樊驊：工業(yè)化住宅建設中的數(shù)據(jù)傳遞技術研究
發(fā)布時間：2016-08-17 09:28瀏覽次數(shù)： 3332
在7月14日舉行的深圳市裝配式建筑系列培訓第二期施工生產(chǎn)類專題培訓中，寶業(yè)集團副總工程師樊驊圍繞裝配式建筑的數(shù)據(jù)傳遞等，進行了精彩的課程演講，受到160余名學員的廣泛好評。隨著課題研究取得重大成果，大家期盼已久的論文終于全文出爐！
終于等到你，還好沒放棄！
作者簡介
寶業(yè)集團股份有限公司副總工程師，兼寶業(yè)集團上海建筑工業(yè)化研究院院長，長期從事建筑工業(yè)化領域的科研、設計及生產(chǎn)實踐管理工作。曾參與編制多項地方標準、企業(yè)標準及相關工法，參與疊合板墻體抗震及人防抗爆試驗等多項研究，參與工業(yè)化建筑項目多個，積累了豐富的理論和實踐經(jīng)驗。
針對建筑工程行業(yè)數(shù)據(jù)應用現(xiàn)狀，闡述在工業(yè)化住宅領域數(shù)據(jù)傳遞的必要性和技術手段；著重總結工業(yè)化住宅項目結構設計、制造、運輸、安裝、數(shù)據(jù)各個階段數(shù)據(jù)和分類，進而描述數(shù)據(jù)傳遞的方式和手段；最后根據(jù)寶業(yè)集團實際項目進行實踐和思考。
0 引言
根據(jù)國家“十二五規(guī)劃”，認為建筑企業(yè)需要應用先進的信息管理系統(tǒng)以提高企業(yè)的素質(zhì)和加強企業(yè)的管理水平。國家建議建筑企業(yè)需要致力加快BIM技術應用于工程項目中，借此培育一批建筑業(yè)的領導企業(yè)。運用范疇主要在沖突分析方面，鼓勵運用BIM技術，更有效地發(fā)現(xiàn)工程潛在的差異和沖突，以提高監(jiān)測分析水準。
1 信息化數(shù)據(jù)技術發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 國內(nèi)發(fā)展狀況
2011年5月，住建部頒布了《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，提出推動基于BIM（Building Information Modeling 建筑信息模型）系統(tǒng)設計建設與應用，提高設計集成化與智能化程度，加快推廣BIM、協(xié)同設計，改進傳統(tǒng)的生產(chǎn)與管理模式等要求。自此，BIM技術作為提高建筑設計、生產(chǎn)、施工、運營管理等全過程效率的技術手段，開始在建筑行業(yè)得到應用。
目前，國內(nèi)真正運用于工業(yè)化住宅信息化數(shù)據(jù)傳遞技術的項目還不多，數(shù)據(jù)傳遞水準仍停留在碰撞檢測和施工初步模擬等比較基礎的施工前圖紙檢測的應用層次，遠遠未發(fā)揮出其真正全生命周期的應用價值。主要表現(xiàn)在：
①國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的信息化應用標準；
②信息化相關標準、研究文獻、法律不健全；
③建筑企業(yè)信息化團隊建設不到位、BIM技術人才缺乏；
④利益再分配的沖突。
1.2 國外發(fā)展狀況
自2003 年起，美國總務管理局（GSA）通過其下屬的公共建筑服務處（PBS）開始實施一項被稱為國家3D-4D-BIM計劃的項目，目的有二：
①實現(xiàn)技術轉(zhuǎn)變，以提供更加高效、經(jīng)濟、安全、美觀的聯(lián)邦建筑；
②促進和支持開放標準的應用。
與大多數(shù)國家相比，英國政府要求強制使用BIM。英國內(nèi)閣辦公室于2011 年發(fā)布的《政府建設戰(zhàn)略》文件中，有一整個章節(jié)關于建筑信息模型（BIM），明確要求“到2016年，政府要求全面協(xié)同3D-BIM，并將全部的文件以信息化管理”。
北歐國家包括挪威、丹麥、瑞典和芬蘭，是一些主要建筑業(yè)信息技術的軟件廠商所在地，如Tekla和Solibri，而且對發(fā)源于鄰近匈牙利的ArchiCAD的應用率也很高。
2 工業(yè)化住宅特點
區(qū)別于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆住宅，工業(yè)化住宅設計和生產(chǎn)模式需要對住宅全過程進行系統(tǒng)的設計與控制（圖1），具有設計提前、生產(chǎn)提前、管理提前等特點。
圖1 PC 預制裝配式項目全過程設計流程
3 數(shù)據(jù)傳遞技術研究的必要性
工業(yè)化住宅項目的全生命周期管理，往往涉及到政府部門、業(yè)主、規(guī)劃、設計、施工、監(jiān)理、材料、設備供應商等多個方面（圖2）。參與各方大多孤立，甚至不在同一地域, 卻為了一個建設項目組合在一起，協(xié)同工作。因此，在組織結構、管理模式上存在的很多差異、信息系統(tǒng)的相互孤立、對工程建設不同的專業(yè)理解、對相同信息的不同表達形式等都導致了大量分布式工程數(shù)據(jù)，最終使各方難以交流，數(shù)據(jù)也就無法共享，大大阻礙了建筑業(yè)生產(chǎn)效率。這也導致了整個建筑行業(yè)信息交換的自動化程度很低。
圖2 工業(yè)化住宅的全生命周期管理
研究工業(yè)化住宅結構設計、制造、運輸、安裝的信息化數(shù)據(jù)傳遞技術，有利于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，提高工作效率，讓信息化技術的高效傳遞推進建筑業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，即由傳統(tǒng)行業(yè)向現(xiàn)代建筑業(yè)轉(zhuǎn)變、由單一產(chǎn)業(yè)向復合型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變、由粗放型管理向精細化管理轉(zhuǎn)變、由單一市場向多元化市場轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)建筑業(yè)經(jīng)濟持續(xù)健康成長。
4 工業(yè)化住宅各個階段的數(shù)據(jù)分類研究
BIM軟件可以將設計、評估、生產(chǎn)及流程視圖信息化，按數(shù)據(jù)等級將工業(yè)化住宅設計、生產(chǎn)、運輸、施工各個階段所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進化結構化的分類，以便于在信息化平臺上協(xié)調(diào)傳輸。
4.1 結構設計階段的數(shù)據(jù)分類
4.1.1 結構設計階段數(shù)據(jù)的產(chǎn)生
結構設計階段數(shù)據(jù)的主要來源是工業(yè)化住宅的規(guī)范和通過三維BIM軟件ALLPLAN建立信息化模型中涵蓋的預制件的尺寸、重量、預埋件種類和數(shù)量、鋼筋型號及物件屬性信息等，模型相關的所有信息可隨著實際的改變而實時改變，并生成準確的物料清單及其他數(shù)據(jù)。
企業(yè)隨著項目的開展和深入，會積累到一套自己獨有的族庫，如參數(shù)化標準典型節(jié)點、標準構件及預留預埋件按照特性、參數(shù)等屬性分類歸檔到數(shù)據(jù)庫, 儲存到公司服務器，方便在以后的工作中可直接調(diào)用族庫數(shù)據(jù)，并根據(jù)實際情況修改參數(shù)，有效提高工作效率。
4.1.2 結構設計階段數(shù)據(jù)的應用
根據(jù)工業(yè)化住宅的規(guī)范要求及常用節(jié)點、鋼筋信息、預埋件信息、構件參數(shù)、運輸、施工工法等數(shù)據(jù)，在信息化軟件ALLPLAN中設定企業(yè)內(nèi)部構件拆分數(shù)據(jù)，令其對工業(yè)化住宅結構進行自動拆分，而設計人員只需對軟件反饋的少量不規(guī)范構件進行人為二次調(diào)整即可。這樣確保了拆分構件的高效性和準確性。
通過協(xié)同設計建立統(tǒng)一的設計協(xié)調(diào)標準（圖3），包括圖層、顏色、線型、打印樣式等，從而減少現(xiàn)行各專業(yè)之間及專業(yè)內(nèi)部由于溝通不暢或溝通不及時導致的錯、漏、碰、缺，真正實現(xiàn)所有圖紙信息無一致性，且一處變動其他自動修改，提升設計效率和設計質(zhì)量。
圖3 基于信息化下的協(xié)調(diào)
4.1.3 結構設計階段數(shù)據(jù)的分類
本章節(jié)主要研究BIM軟件在預制件深化設計環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型與用途，總結出適用于自動化拆分、設計協(xié)同、施工指導的具體數(shù)據(jù)應用。此階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)歸為人工所需數(shù)據(jù)和機器要讀數(shù)據(jù)兩類（圖4），其中：人工所需數(shù)據(jù)有3Dpdf、構件單板圖、物料清單信息、IFC格式文件、預留預埋點位圖、預制件施工順序圖；機器要讀數(shù)據(jù)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)（PXML/ADS格式）、電子圖紙。
圖4 結構設計階段數(shù)據(jù)分類
4.2 生產(chǎn)階段的數(shù)據(jù)分類
設計人員將預制構件深化設計專業(yè)軟件生成的所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄殬I(yè)信息化平臺，由項目施工管理人員根據(jù)項目布置圖規(guī)劃安排施工安裝順序，并以任務分配書的形式提交給生產(chǎn)管理人員，確定生產(chǎn)時間；生產(chǎn)管理人員再根據(jù)生產(chǎn)計劃和工作日程安排，將深化設計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成流水線機械能夠識別的格式后進入生產(chǎn)階段。
4.2.1 生產(chǎn)階段數(shù)據(jù)的產(chǎn)生
目前，制造行業(yè)的生產(chǎn)效率極高，其部分原因是利用數(shù)字化數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)了制造方法的自動化。借助ALLPLAN軟件，將深化設計階段的設計成果以信息化手段深化后得到的準確物料清單，包括圖紙、表格、文件等信息通過傳輸?shù)浇y(tǒng)一的服務器。生產(chǎn)工廠訪問服務器讀取到以上數(shù)據(jù)，能有效幫助預制件的生產(chǎn)技術交底、物料采購準備、生產(chǎn)計劃安排、堆放場地管理與成品物流的計劃。
4.2.2 生產(chǎn)階段數(shù)據(jù)的應用
設計人員將深化拆分設計完成后的圖紙、表格、文件等信息以數(shù)據(jù)的形式傳輸?shù)椒掌?，通過BIM模型輸出的所有預制件尺寸信息即可被自動生產(chǎn)線識別，從而充分利用模臺，在生產(chǎn)階段通過控制程序?qū)崿F(xiàn)自動布置模臺、鋼筋的自動剪裁和彎折加工、自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。
由于預制件生產(chǎn)的流水線采用了信息化控制系統(tǒng)，從源頭開始運用數(shù)字化控制方式，所以在生產(chǎn)時，機械設備讀取的是數(shù)據(jù)格式文件，在精確程度控制方面可以達到毫米級以內(nèi)。
4.2.3 生產(chǎn)階段數(shù)據(jù)的分類
在工業(yè)化住宅生產(chǎn)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要用于機器讀取數(shù)據(jù)包，深化設計軟件輸出的PXML 格式數(shù)據(jù)包直接可被預制構件生產(chǎn)設備讀取進行自動化生產(chǎn)，這樣避免了因人為讀取和傳遞造成的失誤，大大提高生產(chǎn)管理效率。在生產(chǎn)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有構建二維碼（ID）、生產(chǎn)材料表、生產(chǎn)管理報表、生產(chǎn)檢驗檢測合格表、構建堆放列表等（圖5）。
圖5 生產(chǎn)階段數(shù)據(jù)分類
4.3 安裝階段數(shù)據(jù)分類
在預制構件深化階段，深化設計師在充分考慮規(guī)范、吊裝半徑、運輸、生產(chǎn)的前提下，將預制構件進行拆分并生成平面布置圖和預制件尺寸圖，供現(xiàn)場安裝定位使用。
4.3.1 安裝階段數(shù)據(jù)的應用
預制構件從工廠運至現(xiàn)場時，由現(xiàn)場人員根據(jù)在服務器上設計提供的圖紙對預制構件進行進場檢驗，確認預制構件的編號、尺寸、預埋和質(zhì)量驗收表。
信息化技術可以提供詳細的安裝施工交底，通過BIM實現(xiàn)很好的可視化效果，并對部分節(jié)點做視頻動畫示意，達到施工模擬指導的效果。復雜專項工程設計，如大難度吊裝、隱蔽工程等，設計人員配合使用3D信息化軟件設計分析復雜建筑系統(tǒng)及其它重點難點（圖6）。
圖6 施工難點模擬圖
通過BIM數(shù)據(jù)的4D應用，施工單位可以將計劃進度與BIM模型的數(shù)據(jù)集成管理，即可模擬真實的施工進度及狀況。施工單位既能按天、周、月看到項目的施工進度，又可以根據(jù)現(xiàn)場實時狀況進行實時調(diào)整，預演施工場景，以便分析不同施工方案的優(yōu)劣并及時做出調(diào)整，從而獲得最佳施工方案，隨時隨地可直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，安排預制件的安裝順序，同時進行有效協(xié)同，使施工方、監(jiān)理方、甚至非工程行業(yè)出身的業(yè)主領導都對工程項目的各種問題和情況了如指掌。之后，通過BIM的可視化應用，可以把任務完成的交付及審批流程關聯(lián)起來，實時查看項目的進度、狀態(tài)及各種報表。
安裝過程中，根據(jù)BIM提供的質(zhì)量要點進行自檢。根據(jù)質(zhì)量控制節(jié)點，對預制構件的質(zhì)量按規(guī)范和廠方質(zhì)量體系要求進行質(zhì)量評定，可對預制構件進行攝像和攝影，并將所有數(shù)據(jù)實時上傳服務器與ERP系統(tǒng)對接（圖7）。
圖7 對接ERP系統(tǒng)
4.3.2 安裝階段數(shù)據(jù)的分類
經(jīng)過對BIM數(shù)據(jù)傳遞至安裝環(huán)節(jié)的研究，在安裝階段隨著項目推進生成多媒體施工模擬視頻材料、安裝進度計劃表、安裝質(zhì)量檢驗報告、預制件安裝驗收報告（圖8）。其中，多媒體施工模擬主要用于施工方案比選、探討和工人培訓；安裝進度表供施工過程中進行進度計劃調(diào)整；安裝質(zhì)量檢驗報告作為存檔保存，供后期驗收和維護使用。
圖8 安裝階段數(shù)據(jù)分類
5 工業(yè)化住宅結構設計、制造、運輸、安裝數(shù)據(jù)傳遞的關鍵技術研究
5.1 數(shù)據(jù)傳遞的技術路徑
本次研究課題利用Oracle 或SQL Server 關系型數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建，這樣可以進行BIM 海量數(shù)據(jù)的儲存和管理，服務器集成了多款軟件的管理系統(tǒng)（圖9）。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)存儲、協(xié)同工作和項目管理三個運用層組成，其中，數(shù)據(jù)存儲層集成了原始項目的原始數(shù)據(jù)；協(xié)同工作層主要包含三維協(xié)同、項目控制面板、多維查詢等；項目管理層集成了項目進度管理、成本控制、合同采購和綜合報表。
圖9 信息化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)框架
BIM三維工程軟件制作的三維建模信息模型通過一個BIM數(shù)據(jù)集成平臺，實現(xiàn)IFC模型數(shù)據(jù)的讀取、保存提取、集成及3D顯示，針對建筑生命周期不同階段和應用生成相應的數(shù)據(jù)；業(yè)主方可以通過平臺以可視化的反饋的進度、報表、財務等數(shù)據(jù)，最終做出管理決策。
5.2 數(shù)據(jù)傳遞平臺的開發(fā)
住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展離不開信息技術的支撐，而信息數(shù)據(jù)在整個建筑工業(yè)化產(chǎn)業(yè)中的準確傳輸又成了重中之重的課題。平臺需滿足混凝土預制構件生產(chǎn)車間數(shù)據(jù)傳遞和基于多方協(xié)同的具有開放性、集成性、協(xié)同性的數(shù)據(jù)管理平臺（圖10）。
開放性和集成性的體驗可以兼容并協(xié)調(diào)市場上主流BIM設計軟件的設計數(shù)據(jù)；支持通過網(wǎng)絡直接上傳到平臺，項目各參與方（包括總包項目部、技術部、分包單位、各設計單位、顧問公司、供應商、業(yè)主等），通過設定好的權限，即時了解最新的BIM模型信息和施工數(shù)據(jù)并交流意見，以BIM的工具進行項目管理的質(zhì)量控制目標、進度控制目標、投資控制目標和安全控制目標，真正改變傳統(tǒng)建筑業(yè)的粗放式管理現(xiàn)狀，實現(xiàn)精細化管理。
圖10 平臺部署
5.3 數(shù)據(jù)傳遞內(nèi)容
在整個數(shù)據(jù)傳遞流中，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、更迭需充分考慮數(shù)據(jù)類別、與之關聯(lián)的相關部門和信息的演變、數(shù)據(jù)儲存；其中有些數(shù)據(jù)還會繼續(xù)傳遞到下游持續(xù)使用。數(shù)據(jù)傳遞框架圖見圖11。
圖11 數(shù)據(jù)傳遞框架圖
6 結語
我國工業(yè)化住宅對技術的投入比重逐年增長，工業(yè)化住宅數(shù)據(jù)如何在建筑周期中良好傳遞是本次研究的重點。通過對工業(yè)化住宅結構設計、制造、運輸、安裝數(shù)據(jù)傳遞技術的研究，寶業(yè)集團上海公司基于寶業(yè)萬華城預制疊合板式混凝土剪力墻23#樓項目實踐的基礎上，自主研發(fā)了符合集團特色的數(shù)據(jù)研究體系——寶業(yè)信息化集成平臺，為BIM對建筑全生命周期的有效管理提供良好的管理平臺；并利用這一先進數(shù)據(jù)的研究成果，創(chuàng)建數(shù)據(jù)管理和共享技術，使設計、制造、運輸、安裝等各個團隊的表達溝通、討論和決策更加便捷，工作更加高效，使項目的所有成員從早期就開始進行持續(xù)協(xié)作，而不僅僅局限于關心自己的本職工作，使各方都能因為項目的成功而獲得更高的利益，創(chuàng)造更大的利潤，從而實現(xiàn)技術和經(jīng)濟指標雙贏的狀態(tài)。
