BIM：开启智慧建造新时代

近年来，工厂化预制加工和现场拼装组合的施工方式，获得了很大进步，在保证施工质量的同时，也大大提高了施工效率和安全性。在未来的5-10年内，BIM技术与数字化加工集成的技术将成为建筑产业现代化的关键应用技术之一，推动我国的建筑行业向精细化、批量定制化、信息化生产方向发展。

将BIM模型用于数字化加工，可以通过工厂精密机械自动完成建筑物构件的预制加工，制造出来的构件误差小，预制构件制造的生产率也可大幅度提高。同时，建筑中的许多构件可以异地加工，然后运到建筑施工现场，装配到建筑中，如门窗、整体卫浴、预制混凝土结构和钢结构等构件。这样的应用过程使得整个建造的工期缩短并且容易掌控。

数字化是将不同类型的信息转变为可以度量的数字，然后将这些数字保存在适当的模型中，再将模型引入计算机进行处理的过程。数字化加工则是在应用已经建立的数字模型基础上，利用生产设备完成对产品的加工。制造业的生产效率和质量在近半个世纪得到突飞猛进的发展，生产成本大大降低，其中重要原因之一就是利用了数字化加工技术。

BIM+数字化加工 保质提效

BIM与数字化加工集成意味着将BIM模型中的数据转换成数字化加工所需的数字模型，使设备根据该模型进行数字化加工。为此，一般需要通过特定的步骤，从BIM模型中提取加工作业所需要的尺寸、数量等参数，并转换成规定的格式后直接传输到加工设备。当加工设备接收到相关数据后，会按照设定的工序和工步组合和排序，自动选择材料、模具、配件和用料数量，计算每个工序的机动时间和辅助时间，形成加工计划，并按计划进行加工。

BIM与数字化加工的集成应用不仅贯穿建筑部品部件设计和生产过程，而且涉及企业的设备布置、生产计划、成本分析等多个方面，目前已经形成一些特定的集成模式。在传统的建筑工程中，建筑部品部件在露天环境下人工操作完成。这种模式暴露出一些问题：一方面现场施工条件差、管理难度大、产生大量的建筑垃圾，钢材、混凝土、木材等建筑材料浪费严重，为防止工程质量和安全事故等问题，需要付出相当大的精力进行管理；另一方面人工成本逐年增大，熟练和半熟练技术工人越来越缺乏，“用工荒”的出现导致工人工资大幅提高，人员流动性大，迫使工程成本增大。

采用BIM与数字化加工的集成方法，则可通过信息系统，即BIM与自动化生产线集成应用系统，将BIM模型导入到自动化生产系统中，实现在工厂中生产建筑部品部件。其原理是BIM模型中包含了尺寸信息，通过开发软件即可从中自动提取这些信息，以规定格式的数据文件输出，再将其导入数字化加工设备，即可实现数字化加工。

传统的现场施工在工程项目竣工后，还有大量的后期维护、保修工程等工作，同时，一些北方地区的施工周期短，施工效率低。这些问题都要求建筑业思考和探索如何改变传统施工方法，采用工业化生产流水线方式，保证住宅建设质量，提高施工效率，减轻劳动强度，改善施工环境，避免安全事故，减少资源浪费和提高经济效益。

中民筑友有限公司长沙产业园就采用先进的信息技术和自动化技术设计P C预制构件生产流水线设备并用于生产PC预制件，此生产线包含了两条循环流水线布置在24米的厂房内，内墙板与外墙板混合生产，生产线上台模尺寸为9米× 3.5米，养护窑含有90个库位，可放置90块台模。单条线的生产节拍时间为15分钟（以后最快达10分钟），合线部分生产节拍时间为7.5分钟（以后最快达5分钟）。

生产数据通过BIM系统和MES系统在生产过程的传输，预设生产数据或者现场反馈数据汇集到BIM设计模型，然后生成相关的工程量清单（清单包括各种参数，如产品类型、种类、数量及原材料数目、种类和生产节拍等）通过MES系统转换格式并输出到现场控制的各个单元，生产完成后的实际参数会通过固定的接口重新返回到BIM模型中并重新设计调整，至此开始下一个周期循环。

单个运行周期可细分以下几个阶段，一是BIM软件建模和拆模 ，在使用BIM软件进行建模之前，设计师会先做两部分工作：首先是设计框架，即依据工程CAD图纸或者三维模型搭建框架，读取这些通常为DXF/DWG/IFC格式的设计文件，并可以智能分析预制构件。其次是设置参数，即根据不同的产品类型和其元素关系进行具体参数设置。完成上述工作后，便可以生成相关模型并为下一步拆模做好相应的准备。

二是MES系统的过程处理。首先是产品数据导入和优化，以建筑信息模型图纸为基础，以产品结构为核心组织产品的工程数据，管理与产品相关的静态信息（包括零部件信息、CAD文件）和工艺路线。产品结构管理以物料清单（BOM,Bill of Material）为管理手段，系统提供产品结构的分级维护功能。为了让应用层的现场设备能够识别设计软件预设的数据，MES系统对数据进行格式转换，输出相对应的文件格式到现场控制系统。其次是实时监控，过程监控实现对生产订单、生产计划执行情况从粗到细的实时监控，主要划分为产品订单监控、综合计划监控、生产作业监控三个逻辑层面，为管理人员提供所需的生产过程信息，从而实现生产过程的透明管理。再次是生产控制，通过可配置的生产方案和路径优化来控制循环过程，主控计算机会监控工厂的实际状况并根据生产方案状态来将托模从一个工位送至下一个工位，直至该托模的预设工序全部正常完成。

三是中控系统对整个自动化生产过程控制及现场管理。中控系统是一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使用户能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。系统可以对生产线上的设备状态、工艺参数等情况进行实时监视并且可以用图表格式显示到主屏幕，根据现场所采集到的各种生产数据，用多种方式列表对这些数据提供保存、查询等并上传到MES系统进行分析处理。

建成后的生产线适用于平面混凝土预制品，比如实心墙板、实心楼板、叠合墙板、叠合楼板、三明治板、外挂板等。目前此生产线已经进入试生产阶段，主要生产内墙板和外墙板这两个混凝土预制产品。

采用BIM技术融入到工业化生产流水线方式，缩短了生产周期，同时提高了生产效率。这种新模式打破了传统建造方式受工程作业面和气候的影响，在工厂里可以成批次的重复制造，使高寒地区施工告别“半年闲”。

BIM技术融入到工业化生产流水线方式解决了生产线信息共享问题。从事不同岗位的工程管理员可以从这个模型中拿出各自需要的信息，既能指导实际工作又能将相应工作的成果更新到模型中，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效共享，从而起到了提升项目管理水平、缩短管理链条、提高效率、降低建造成本的作用。

将BIM技术融入到工业化生产流水线方式，是建筑业提高工业化水平、建造效率与建造质量的重要手段与必然趋势。建设的住宅与传统生产方式相比，全面提升了住宅的综合质量和品质。每一工程由于采用预制装配整体式混凝土剪力墙结构技术，所有的结构构件在工厂预制，现场装配化施工，基本消除了墙体常见的渗漏、开裂、空鼓等质量通病，实现了主体结构精度偏差以毫米计算，偏差基本小于0.1%，室内空间舒适度有了明显提高。

BIM+数字化加工 多方协同

BIM在管线预制加工中应用的核心在于提取和集成BIM数据，形成预制加工全过程的BIM数据库，基于该BIM数据库实现快速设计与建模，并将深化设计、预制加工、材料管理、物流运输、现场施工等各工作环节有效链接；各参与方在终端进行信息的录入和修改，并在云端进行信息的集成，实现多参与方协同合作。

管线预制加工中BIM与数字化加工的集成原理主要包括三个方面，一是BIM数据提取及集成。通过建立有效的协同平台，规范数据的读取以及录入，建立BIM数据库。在实施阶段根据需要从BIM数据库中提取有用的信息，设计处理完成后将数据再集成到BIM数据库，保证数据的一致性，避免了传统模式中的重复性工作以及工序间的信息缺失。

二是BIM的管道半自动化设计。采用自动建模与手动建模相结合的BIM建模方式，通过创建构件部品部件库，梳理优化管道拼装原则，实现模块化BIM模型的自动绘制，在自动建模的基础上同时也提供用户手动修改的途径，实现高效且灵活的建模方式。设计完成后，可根据需要自动导出料表及深化设计后的成套图纸。此种方式跟传统方式相比大大减少了深化设计以及出图的工作量，提高了深化设计的效率。

三是状态可视化标识设计。在工程中预制管段、支架以及管组的设计状态是非常重要的指标，通过对设计完的管段、支架和管组着不同颜色来区分。具体做法是：建立了构件实体在不同设计状态下的颜色状态标识表，不同阶段的设计操作人员结合颜色状态标识表录入信息，及时将管线所处的设计状态显示在管理平台中，此种做法比传统的管控更加直观快捷，方便全过程的及时管控。

由于宜家的业主对绿色施工、文明施工要求高，要求尽可能减少现场作业，以及该项目支吊架和管道都采用二次镀锌工艺，按传统工艺加工装配后再镀锌，成本压力大。此外，项目工期紧、机电安装工程体量大，工期履约要求高，提高预制加工效率需求强。

同时，工厂化的预制加工也存在一定的问题，如预制加工前后各个环节关联性弱、信息易传递错误，直接影响工程设计、加工、物流、仓储、安装的有序可控。结合目前BIM技术的发展，只有采用BIM技术解决这些问题，才能使工厂化预制、项目应用实施成为可能。

为实现基于BIM技术的预制加工综合管理，本工程通过开发基于BIM技术的工厂化预制加工系统（简称BIM-FC系统），改变传统的手动建模方式，实现基于BIM技术的支架与管道模型的快速设计与建模，并以该系统为核心，将深化设计、预制加工、材料管理、物流运输、现场施工等各工作环节有效链接，实现多参与方协同合作。同时，将该系统与BIM信息管理集成起来，实现机电设备工程预制加工和装配组合的综合信息化管理。

首先需要依据机电设备、管道设计蓝图进行精确地建模。建模可结合自动建模以及手动建模进行。为便于将已建好的模型在BIM-FC系统中再进行深化设计、预制加工应用，模型需要建立精确。特别是针对管廊、机房等部位，仅需把固定支架设置的具体部位进行标记，在BIM-FC系统进行识别定位，作为管组支架等设计的分割点。

在BIM-FC系统中打开BIM模型后，进入到深化设计子模块，对需要预制的管道进行划分。在BIM-FC系统中，用不同的颜色标识来区别构件是否已设计划分完毕。在应用前期，需要分析各类支架的特点、常用形式，并整理支架用型钢力学数据，把此类数据归纳整理成算法融入BIM-FC系统中。在BIM-FC系统中打开基础模型后，进入到支架设计、管组设计应用。在应用BIM-FC系统的设计工程中，以平面设计操作为主。另开设一个三维窗口查看，确保所见即所得地进行可视化设计。

围绕BIM-FC系统的工厂化施工流程主要包括设计、加工、物流、仓储、装配的动态工程。在设计过程中，通过对设计完的工作着不同颜色来区分，加工后的数据反馈回BIM-FC系统进行标记。通过后台授权系统，给予每个用户不同权限，通过扫描构件二维码，出现对应界面来处理相应业务。用户处理完流程后，构件自动改变颜色和属性。例如，库管员扫描构件后，出现入库选项，流程办理完成，BIM模型中构件颜色发生变化，属性由物流状态变为入库状态。

相比传统预制加工模式，BIM-FC系统整体自动化程度高，可实现基于BIM模型的快速支架设计、管组设计，生成加工料表，但对于结构复杂处的支架设计还需要人工调整。

BIM+数字化加工 改变传统建造方式

与传统的建筑部品部件加工方法相比，BIM与数字化加工集成应用带来显著的核心价值。BIM与数字化加工的集成应用为建筑业工业化实现了信息的高效创建、精细管理和准确传递，同时，基于BIM模型的三维设计、装配模拟、采购、制造、运输、存放、安装的全程跟踪为建筑工业化过程管理提供了很好的手段。利用BIM模型数据和自动化生产线的自动集替代传统的“二维图纸-深化图纸-加工制造”流程，提高了数字化加工的效率。

采用工业化生产方式，节能降耗效果显著。据相关统计显示，通过采用工业化生产方式，若预制率达到了90%以上，则施工现场模板用量减少85%以上，现场脚手架用量减少了50%以上，钢材节约2%，混凝土节约7%，抹灰工程量节约50%，节水40%以上，节电10%以上，耗材节约40%，管理费用节约50%，项目综合造价大约节省15%以上，经济效益十分明显。

新的模式打破了传统建造方式受工程作业面和气候的影响，在工厂里可以成批次的重复制造。以建设一栋30多层的普通高楼为例，传统方式要建两年，采用BIM与自动化生产线集成应用技术则当年可建成，大大缩短建设周期。另外，在建造成本方面，新的造价比传统方式节约15%以上，而人工则降低至原来的60%左右。

相比传统预制加工模式，BIM与管线预制加工集成应用可实现基于BIM模型的快速支架设计、管组设计，生成加工料表。在生产要素方面，可实现加工集中，材料零部件匹配性强，损耗少，废料循环利用，单位平方米出碴量大大降低；机械工厂化，加工精度高。在质量方面，可实现标准化加工，流水作业，质量控制好。在成本方面，可以做到管组材料成本提高15%左右，人工成本降低50%以上。在环保方面，可以利用管道自动焊，工厂化加工，设计合理，能耗少，集中喷砂除锈、喷漆处理，环境影响小。