挽回的损失;2)构件预制的时间不充分。构件的生产厂一般都远离项目,除了需要保证构件有充分的时间被设计和生产,还需要考虑运输的时间,随着经济全球化趋势的发展,为了降低构件采购的成本,国际采购将会越来越多,保证构件有充分的时间被设计、生产和运输是预制构件得以广泛应用的基本前提,而在传统的建设模式下,装配图的设计、图纸创建、冲突检查都由人工来完成,不仅效率低、耗时长,而且无法有效应对变更,一旦发生变更就容易造成构件预制超期。

3 基于BIM的构件预制过程

1)更好地保证施工图与装配图间的一致性。在建筑生产过程中,并非所有的设计内容都由建筑师和工程师来完成,对于一些专业性很强或者详细程度很高的图纸,往往是由承包商、分包商或构件预制单位来完成细部的设计工作,这类图纸在业内被称为装配图(Shop Drawing),分包商将细化完成的装配图反馈给建筑师和工程师审核,建筑师和工程师需要审核装配图所表达的设计意图是否与原来的施工文件一致,建筑师或工程师在对装配图审核完成后,会将信息反馈给构件预制单位或分包商。在传统的建设模式下,构件预制单位拿到项目后首先需要人工将设计方提供的信息重新输入来进行二次设计,而设计完成后的冲突检查也是由人工来完成,这一过程可能因人为失误造成施工图与装配图不一致。在基于BIM的建设模式下,分包商或构件预制单位会从建筑师或结构师那里继承建筑模型或结构模型,他们只需将建筑或结构中的模型导入到他们自己的设计软件中进行设计,在装配图设计完成后,可以将装配模型与原来的建筑或结构模型导入到冲突检查软件中进行检查,发现不一致后可以和设计人员一起分析不一致的原因,然后到各自的模型中进行更改,修改完成后再进行冲突检查,直到没有冲突为止。基于BIM的施工图与装配图检查过程是利用计算机和智能化的软件来完成原来需要人工完成的工作,不仅提高了检查的速度,而且也保证了检查过程更加客观。

2)保证构件的供货时间。a.减少装配图设计时间。BIM可以根据设计的内容自动创建图纸,大大减少了装配图出图的时间,这样,装配图就可以在绝大部分变更都已经结束的时候开始图纸的创建工作,减少了设计过程中反复编辑和更新图纸的工作。即使设计的后期阶段依然存在变更,BIM软件也可以根据变更的内容迅速更新装配图,利用BIM进行设计时,装配图设计人员可以从施工图设计人员提供的BIM模型中直接提取所需要的数据,这样就减少了数据重复输入所需要的时间。此外,装配图设计完成后,装配图设计人员可以将设计完成的装配图直接在BIM软件中进行分析或导入专业的分析软件进行分析,免去了数据在不同软件中反复输入所需要耗费的时间。b.减少构件制造的时间。BIM中的数据都是可运算的,可以直接被数控设备使用,和CAD不同的是,BIM除了提供建筑物的几何信息外,它还可以提供用于制造过程管理的物流信息,包括和建设生产进度、产品生产系统的链接等,更加方便应用先进的设备进行生产。先进设备的应用将会提高构件生产的劳动生产率,减少构件生产的时间。c.减少构件安装的时间。集成的BIM系统不仅有利于发现设计方案中存在的冲突,而且可以与施工活动进行关联,利用4D模型系统检查吊装顺序的合理性,提高构件安装过程中各个分包单位的合作水平,解决传统施工过程中的工作交接和工作面安排问题,提高工作流的稳定性和团队合作的效率,减少项目团队成员之间工作交接的时间。

BIM的上述功能可以极大地减少装配图设计的时间,有研究表明,钢结构构件分包商利用BIM的自动化图纸创建与更新功能可以节省50%的设计时间。而另外一项针对混凝土预制构件的生产调查也表明,相比CAD设计,利用BIM的自动化图纸创建与更新功能可以节省21%～60%的设计时间,详细的数据统计见表1。通用汽车V6发动机厂房扩建项目也因为应用BIM进行构件预制使工期比传统DBB模式缩短了近一半。

表1 利用BIM与CAD进行预制混凝土构件设计时所花费的时间比较

4 结语

BIM的应用为缓解传统建设模式下构件预制问题提供了契机,使建设过程大量使用预制构件成为可能,但BIM只能从技术方面解决构件预制过程中的问题,而无法解决管理与建设体制问题。如果让构件的预制单位能及早地参与到项目设计活动,不仅可以尽早地了解项目信息,为装配图的设计做准备,而且也可为构件的预制赢得更充分的时间,而这些不是BIM本身所能解决的,需要项目建设方式的转变。

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