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To BIM or not to BIM——预制混凝土行业的挑战:应用经验

发布时间:2017-08-23    阅读量:1911

编者按

    全文转载自:CPI(国际混凝土工厂)杂志

    作者:Alejandro López Vidal(由于微信发布限制,原创声明中未用全名)

    作者单位:Technical Director of ANDECE, Spain

    原文题目:To BIM or not to  BIM——预制混凝土行业的挑战

    本文内容在CPI杂志上分为两篇文章报道:《 改变建筑行业工作方式第一部分:背景》和《改变建筑行业工作方式第二部分:建筑信息模型(BIM)相关经验》。

    限于篇幅,本网亦按照原文报道方式以两篇文章转载,第一篇已发表:To BIM or not to  BIM——预制混凝土行业的挑战:背景,介绍BIM概念、相关软件及现状;第二篇题目为:To BIM or not to  BIM——预制混凝土行业的挑战:应用经验,介绍BIM在装配式建筑中的应用。        

 

作者简介

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      Alejandro López-Vidal,生于1978年,毕业于西班牙莱昂大学工业工程专业。

    他自2008年起任职于 ANDECE(西班牙预制混凝土协会),并于2013年担任技术经理。他同时还是Technical and Environmental Commissions of BIBM等几个预制行业相关组织机构的成员,还是CEN/TC 229的西班牙代表。他还是西班牙第一个预制混凝土构造学硕士。 

     

      众所周知,BIM 在设计和构造中的使用日益广泛。从发表在《CPI 国际混凝土生产厂》2017 年第 1 期中的本文第一部分内容可知(To BIM or not to  BIM——预制混凝土行业的挑战:背景),加大 BIM 方法的引入对于预混凝土行业而言是一个绝佳的机会,这有助于其在未来的建筑方面巩固其重要地位。 我们现在使用 BIM 方法检验现浇施工工艺工业化方面的一些主要差异,考察一些基于 BIM 方法的预制混凝土建筑项目的经 验,并在 BIM 对象库中查看预制混凝土产品的生产现状。

      BIM 中的“I”不仅是指信息(information),更是指 工业化(industrialization

      建筑项目如今已成为涉及内容复杂、高度专业化和分散化的专业性服务。完成建筑项目往往需要强大的跨学科团 队以及包括客户及其代表、设计师、承包商甚至建筑产品供 应商等一些有意愿合作的利益相关方。使用 BIM 方法的优势 在于所有的项目合作者都可以使用相同的虚拟模型;如果没 有各方协同且精确地调整其系统,则其中的任何一个组件都 不可能发生改变。

      此外,必须指出的是,相对于传统的混凝土建筑,预制混凝土建筑解决方案拥有广泛的技术和功能优势:建设速度更快、质量控制更好、场地影响和浪费更少、耐用性更强且全寿命周期成本更低。

       最重要的是,BIM 方法和工业化预制混凝土建筑都具有一个重要的因素:精度。这两个概念都需要在整个施工阶段实现其几何精度,从而促使工作最终取得成功。

       遵守设计产品尺寸以及生产和安装公差是必不可少的,这样旨在充分连接预制构件,使这些构件之间,甚至与其他建筑物或基础设施部件之间不会发生碰撞。在成本影响最小 的情况下,在设计阶段自动排除此类干扰或冲突(见图 1)。

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 1 预制混凝土结构

    另一方面,传统施工工艺所承担的任务大大减少:当 一方设计时,其他方提供材料并负责安装模板和其他构件。 由于非工业操作方法所固有的不确定性极大,以及更改订单代价大、超支或延迟等问题都时有发生,这些错误几乎是不可避免的(见图 2)。

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 2 现浇混凝土结构

      预制工厂中的施工精度和工厂控制条件不仅对于生产出精确的形状来说是极为理想的,还能确保达到设计中所提出的确切的几何形状这一要求。另一方面,图2显示了常规的现浇混凝土工作方案,凸显了操作过程中缺乏一致性的问题。尽管相关结构性项目是由 BIM 软件进行的,但最 终的结果却使任何 BIM 项目都站不住脚:几何精度。

      为了更清楚地观察这两种建筑之间的差异,可以在预制结构中,使机械和电气管道系统穿过或紧挨预制构件。BIM 3D 交互式建模可以保证项目中所涉及的各种交互对不同系统所在的位置进行实时查看 [1]。在传统结构中,只要遵守设计说明,理论上不会产生空间误差,但是在工地中由人为干预而引起的错误将会改变一些结构性 部件和封闭式元件(机械和电气装置等)的真实空间分布, 从而导致工地上各种问题层出不穷。

       此外,更多地使用平板电脑和智能手机中的应用程序 或软件来监督施工是否正确可以确保清楚地了解这两种技 术之间的差异。因此,要在项目中使用更多的 BIM 工具,就需要使用更多的工业化建筑系统。

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   图 3  这个工地的软件用于对工程的监督、质量保证以及安全检查,重要小事项清单由照片、红线以及使用PDFCAD BIM绘制的图纸体现

 

预制混凝土公司:何去何从?

       预制混凝土公司应先将产品信息转换为 BIM 文件(IFC 等),使之成为一组具有明确定义的信息,从而生成任何 BIM 软件均可使用的产品模型视图。对建筑产品制造公司而 言,BIM 的产品信息可能存在两种形式:

       a)通用信息加几何数据,通常以 3D 模型展示出来。这是最基本的方法,该方法是将接收到的信息设置成其形 状和空间尺寸,使其可以兼容在项目系统中,如用于 搭建架构的横梁、用于搭建立面的面板等。

       b)更为完整的信息,包括其他属性(3D 7D):除几何信息外,它还包括产品的任何其他属性。

       BIM 文件中的两种信息都可以通过产品数据模板(PDT excel 电子表格合并生成,以便于数据的实现。PDT 是每 种产品类型的标准问卷,如下表所示:

几何数据

更多完整数据

信息类别

字段(要包含的元素建模)

建议

型号

砌块 ANDECE  40x20x20

产品类型(商标,代码等)的识别

模板类别

预制混凝土构件名称

例如,EN标准所涵盖的产品

模板版本

V.1(2017 2 )


类别描述

描述

例如,EN标准范围(第 1章)

制造商数据

公司名称,网站,电话,联系电子邮件等

 

任何用来描述产品数据,如有需要 还包括外部参考(图纸、图片、指南、  网站等)

建筑物数据

类型、型号、材料、颜色等

几何数据

长度、宽度、高度、重量、公差或所有其他 尺寸(一般或特定)


应用数据

预期使用、处理或安装指南、操作和维护等

性能数据

压缩强度(混凝土)、极限抗拉强度(钢)、 机械阻力、安全设计因素、阻燃和耐火反应、 耐久性、隔音参数等

例如,EN产品标准所规定的技术

特征

其他信息

 

所有加固物,包括已详细说明和已有建模的 拉力元件、起重设备等

增加的 LOD≥ 350

可持续性(6D

 

隐含碳、生命周期分析(环境产品声明)、 再循环或二次聚合内容等

可持续认证计划(BREEAM

LEED等)所需的信息

1:预制混凝土产品的产品数据模板(PDT)示例

       每个 PDT 旨在预测各方信息,从规范、操作到停用和替换。当制造商生成 PDT 时,它会成为产品数据表(PDS),用数字的形式描述产品 [2] 制造商不需要填充所有的字段,填充多少取决于所要覆盖的开发程度(LOD)。BIM 模型是包含专有数据的文件。 这种文件可供提取、交换或联网,用来支持关于建筑物或其 他已建资产的决策。而公司本身则必须决定有多少信息需要 通过一些已经提到的或公司网站上提供的 BIM 对象库进行共 享和公示。

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4LOD200预制混凝土结构倒T梁, 包括类型和近似几何形状

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5LOD400预制混凝土结构倒T梁, 包括所有加固物,包括已详细说明和已有建模的拉力元件、表面抛光、外倾角、 倒角等

      BIM 的适应过程仍然存在挑战,预制公司共同面对这 一挑战可能会更有利于解决问题。至少在第一步就可以优化时间、成本和人力资源。有一些里程碑式的事情必须加以强 调。

    如,美国 PCI 2010 年成立了BIM 委员会,其任务是开发和报告将BIM用于预制混凝土结构的有关信息。2012年,几个芬兰预制产品生产商与国家物业管理公司 Senaatti Skanska 等行业领先的总承包商、业内领先的工程办公室以 及软件供应商Tekla合作,实施了一个名为BEC 2012的项目, 旨在创建预制模型指南,从而充分利用 3D 建模在预制工业中的应用,为工作流程、协作和BIM顺利进展创建更为有利的环境 [3]

      2016年,英国预制公司推出了用于管道、砌块、 地板横梁和空心管的 PDTs 选择系统,旨在与设计师和承包商之间更为广泛地讨论BIM水平 2 [2] 需要怎样的产品数据。 西班牙预制混凝土协会ANDECE最近在BIMETICABIMobject BIM&CO 等平台上推出了几个 BIM 对象库,如表 2 所示。 这些对象库提供通用预制混凝土产品的详细信息,从而告知本国该行业从业者,他们应将自己的产品目录调整为 BIM 件,以便其适应日益增加的 BIM 解决方案。

BIM对象库

预制混凝土产品

链接

地理范围

BIMobject

ANDECE开发的10种通用产品, 以及 13个商标对象

1)https://bimobject.com/es/andece

 

2)http://bimobject.com/es/product?brand=crh-concrete

主要在欧洲

NBS National BIM Library

最为完整,包括超过 200个商标对

3)https://www.nationalbimlibrary.com/object-types

英国

SMARTBIM

27种产品,既有通用产品又有商标 对象

4)http://library.smartbim.com/search?q=precast

产于美国

BIMETICA

 ANDECE开发的 10中通用产品

5)http://bimetica.com/es/andece.html

西班牙和拉丁美洲

BIM&CO

研发中

6)https://www.bimandco.com/es

产于法国

BIMTOOL

14种通用产品

7)http://www.bimtool.com/Catalog.aspx?criterio=prefabricado

拉丁美洲

 2:几个BIM对象库内的预制混凝土产品全球概览(更新至 2017 2月)

       CPE(欧洲建筑产品组织)代表着所有欧洲建筑产品制造商的利益,即开发 所谓的智能 CE 标识,以便快捷地将CE标识(性能声明) 中的数据链接到BIM电子表格中。

       例如,BIMobject云已经包含了近1700万个对象,但只有23个是预制混凝土产品。这就表明 BIM 平台上普遍缺乏 这些产品,需要不断增加。任何建筑师、工程师、构造人员、 学生或用户通常都可以免费访问制造商特定的 BIM 对象,并 在其项目中使用它们。在这种平台上展示的目的也是为了协 助制定营销决策(数字策略)。

       ANDECE还在今年举办了一场大学生竞赛,重点关注使 BIM 对象库进行预制混凝土系统的设计 [4],发掘未来行业的决策者。

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6ANDECE BIMobject云上开发的预制混凝土产品库

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 7:从3D模型设计(BIM)到每个元素及其生成的完整描述


对预制产品生产者而言的其他优势

        BIM对于预制产品生产者而言具有很大的潜力。BIM可以确保精确地识别所需信息,从而准确地对项目(结构,外观等)进行成本计算以及制造所有组件(横梁和支柱、面板等)。

       BIM技术的适用性完全取决于预制产品。预制结构不像结构钢那样 简单,因此不能直接适用于BIM软件。预制混凝土是一种灵活的设计材料, 可以制成适合任何大小的形状和定制配置,因此当试图模拟预制产品制造 中所涉及的因素时,就需要捕获更多的参数。它包括许多标准的细节,或 零件和部件,所有这些都需要进行准确的捕获并传送到软件程序中。这意 味着将要耗费许多时间,从而充分适应 BIM 并发挥这种方法的最大潜力。

      对任何已经决定使用 BIM 技术的预制产品生产商而言,最主要的建议 是分析多种软件,并选择一款最为便捷的。这就涉及到一些相关内容,如 它制造的产品类型、生产能力、软件功能以及其与其他软件的互操作性 售后技术服务,甚至于解决问题能力、公司绩效(从简单的生产者到提供 完整的施工)等。其他重要的问题是公司员工最初进行软件学习和培训所 需要的时间和成本,但这是一种可以快速摊销的投资,同时还有要获取的 软件许可证的数量。

      Tekla软件可能会突出显示,因为CPI杂志已刊的几篇文章均已显示了 这款预制软件的价值。Tekla将设计和细节与制造和项目管理相结合,简 化了从投标到交付的整个预制工作流程。它能够详细描述任何预制混凝土 结构,改进文档生成、计划以及控制制造,并发现可构造模型的潜在问题。

       一个具有说明性的例子是西班牙预制公司PRECON2014 年开始使用 Tekla 的情况,其中BIM工具的实施几乎贯 穿从设计到交付的整个过程,涉及所有企业部门:技术 生产、物流和安装。PRECON最近的一项工作是在Alcorcón(马 德里)建造宜家,长 235 米,宽 160 米,共有 3 层楼,完全 采用预制的方法,展示了采用BIM的优势 [5]

       - 准确评估并在出价时管理风险;

       - BIM以前的模型用于显示宜家所有的建筑结构安排,从 而更好地决定所选择的替代品;

       - 减少 70%至 80%的制造误差,并尽量减少返工;

       - 加快设计过程,与以前的工作方法(CAD)相比减少了

       BIM应用的其他相关贡献是,其对于在相同建筑中一起工作的两个或多个预制产品生产商而言用处很大。他们可以参考相同的 BIM 模型,例如,如果一方承担结构,另一方则 负责外观,最后一个关注城市化。预制行业能够提供全球性 且高效的解决方案,使其成为更具竞争力的选择,尽管它们 可能由不同的公司提出。

      另一方面,一些其它预制混凝土产品,特别是那些通 常具有标准化的(道路,砖块,管道等)非结构性产品,可 能不会从使用 BIM 中获得太多利润。在这种情况下,预制构 件所起的作用通常是作为一个简单的提供者,而不是介入其 余的建设阶段,因此其适应 BIM 将被限制为将其产品目录转 换为 BIM 文件并提供给第三方(设计者、承包商等)。

       最后,CAD工具将会继续在预制工业中得到使用,但 在生产或执行计划时会减少使用 CAD绘制简单图纸的频率。


结论

       显然,预制行业已经开始走出一条与 BIM 完全一体化的路子,所有相关公司都必须主动适应这种方法以提高自身竞争力。 在此情况下,预制混凝土公司应至少准确地将其 所有组件进行数字化处理,生成BIM文件并上传到某些对象库。BIM是基于从设计到施工甚至包括生命服务在内的任何 建筑或基础设施部件的准确性而创建的,这与工业化系统如预制混凝土结构和外墙设计、生产和安装等的操作方法 相同。 由于这个原因,预期在建筑行业蓬勃发展的环境下, 更多的预制混凝土系统会应运而生,其中效率、期限、无额 外成本或可持续标准将受到绝对的重视 [6] [7]           


参考文献

[1]   How far has BIM come in the precast concrete industry? NPCA. 2010  http://

precast.org/2010/07/how-far-has-bim-come-in-the-precast-concrete-industry/ [2]  Product  Data Templates  (PDT) for BIM Launched. British  Precast Concrete.

2016 http://www.britishprecast.org/News-Events/2016/PRODUCT-DATA- TEMPLATES-(PDT)-FOR-BIM-LAUNCHED.aspx

[3]   BIM in practice: consistent model information  supports fabrication facilities and site work. CPI. 2014  https://www.cpi-worldwide.com/en/journals/ artikel/37638

[4]  ANDECE y el espacio BIM en edificación, en urbanización y en infraestructuras. http://premioandece.com/

[5]  Caso de éxito  de PRECON en la implantación de Tekla por Construsoft.  2017 http://construsoft.es/experiencias/testimonios/

[6]    El BIM en la construcción industrializada.  Vídeo jornada técnica “Proyectando en BIM”. Alejandro López. 2017  https://www.youtube.com/watch?v=14eRgwc YR9Q&feature=youtu.be

[7]Curso de Especialización – Especialidad en proyectos con soluciones constructivas con prefabricados de hormigón  o concreto. Maestría Internacional  de Soluciones Constructivas con Prefabricados de Hormigón o Concreto. ANDECE – STRUCTURALIA. 2015. www.capacitacionprefabricados. com

 

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