基于BIM技术的装配式建筑设计与制造协同应用研究

文｜中建海峡建设发展有限公司 朱瑞添；用友建筑云服务有限公司 王超；中建海峡建设发展有限公司 王耀

1.引言

当前中国建筑行业正处于由低端粗放式管理向高端精细化管理转型的关键时期，建筑工业化是转型目标。建筑设计标准化、预制构配件制造工厂化和各阶段多方协同管理信息化是实现建筑工业化的基本途径。建筑工业化中的装配式建筑区别于传统湿作业的施工模式，是以预制构件工厂制造和现场拼装的方式来完成主体结构及装修工程的施工，装配式建筑的工程进度和工程质量管控点由现场阶段向设计阶段和制造阶段前移，所以，提升PC（Precast Concrete，混凝土预制件的英文缩写）构件制造阶段与上游协同工作衔接顺畅度是装配式建筑目前精细化管理的核心。伴随信息技术的普及、BIM技术的发展，装配式建筑设计与制造分离的工作模式正被基于BIM技术的设计制造协同模式取代。

2.BIM技术在装配式建筑中发展现状

2.1 国内现状

按照笔者的了解，目前国内装配式建筑设计阶段采用BIM设计方式占70%以上，直接通过BIM出图指导制造约占25%，将BIM技术与MES、ERP相结合进行装配式建筑全生命周期管控约占15%。BIM技术在项目中的应用主要以岗位级工具为主。

2.2 国外现状

根据McGraw Hill调研，2013年美国的工程施工企业BIM技术的应用比例答复提高。

调研年份 2007年 2009年 2012年BIM技术在建筑施工企业的应用比例 28% 49% 71%

3.BIM在装配式建筑实施应用的必要性

装配式建筑项目实施的主要阶段有设计、采购、制造、装配，其中采购和制造主要发生在PC构件工厂。项目按阶段递进实施，各阶段作业人员和工作模式均有较大差异，当前阶段对前置阶段的数据依赖较大。制造阶段与上游设计阶段之间存在较为紧密的协作关系。制造阶段与上游之间容易出现信息孤岛，实际制造情况经常与设计需求和项目进度脱节，并拖延项目整体工期。BIM技术的开放性和扩展性的特点可以指导自动化制造，BIM的可视化特点可以辅助形象生产进度管理，工厂也可以利用BIM可计算的技术优势提前输出主辅材采购量，按设计进度完成采购清单的自动填报，提高工作效率。

表1 基于BIM技术的装配式建筑工作模式与传统装配式建筑工作模式对比表

4.BIM技术在装配式建筑协同工作中的应用研究

4.1 装配式建筑设计阶段与制造阶段的工作内容研究

（1）设计阶段与制造阶段工作内容

图1 装配式建筑项目设计阶段与制造阶段的工作内容

图2 基于BIM技术的设计数据向制造阶段传递流程

图3 设计BIM的五大数据转换

装配式建筑设计阶段主要包含方案设计和施工图设计，最终成果主要为指导工厂制造和现场装配的施工图纸。工厂基于施工图纸深化出制造图、模具图，并编制材料采购清单和制造计划，依据制造图完成钢筋下料，根据制造计划编制排产任务单，车间班组对照制造图和任务单完成PC构件制造。

（2）设计阶段与制造阶段工作协同关键点

设计与制造协同工作可以将设计数据快速转化为制造数据，提高制造效率。设计阶段与制造阶段工作协同的关键点是依靠设计数据准确、高效地向制造阶段传递。

设计阶段选择BIM软件完成设计工作，基于BIM自身模块化数据规则直接进行拆分，快速转换成制造阶段所需要的各类数据，通过云共享平台与工厂ERP系统对接，为制造阶段提供最准确的数据保障。

4.2 基于BIM技术的设计与制造协同工作应用研究

（1）PC构件制造图编制

设计方基于BIM技术完成部分设计工作后，通过BIM云平台共享的方式向PC工厂传递。设计方和工厂方共享一套BIM模型，随时设计、随时传递。工厂利用自动化拆分工具软件将BIM模型拆解为单栋、楼层、区域，直至最终拆解成以构件为单元的BIM模型。BIM单元模型按图纸模板参数输出制造图，同时为后续排产任务单、制造计划、钢筋下料和形象进度提供基础数据。

（2）材料采购清单生成

设计方依照设计节点进行结构、机电、粗装修和精装修设计，按进度向PC工厂分步提供BIM模型。PC工厂从BIM模型中直接提取材料列表进行主材和辅材的集中分批采购。通常设计变更会影响前期材料需求变化，BIM技术可以实现不同版本之间的模型数据自动快速对比，针对新的版本提供材料变化清单，以保证PC工厂在变更发生的第一时间修改材料采购计划。

（3）钢筋加工应用

设计BIM数据导入钢筋下料程序，在满足规范和工艺要求前提下对设计BIM进行优化，调整钢筋下料工序优化分配，优化配筋，实现材料高效利用。利用BIM云共享平台向工位和数控系统推送加工料单，并为每种钢筋匹配唯一的条形码。车间工人通过与数控机床建立通信链接的手持扫描机扫描条形码，向数控机床分配钢筋加工工作。

（4）排产任务单生成

图4 钢筋加工清单

图5 排产任务单样例

图6 基于BIM技术的设计进度与制造进度对照图

设计BIM作为系统数据输入，依次向系统导入制造计划和资源模板。将设计BIM与制造计划和资源模板整合集成，生成以构件类型为第一维度的制造任务列表数据，列表中数据列依次为构件类型（墙、梁、板、柱）、构件编号、构件名称、图纸编号、合同编号、项目名称、出厂时间、楼层、部位、尺寸、材质、钢筋规格。系统依据排产参数、结构列表数据和制造变更计划进行制造计划编制，确定每一根构件的具体制造日期和完工时间节点，经过人工校核最终形成排产任务单，最终将数据推送至车间班组人员的移动设备。

（5）基于BIM技术的形象进度应用

BIM云共享平台将BIM模型与多套进度计划挂接，利用BIM模型形象化展示设计进度和制造进度，将当前设计进度、制造进度与项目总进度计划对比，输出进度状态数据。设计方和制造方可共同协作调整各自工作资源的投入，以满足项目的整体实施进度目标。

5.结语

基于BIM技术的装配式建筑设计可以为PC构件制作加工传递高效准确的数据，BIM数据可以针对各参与方的作业岗位需求进行相应的转换传递，基于数据驱动设计阶段与制造阶段的工作协同是未来装配式建筑项目主要的工作模式。