首页 > 专家论坛

理论前沿 | 一体化建造创新技术

发布时间:2019-05-24    阅读量:11689

   编者按:日前,由中国工程院院士肖绪文作序,中建科技集团有限公司董事长叶浩文撰写的建筑施工类重要专著《一体化建造》,已经由中国建筑工业出版社正式出版发行,深受读者喜爱。本网也以“高端访谈”的形式对专著作者进行了独家专访。为进一步扩大交流,让“一体化建造——建造活动的思维方法和新时代的绿色发展观”更加深入人心,助推我国建造方式变革,本网将陆续摘录刊发该专著的相关内容,以飨读者。敬请关注!

本期为大家推介的是“一体化建造”系列之六:一体化建造创新技术!



在信息技术高速发展的新时代,一体化建造的创新发展必然要与信息技术深度融合。在设计阶段将会充分运用数字化设计技术;在生产阶段将会充分运用智能化生产技术;在施工阶段将会充分运用智慧化施工技术,实现一体化建造全过程的数字化、智能化和智慧化,从而全面提高工程建造的整体质量、效率和效益。


一、数字化设计技术



1 数字化设计概念


建筑领域的数字化设计区别于传统的手绘设计,是将设计师头脑中的概念方案通过CAD、BIM等载体转化为量化的数据参数建立数字模型,由计算机做集中的数据处理支持数据分析、汇总、可视化数据显示等工作后,准确表达设计各阶段的概念模型、方案图,施工图以及BIM模型等。

数字化设计通过各种软件工具来实现,概念草图阶段采用Sketchup等快速建模软件,可以高效建立三维体量表达设计的构思及空间关系,利用Grasshopper等插件搭载犀牛软件通过NURBS曲面方式可以进行参数化设计,采用BIM进一步将设计模型数据化,实现建筑的全生命期协同工作;随着数字设计技术的发展,设计工作网络化,未来可以实现在线设计、定制化设计、VR场景应用,并且业主可以实时体验,便于设计师及时调整,优化设计。



2 标准化正向设计


采用正向的数字化设计,通过建立统一模型、定位基准和命名规则,将不同专业各类族库集成在方案设计当中,自动实现标准化设计的同时,采用云端虚拟机的方式,实现本地与本地、本地与异地之间的工作协同,真正意义上实现各个专业实时协同作业,区别于传统二维离散的、点对点的协同模式。每一位设计师的工作内容变为整体模型的一部分,各个参与者基于共同的建模设计标准,完成整体设计模型(图6-1、6-2)。

image.png

图6-2 基于BIM的标准化正向设计

建立建筑模型时,结合装配式建筑的技术策划,组装并优化立面设计和平面设计,在确保预制装配式建筑正常使用性能的基础上,坚持多组合、少规格的预制构件设计原则,实现装配式建筑设计的系统化和标准化;结合装配式建筑一般结构体系、特殊结构体系的族库,建立结构模型,满足不同建筑在功能和性能上的需要;考虑设备的预留预埋、在合理准确、经济合理的前提下,从族库中优先选择并组装优化便于生产装配的机电模型;内装模型库的建立与组装,与建筑、结构、机电同步一体化进行,将功能前置条件、管线安装、墙面装饰、部品安装一次到位,最大限度减少专业间冲突(图6-3)。

image.png

图6-3 利用族库建立专业模型

利用数字模型,在设计阶段能够进行方案设计的模拟分析,将生产、施工和运维阶段的信息前置考虑,实现综合设计协调,提升设计质量和附加值。生产和施工阶段在设计阶段的工作基础上进行本环节各要素信息的补充和完善,通过BIM平台实现项目综合管控(图6-4)。

image.png

图6-4 利用族库建立施工模型

打造基于BIM技术的智慧建造一体化信息平台,使得建设单位、设计单位、施工单位、运维单位、供应厂商等在同一平台上协同作业,实现资源优化配置,全产业链各个环节基于平台充分协作,打破企业边界和地域边界等时间空间的限制,实现有效链接和信息共享。



3 BIM模型交付


我国建筑工业行业标准《建筑对象数字化定义Building information model flatform》JG/T-198-2007将建筑信息模型(Building Information Model)定义为:“建筑信息完整协调的数据组织,便于计算机应用程序进行访问、修改和添加,这些信息包括按照开放工业标准表达的建筑设施的物理和功能特点以及其相关的项目或生命周期信息。”

美国国家标准NBIMS对BIM的定义是:“1、BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;2、BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;3、在项目不同的阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。”

以上两个定义都明确了建筑信息模型中信息的重要性,也明确了这些信息要用于实现建筑的全生命周期的应用。BIM模型构件的信息主要分为两部分:一是几何信息,包括尺寸、位置、形状,另一类是非几何信息,包括产品信息(如生产日期、生产厂商、规格型号等)、建造信息(如安装时间、安装人员、质检人员等)、运维信息(如质保日期、维修日期、维修人员等)。BIM模型交付时,需要承载项目全专业信息——设计信息、构件生产信息、施工模拟信息、进度信息、质量检验信息、成本信息等,要具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。



4 BIM模型应用


BIM在设计策划阶段、生产装配阶段的应用有以下方面:

1. BIM模型应用——全景建筑体验

基于VR、全景虚拟现实技术,实现智能建造的建筑产品的绿色节能、质量优良实体空间;智能化虚拟“幸福空间” 、全景建筑体验等服务(图6-5)。

image.png

图6-5 智能化虚拟全景建筑体验

2.BIM模型应用——指标计算

传统的规划指标计算是由设计师通过设计图纸的表达与人工计算结合来使方案匹配设计要求。由于在前期方案阶段设计师艺术发挥的自由度比较大,不同的设计方案需要计算相应的的技术经济指标进行比对,因此反复的方案修改将带来庞大的指标核算的工作量。而方案方向确定以后,具体的方案修改也会引起指标的变化,都需要人工去自行核算,效率低下且精确度很难保证。通过BIM方式可以将图纸和BIM模型统计的技术经济指标实时关联起来,设计师对方案布局的任何修改都可以自动的由BIM软件完成相应指标的统计(图6-6)。

image.png

图6-6 BIM指标分析与信息输出

预制率和装配率是装配式建筑设计的重要技术指标,装配率的计算的前提是将预制混凝土部分和现浇混凝土部分区分开来。在BIM模型中可快速将预制墙、梁、板、柱、阳台、楼梯分别统计出来,同时也可以快速将现浇混凝土的工程量按不同类别统计出来,从而得到预制率结果(如图6-7)。

image.png

图6-7 BIM模型输出工程量统计预制率

3.BIM模型应用——场地设计

在建筑设计开始前需要对场地进行分析,对场地进行高程、坡度、朝向、水系、道路等现有要素进行分析。通过基于BIM开发的软件,如Autodesk InfraWorks软件可以比较准确客观的将场地的现状展示出来。可以通过软件的颜色设置将场地不同的高程或者坡度信息表达出来。也可以通过Revit或者Civil 3D进行场地平整和土方量计算分析等,确定最优的场地设计方案(图6-8)。

image.png

图6-8 BIM场地分析

4.BIM模型应用——建筑生态分析模拟

通过BIM对建筑方案进行能效数字仿真分析模拟,并实现分析数据的可视化,便于直观快速的理解。一般的生态分析模拟为流场模拟,相应的软件如Fluent、Phoenics、Autodesk simulation CFD、scSTREAM等,可以对室内外风速、温度、舒适度、风压、空气湿度等进行仿真分析,达到创造舒适的流场环境的目的(图6-9)。

image.png

图6-9 建筑生态分析模拟仿真分析

5. BIM模型应用——管线综合和碰撞检查

根据设计模型,进行各专业间的碰撞检查,形成检查报告和相应优化建议.运用BIM技术,对机电管线进行协同建模,并对管线综合排布质量与效果进行可视化审查,提高管线综合图审查效率和图纸审批效率(图6-10)。

image.png

图6-10 机电管线综合碰撞检查

BIM在结构与构件装配方案设计中的应用

应用BIM技术对预制构件内部、预制构件之间进行碰撞检查。避免传统二维设计中不易察觉的“错漏碰缺”(图6-11)。

image.png

图6-11 预制构件碰撞检查

6. BIM模型应用——节点设计与论证

应用BIM进行后期施工过程中,复杂部位和关键施工节点的论证,保证施工的可行性(图6-12)。

image.png

图6-12 剪力墙后浇带节点

7.BIM模型应用——投资估算

在方案阶段根据技术经济指标并结合对BIM模型中的各类建筑构件分类统计,无需再创建单独的算量模型或手算工程量,直接使用BIM模型进行工程量计算,实现算量模型和设计模型的统一可以相对准确的计算出工程量来,对于投资估算提供更可靠的数据。

基于BIM模型套用定额直接进行工程量计算,辅助项目的商务决策。在设计模型的基础上,搭建满足商务算量要求的BIM算量模型,输出成果后通过计价组合软件,根据市场价和企业定额价编制工程预算。通过校核无误的BIM模型根据定额规则进行实物量计算。

8. BIM模型应用——BIM数据传递至采购环节

通过BIM模型建立物资材料数据库,结合综合管理平台,根据构件生产、施工工序和工程计划进度安排材料采购计划,快速准确的提取施工各阶段的材料用量和材料种类,通过BIM模型的底层数据支撑作为物资采购和管理的的控制依据(图6-13)。

image.png

图6-13 自动生成工程量及造价清单

9. BIM模型应用——BIM数据传递至生产环节

BIM模型通过设计软件接口构件的工厂生产应用软件,实现设计信息到构件生产信息的传递和共享,避免了工厂生产管理信息建立时,大量繁琐数据信息的二次输入和输入的信息失真,达到设计生产一体化的信息共享(图6-14)。

image.png

图6-14 自动生成统计表格

10.BIM模型应用——BIM数据传递至施工环节

施工图设计阶段BIM模型全部完成后,所有施工图纸应通过BIM模型自动生成后导出。通过BIM模型导出的图纸是完全基于模型的反映,准确的模型即意味着准确的图纸(图6-15)。

image.png

图6-15 自动生成施工图



二、智能化生产技术



1 智能化生产概念


基于BIM的设计、生产、装配全过程信息集成和共享。互联网技术与先进制造技术的深度融合,贯穿于用户、设计、生产、管理、服务等制造全过程,对所有工厂生产的建筑部品部件及设备进行管控的生产信息系统,实现工厂生产排产、物料采购、生产控制、构件查询、构件库存和运输的信息化管理,实现生产全过程的成本、进度、合同、物料等各业务信息化管控,提高信息化应用水平,提高建造效率和效益(图6-16)。


image.png

图6-16  基于BIM的智能化生产模式



2 BIM数据接入生产系统


BIM数据信息直接导入生产管理系统,无需人工二次录入,实现工厂生产排产、物料采购、生产控制、构件查询、构件库存和运输的信息化管理。

设计环节完成的部品部件加工信息,通过云端导入生产管理系统,经过智能化识别,传递给对应的生产线;生产过程数据通过后续监控反馈,与设计原始数据形成回路,持续优化调整,最终生产全过程数据汇集至智能建造平台,实现装配式建筑全过程的智能建造管理(图6-17)。

image.png

图6-17  装配式建筑生产管理系统



3 计划协同与进度管理


依据BIM模型数据信息,智能进行计划协同和进度管理。实现计划动态调整,将施工进度计划、构件生产计划和发货计划进行及时匹配协调(图6-18)。

image.png

图6-18  计划协同与进度管理



4 材料采购与库存管理


通过BIM设计信息,自动分析构件生产的物料所需量,对比物料库存及需求量,确定采购量,自动化生成采购报表。生产过程中,实时记录构件生产过程中物料消耗,关联构件排产信息,库存量数据化实时显示,适时提醒;依据供应商数据库,自动下单供应商(图6-19)。

image.png

图6-19  材料采购与库存管理



5 BIM信息接入生产设备


基于BIM的装配式结构构件信息,直接导入加工设备,设备对设计信息智能识别和自动加工。无需图纸环节,各环节电子交付,减少二次录入,提高效率,减少错误(图6-20)。

image.png

图6-20  BIM数据介入生产设备



6 自动化生产过程


基于BIM设计信息,生产全流程自动化,无需人工干预的自动生产线,自动化完成一系列工序(画线定位、模具摆放、成品钢筋摆放、混凝土浇筑振捣、抹平、养护、拆模、翻转起吊等,如图6-21) 。

image.png

图6-21  生产全过程自动化


7 信息化质量检验


移动端填写质量检验表单,合格后方可进入下一道工序,移动端与系统联动,实现质量检验信息实时反馈(图6-22)。

image.png

图6-22  生产全过程质量控制



8 可追溯信息管理


采用二维码或RFID技术,赋予构件唯一身份标识,通过移动端 实时采集数据,进行原材料、生产质量、生产装配、运输物流、后期运维等全生命期可追溯性信息管理(图6-23)。

image.png

图6-23  全生命期可追溯



9 智能化堆场管理


通过构件编码信息,关联不同类型构件的产能及现场需求,自动化排布构件产品存储计划、产品类型及数量,通过构件编码及扫描快速确定所需构件的具体位置(图6-24)。

image.png

图6-24  基于RFID的构件成品出入库及堆场管理



10 精细化物流管理


信息关联现场构件装配计划及需求,排布详细运输计划(具体卡车,运输产品及数量,运输时间,运输人,到达时间等信息)。信息化关联构件装配顺序,确定构件装车次序,整体配送(图6-25)。

image.png

图6-25  构件运输自动化匹配

利用条形码、射频识别技术、传感器、全球定位系统等先进的物联网技术通过信息处理和网络通信技术平台应用于预制构件运输、配送、包装、装卸等基本活动环节,自动规划装载路线,精确预测到达时间,运输状态实时监控,实现预制构件运输过程的自动化运作和高效率优化管理,提高物流水平,降低成本,减少自然资源和社会资源消耗(图6-26)。

image.png

图6-26  构件运输精细化管理


三、智慧化施工技术



1 智慧化施工概念


智慧化施工是指应用BIM、物联网、大数据、人工智能、移动通讯、云计算及虚拟现实等信息技术与机器人等相关智能设备,实现工程施工可视化智能管理。



2 基于BIM信息的装配现场


现场装配阶段是装配式建筑全生命期中建筑实体从无到有的过程,是以进度计划为主线,以BIM模型为载体,通过现场装配信息同设计信息和生产信息充分共享与集成,将现场装配和虚拟装配有效结合,实现项目进度、成本、施工平面、施工方案、质量、安全等方面的数字化、精细化和可视化管理,减少后续实施阶段的洽商和返工,从而提高工程建造的装配效率、质量和管理水平(图6-28)。


image.png

图6-28 基于BIM信息的装配现场



3 场地平面布置预演


场地平面布置采用BIM技术预演工程现场,布置各个阶段总平面各功能区(构件及材料堆场、场内道路、临建等)、大型机械、运输路径、临时用水、用电位置,实现工程动态优化配置,形象展示场地CI布置情况,进行虚拟漫游,模拟施工工况,对平面布置中潜在不合理布局进行分析,对安全隐患进行排查,进一步优化平面布置方案,使其更经济、完善,更加符合绿色节能环保趋势(图6-29)。

image.png

图6-29  各阶段平面布置



4 施工进度预演


施工进度预演是通过BIM与施工进度计划相链接,将空间、时间信息整合在一个可视的4D模型中,针对施工阶段可能出现的问题逐一修改,并提前制定应对措施,合理制定施工计划、精确掌握施工进度,优化使用施工资源,对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制,以缩短工期、降低成本、提高质量(图6-30)。

image.png

图6-30  施工进度预演



5 装配工艺工序预演


装配工艺工序预演让参与方在同一界面、标准下有效沟通,在施工过程中,对构件吊装、支撑、构件连接、安装以及机电其他专业的现场装配方案进行工序及工艺预演及优化,进行施工进度、质量控制,达到降低成本,缩短工期的目的(图6-31)。

image.png

图6-31  施工工艺模拟图



6 可视化作业指导


通过BIM技术、RFID芯片、二维码、移动终端等,直接快速查询BIM模型、大样详图、指导文件及视频等,在安装操作过程中保证构件、设备、部品部件等安装的精准性和协同性,方便指导施工,减少施工错误,提高施工质量与效率(图6-32)。

image.png

图6-32  可视化作业指导示意图



7 现场实际高效施工


完成各项工程预演后,最大可能排除现场施工隐患、优化设计和施工工艺,使得装配施工阶段实现真正提质增效(图6-33)。

image.png

图6-33  智慧化现场施工示意图



四、智慧建造平台



1 智慧建造平台概念


智慧建造平台,是应用BIM技术支撑工业化建造全产业链信息贯通、信息共享、协同工作,融合BIM与ERP相结合的信息化技术,利用云计算 、物联网、人工智能等技术,建立一体化的数字管理平台,将设计、生产、施工的需求和建筑、结构、机电、内装各专业的设计成果集成到一个统一的建筑信息模型系统之中,系统建立了模块化的构件库、部品库和资源库等,实现了各参与方基于同一平台在设计阶段提前参与决策、工作过程实时协同、构件及部品的属性信息适时交互修改等功能,实现工业化建筑全产业链的数据获取、数据分析与数据应用,如图6-34。

image.png

图6-34  中建科技装配式建筑智慧建造平台 



2 智能建造平台应用-项目及部品部件库


建立及调用丰富的项目、部品部件库,进行正向装配设计,为项目建设提供设计支撑,指导构件生产和现场安装。



3 智能建造平台应用-在线采购


对BIM轻量化模型进行数据提取和数据加工,自动生成工程量及造价清单,对接到云筑网完成在线采购,实现算量和采购的无缝对接,保证准确算量与高效采购(图6-35)。

image.png
图6-35  在线采购示意图



4 智能建造平台应用-综合查询


通过识别构件唯一标识,对构件BIM轻量化模型的基本信息、生产信息、质量信息、进度信息、成本信息等进行综合查询(图6-36)。

image.png

图6-36  综合信息查询示意图



5 智能建造平台应用-远程项目监控


结合远程监控系统和机器视觉技术,对工厂和项目进行全天24小时不间断监控,监控视频结果云端存储同时实时动态数据可在平台远程调取,实现对工厂生产和现场施工的监管(图6-37)。

image.png

图6-37 远程项目监控示意图



6 智能建造平台应用-质量管理


通过移动端APP实现工厂、现场全生命期质量管控,在线完成质量安全联动检查、整改与复查循环,数据自动同步至云端(图6-38)。

image.png

图6-38 信息化质量管理示意图



7 智能建造平台应用-人员管理


实名制系统数据可实时显示现场人员名单、所属单位以及个人实名制信息。同时可通过二维码的形式,以人为管理单元将该工人实名制数据传递至其他相关平台(图6-39)。

image.png

图6-39  人员管理示意图



8 智能建造平台应用-进度管理


进度管理系统,利用BIM模型,时时录入数据,实现任意指定时间下的工程计划进度与实际进度的对比分析,对施工流水段的相关工序进行分析和优化调整,直接掌控该任务现状对总工期的影响,确保工程项目按时完工。同时,可以将日常施工任务与进度模型挂接,建立基于流水段的现场任务精细管理,并推送任务至相关人员的移动端进行任务指派(图6-40)。

image.png

图6-40 实时动态进度管控示意图



9 智能建造平台应用-成本管理


建立基于BIM技术的成本管控云平台,让实际成本数据及时进入数据库,成本汇总、统计、拆分实时调取。建立实际成本BIM模型,周期性按时调整维护好该模型,通过平台可以实现工厂和项目各阶段的工程成本实现精益建造控制(图6-41)。

image.png

图6-41  动态成本监控示意图

积极开展先进信息技术和人工智能设备在一体化建造中集成应用,为建造过程提供平台支撑,打通全产业链中数字化设计、智能化生产、智慧化工地等各环节之间的信息共享通道,立足于用智能化手段实现装配式建筑全链条、全流程、全方位的系统性集成智能建造,是实现REMPC工程总承包高效、优质建造为目标,促进建筑业技术升级、生产方式和管理模式变革,塑造绿色化、工业化、智能化的新型建筑业态。


责编:皮诺

解读行业热点,尽在装配式建筑网微信,扫一扫二维码关注

发表评论

最新评论
Eastland
研究生,关注电商、在线旅游...

研究总监

375篇文章111个评论