基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 PC 構(gòu)件信息集成及應(yīng)用研究

宋小春，黃 瑞，楊智明，趙小明，焦曉光，丁亞飛

（1. 甘肅第六建設(shè)集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730000 2.甘肅華隴綠色裝配式建筑有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

我國裝配式建筑正在迅速發(fā)展，基于 BIM 技術(shù)的可視化、集成化及信息化水平也在不斷地提高［1-3］。建筑 PC 是目前裝配式發(fā)展的核心，傳統(tǒng)信息模型已經(jīng)不能勝任建筑 PC 構(gòu)件信息管理需求，而 BIM 技術(shù)能夠有效解決信息集成難、效率低、共享差的現(xiàn)狀［4-6］。以往裝配式建筑在施工過程中，各方信息孤立，裝配式建筑 PC 構(gòu)件生產(chǎn)管理流程間缺乏全產(chǎn)業(yè)鏈［7-9］有效聯(lián)動性，因此，如何合理高效提高裝配式建筑 PC 構(gòu)件信息集成水平尤為重要。

目前，裝配式建筑管理模式中，存在資源共享性差、資源浪費嚴重、信息不完善等問題。裝配式建筑施工中，配合各方不能充分參與使得裝配式 PC 構(gòu)件不合理；以往施工階段構(gòu)件廠 、運輸方和施工方協(xié)同制定不匹配，各參與方之間缺乏聯(lián)動性。鑒于此，基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 PC 構(gòu)件信息集成管理，通過 BIM 技術(shù)進行數(shù)據(jù)高效收集，能夠?qū)⒀b配式建筑實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈集成，使得資源達到共享，提高產(chǎn)能和質(zhì)量。

本文對 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 PC 構(gòu)件信息集成及應(yīng)用，借助筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)，以裝配式建筑生產(chǎn)、運輸和吊裝為背景，研究分析基于 BIM 技術(shù)的 PC 構(gòu)件信息集成管理，通過實際案例進行分析，旨在促進裝配式建筑與信息技術(shù)的快速發(fā)展，希望能對裝配式建筑信息化管理研究及相關(guān)企業(yè)提供參考。

1 基于 BIM 技術(shù)的 PC 構(gòu)件信息集成

1.1 PC 構(gòu)件信息

考慮到 PC 構(gòu)件量大面廣及構(gòu)造復(fù)雜，PC 構(gòu)件信息管理成為關(guān)鍵因素。針對 PC 構(gòu)件信息量大的特點，為尋求有效解決途徑，從建筑施工多角度考慮，闡述 PC 構(gòu)件信息如下。

1）生產(chǎn)階段。在模型中增加鋼筋及預(yù)埋件信息，最終形成樓板、墻板、模板圖、鋼筋布置圖。

2）運輸階段。運輸過程中要考慮車輛空間使用率，確定所需構(gòu)件類型及數(shù)量，制定運輸計劃，在構(gòu)件中增加運輸及達到時間各類信息，滿足施工現(xiàn)場吊裝所需構(gòu)件數(shù)量。

3）吊裝階段。構(gòu)件吊裝是替代了傳統(tǒng)的構(gòu)件場地布置、安排構(gòu)件集中堆放等問題，對施工項目工期、生產(chǎn)安全等方面集中管控，提高裝配效率。

1.2 PC 構(gòu)件信息集成需求

1）可視化信息模型。BIM 技術(shù)將構(gòu)件幾何尺寸、構(gòu)件性能、功能情況等集中整合在數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)化信息情況，實現(xiàn)資源共享、信息共享的目的。

2）生產(chǎn)要素信息集成。項目要素信息涉及進度、成本等要素，能夠使得項目目標實現(xiàn)最優(yōu)。

3）進度要素信息集成。利用 BIM 信息化管理平臺，輔助信息移動表達方式，能夠使裝配式構(gòu)件在模型與進度信息方面實現(xiàn)無縫傳遞，全面提高管理水平。

4）主體信息集成。基于 BIM 技術(shù)的集成管理平臺為項目提供交流環(huán)境，通過網(wǎng)站形式，將收集到的信息上傳到系統(tǒng)中，實現(xiàn)各主體信息共享，交互，對各方案進行分析與比選。

5）信息管理集成。在裝配式建筑 EPC 環(huán)節(jié)中，集成進度信息，形成 4D 基于 BIM 多維度信息模型，憑借 BIM 技術(shù)，一方面可避免管理人員重復(fù)錄入信息，另一方面可以避免各方協(xié)調(diào)不暢出現(xiàn)問題。

1.3 基于 BIM 的 PC 構(gòu)件信息集成模型

1）平臺框架體系。集成化工作關(guān)鍵是將各方對產(chǎn)業(yè)鏈階段的 PC 構(gòu)件進行分類及處理。通過將基于 BIM 技術(shù)的各參與方需求的 PC 構(gòu)件幾何尺寸、類型屬性等信息編碼并建立信息化模型，目的在于對構(gòu)件 BIM 技術(shù)的管理、生產(chǎn)等工作。框架平臺體系能夠清晰展示裝配式建筑在全壽命周期應(yīng)用情況，以 PC 構(gòu)件為導(dǎo)向，實現(xiàn)以 BIM 為信息管理平臺的信息采集、組織及處理（見圖 1）。

圖1 基于 BIM 的 PC 構(gòu)件信息管理平臺框架體系

2）概念模型。依據(jù)各方面內(nèi)容對模型進行分析，達到構(gòu)件信息收集、處理等。

①數(shù)據(jù)層。將 PC 構(gòu)件在各階段需要的幾何尺寸、數(shù)據(jù)類型等相關(guān)信息傳遞到數(shù)據(jù)庫中，通過 WBS 技術(shù)集中進行信息處理，完成信息歸檔及存儲工作，數(shù)據(jù)層能夠不斷完善更新，最終使得信息無縫傳遞、動態(tài)更新、實現(xiàn)共享。

②模型層。根據(jù)項目要素、主體信息等集成需求，整合數(shù)據(jù)信息，為項目創(chuàng)造有用價值信息，根據(jù)用戶所求，將各階段模型應(yīng)用于項目主體子模型中。

③功能應(yīng)用層。將相關(guān)模型研究分析后，協(xié)同管理輔助生產(chǎn)、物流等環(huán)節(jié)工作，利用虛擬環(huán)境完成主體項目全生命周期信息模型傳遞與共享，解決阻礙信息傳遞，共享問題。

2 基于 BIM 技術(shù)的 PC 構(gòu)件信息集成功能應(yīng)用（見圖 2）

圖2 基于 BIM 的 PC 構(gòu)件信息集成概念模型

2.1 基于 BIM 技術(shù)的 PC 構(gòu)件信息集成功能

2.1.1 計劃管理

施工方參考有關(guān) PC 構(gòu)件信息化模型，編制進度、堆場及需求計劃，憑借 BIM 平臺，分析出構(gòu)件數(shù)量及生產(chǎn)加工信息，制定措施保證需求供給（見圖 3）。

圖3 基于 BIM 技術(shù)的 PC 構(gòu)件信息集成的計劃管理應(yīng)用框架

2.1.2 生產(chǎn)管理

依據(jù) BIM 技術(shù)可視化加工，結(jié)合生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn) PC 構(gòu)件信息在生產(chǎn)階段的系統(tǒng)化管理。

2.1.3 進度管理

基于 BIM 技術(shù)平臺，將構(gòu)件幾何元件信息、圖樣信息、預(yù)制信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等相關(guān)聯(lián)。管理人員通過定義實際需求工作流程與狀態(tài)管理，最終為項目整體進度檢查、按時交付提供有力參考。

2.2 基于 BIM 技術(shù)的 PC 構(gòu)件信息集成應(yīng)用流程

2.2.1 裝配式建筑

基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑工作流程包括建模制圖、構(gòu)件深化兩大部分。通過軟件繪制模型，結(jié)合拆分原則進行節(jié)點拆分，對比傳統(tǒng)模型進行再拼裝，實現(xiàn)整體到局部思路。

2.2.2 生產(chǎn)環(huán)節(jié)信息傳遞

實現(xiàn) PC 構(gòu)件拆分— PC 構(gòu)件生產(chǎn)加工圖的轉(zhuǎn)換。管理人員通過筑享云平臺，實現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)的全過程追蹤，極大提高構(gòu)件生產(chǎn)加工效率。

2.2.3 全產(chǎn)業(yè)鏈信息傳遞

裝配式建筑信息管理平臺，實現(xiàn)構(gòu)件的下料、生產(chǎn)、進度安排的信息化管理，配合該平臺對 PC 構(gòu)件四維模型在生產(chǎn)—運輸—吊裝信息無縫管控，達到快速瀏覽整個項目進展情況的目的。

3 案例應(yīng)用與分析

3.1 項目概況

本工程為天水裝配式建筑產(chǎn)業(yè)園一期建設(shè)項目廠房配套辦公及生活服務(wù)用房，位于天水市秦州區(qū)藉口鎮(zhèn)中牛村、下磨村片區(qū)天水裝配式建筑產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)。工程主要分為兩部分，辦公區(qū)及食堂，辦公區(qū)主要功能為辦公室、強電間、弱電間、衛(wèi)生間、會議室、消控室、機房、工具間、樓梯間、熱水間等；食堂部分主要功能為一般管理人員食堂、工人食堂、操作間、消洗間、冷庫、熟食庫等。總建筑面積 5 489.76 m2；建筑高度 16.65 m，辦公區(qū) 1 層層高為為 3.9 m，2～4 層層高為 3.6 m，食堂 1～2 層層高為 4.5 m。結(jié)構(gòu)形式：辦公區(qū)采用裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，食堂采用裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)，抗震等級為二級。

3.2 BIM 技術(shù)介紹

本項目應(yīng)用 BIM 技術(shù)軟件工具，配合智能化生產(chǎn)車間管理平臺，共同完成 PC 構(gòu)件的協(xié)同生產(chǎn)、運輸?shù)裙ぷ鳌?/p>

3.3 BIM 信息化管理平臺

筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)是面向 PC 構(gòu)件廠 ，PC 工廠生產(chǎn)管理的輕量化應(yīng)用。系統(tǒng)基于一件一碼的構(gòu)件清單，對訂單項目、構(gòu)件生產(chǎn)、質(zhì)量、堆場、發(fā)運等業(yè)務(wù)過程進行跟蹤和管理。筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)力求以最簡單的功能助力一線人員，以最小的管理代價讓生產(chǎn)行為有跡可循，以最真實的數(shù)據(jù)反饋生產(chǎn)狀態(tài)，以最直觀的方式支持工廠決策，下圖為筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)的整體流程圖（見圖 4）。

圖4 整體流程圖

3.4 BIM 技術(shù)在 PC 構(gòu)件信息集成中的應(yīng)用

3.4.1 筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)介紹

筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)模塊由數(shù)據(jù)看板、項目管理、生產(chǎn)管理、堆場管理、運輸管理及物料主數(shù)據(jù)共 6 大部分組成（見圖 5）。

圖5 筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)示意圖

3.4.2 項目管理

項目管理是對工廠生產(chǎn)的訂單數(shù)據(jù)進行導(dǎo)入和維護。自設(shè)計端生成構(gòu)件唯一碼，避免錯漏，為后續(xù)質(zhì)檢、庫管環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)（見圖 6）。

圖6 筑享云構(gòu)件項目管理示意圖

3.4.3 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)計劃管理包含日生產(chǎn)任務(wù)、構(gòu)件 BOM 變更和模具分配，其中生產(chǎn)計劃排產(chǎn)可以根據(jù)構(gòu)件生產(chǎn)情況、模臺/模具占用情況，排日生產(chǎn)計劃（見圖 7）。

圖7 筑享云構(gòu)件生產(chǎn)管理示意圖

3.4.4 質(zhì)量管理

質(zhì)量管理分為生產(chǎn)過程、成品質(zhì)檢兩個部分?？梢酝ㄟ^移動端進行掃碼記錄生產(chǎn)流程，反饋檢查數(shù)據(jù)（見圖 8）。

圖8 筑享云構(gòu)件質(zhì)量管理示意圖

3.4.5 堆場管理

主要包括工廠庫區(qū)、構(gòu)件入庫、出庫管理等功能。通過手機小程序掃描二維碼，進行構(gòu)件入庫、出庫、移庫等操作，方便快捷且不易出錯（見圖 9）。

圖9 筑享云構(gòu)件堆場管理示意圖

3.4.6 運輸管理

運輸管理通過對運輸單，車輛派遣、承運人等物流環(huán)節(jié)的智能管理，提高運輸效率，降低運輸成本（見圖 10）。

圖10 筑享云構(gòu)件運輸管理

3.4.7 構(gòu)件 BOM+物料管理

構(gòu)件 BOM，按照項目標準構(gòu)件類型，定義 BOM，統(tǒng)計理論用量。物料管理，定義物料主數(shù)據(jù)，使用內(nèi)置主數(shù)據(jù)或自定義物料主數(shù)據(jù)（見圖 11）。

圖11 筑享云構(gòu)件物料管理

3.4.8 數(shù)據(jù)看板

系統(tǒng)提供日常指標、項目進度、任務(wù)進度等不同維度的看板，指導(dǎo)一線業(yè)務(wù)，方便管理層隨時隨地掌握工廠運營情況。

3.4.9 吊裝施工

基于裝配式建筑信息管理平臺對構(gòu)件自出廠至吊裝進行管控，以 BIM 構(gòu)件為單元，跟蹤吊裝進度的同時對生產(chǎn)進度進行調(diào)整。

3.5 項目應(yīng)用

項目通過基于 BIM 技術(shù)的信息化集成功能，成功用于 PC 構(gòu)件生產(chǎn)、吊裝等階段，實現(xiàn)裝配式 PC 構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈信息共享，取得良好效果。

1）基于 BIM 技術(shù)改變了傳統(tǒng)組織信息傳遞性差的特點，將 EPC 項目“生產(chǎn)及管理”融為一體，進行多方面信息共享。

2）基于 PCM 平臺信息化管理協(xié)同工作，通過信息整合，確保信息及時傳遞同時，提高整體建造效益。

4 結(jié)論

本文通過探索基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 PC 構(gòu)件信息集成及應(yīng)用，為有效合理解決構(gòu)件信息共享，借助筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)平臺，優(yōu)化裝配式建筑構(gòu)件信息，提高效率，對裝配式建筑與信息化發(fā)展具有良好的推動作用。

1）PC 構(gòu)件集成化、工業(yè)化生產(chǎn)是施工建造主要手段，現(xiàn)階段構(gòu)件資源共享難、流失嚴重，主要問題在于傳統(tǒng)溝通方式落后、缺乏關(guān)鍵信息支撐及協(xié)助管理平臺。

2）制定合理的 PC 構(gòu)件全產(chǎn)業(yè)鏈管理，建立 PC 構(gòu)件可視化信息，構(gòu)件基于 PCM+PCC 管理平臺協(xié)同應(yīng)用，使 PC 構(gòu)件信息實現(xiàn)生產(chǎn)—運輸—吊裝各環(huán)節(jié)高效傳遞，避免后期大量繁瑣的工作。

3）本文以具體實例為主，基于 BIM 技術(shù)的筑享云構(gòu)件平臺，完成 PC 構(gòu)件信息集成全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同生產(chǎn)及吊裝施工等作業(yè)，使得信息在傳輸過程中無損失，通過整合各方需求信息，希望能對基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 PC 構(gòu)件信息集成及應(yīng)用研究為相關(guān)企業(yè)提供參考。Q