基于幕墙生产核心业务流程的信息化应用开发

顾正浩 苏州苏明装饰股份有限公司

1 引言

当前，我国幕墙年产能远远超过一亿平方米，是世界幕墙第一生产大国和使用大国，然而建筑幕墙粗放、低效的设计施工管理模式并未有明显改观。随着信息化浪潮的不断涌进，信息技术已渗透到各个行业领域，驱动着工业社会向信息时代迈进，必将引发幕墙业变革的技术热点和强大驱动力。引入信息化技术既是企业自身竞争力建设的需要，也是适应市场的必然选择。然而有待完善的信息化应用软件、缺乏统一的数据标准等仍是制约幕墙深入应用的关键因素。

幕墙产品先天兼具工业化基因，从产品设计、采购、工厂加工到组装成型，幕墙产品的生产工艺与离散型制造业高度类似，幕墙设计的精细度远高于建筑业，而相比于制造业，不固定的供应商、不固定的系统、造型各异的结构等，又导致其具有建筑业的多样化、不可复制性。目前适用幕墙行业的信息化工具相对缺乏，应用匹配性差，国内虽然有很多的类似MES、SRM、WMS、ECC之类的制造业管理软件，但鲜有一套能适用于幕墙行业的生产管理系统，均无法完全适应幕墙业务多样化、小批量、变化多于计划的业务特点，缺乏适应幕墙业务特点的弹性。本文着眼于笔者公司基于幕墙生产核心业务流程的信息化智能生产软件平台系统的开发，打造“业务模型+BIM技术”的信息化智能应用平台管理，将对整个行业向数字化迈进具有很大的推动作用。

2 幕墙企业核心业务模型分析

业务模型是企业组织各类生产资源，通过一系列转化过程以满足客户需求，实现企业价值增值为目标的系列活动和过程的抽象。业务模型可分为业务功能、业务过程、业务活动三个要素。幕墙业务有着高度离散性与复杂性的特点，体现在幕墙设计上具有较强的专业性，需要幕墙企业二次深化，设计与施工的结合度高，具有集成优势；设计工作既繁琐又繁重，传统工具效率低下，难以适应幕墙的日益复杂性。在生产加工上场内作业比重大，与制造业高度类似；产品种类多、规格多，工艺文件复用率低，编制工作繁重且易出错，过程管理数据海量；采购、生产管理难度大。在施工管理上现场作业干扰因素多；材料采购加工周期长，必须提前预控及时掌握动态信息；大量离散的工程信息，导致沟通交流困难。传统的信息创建、沟通、传递方式在一定程度影响了工作效率和质量的提高。

信息交流需求描述是对流程信息内容的细化，也是幕墙业务流程信息需求在BIM模型中的映射，强调模型信息的创建与业务目标的精简匹配及协调，防止信息冗余、过载或信息缺失、不匹配。幕墙业务的实施流程主要分为方案设计、施工图设计、投标、施工准备、施工、竣工及维保七个阶段。通过确定信息关键部门及关键信息，筛选Excle类结构化信息及CAD类矢量信息为分析对象；通过BIM模型实现的关键业务活动及创建效用较高的业务活动进行BIM业务活动识别；明确信息需求的实现方式以及信息模型与各类信息需求的相互关系；通过建立U/C矩阵（图1，公司相关数据颗粒分析）验证系统中信息的正确性，实现BIM应用模型的划分；最后依据IDM过程标准要求，进一步明确在幕墙业务流程中的具体应用节点、开展顺序及对应的信息交换需求，实现信息资源的有效管理。

图1

由于过程标准与企业业务流程息息相关，必须结合企业实际情况才能科学制定。以门窗幕墙的正常流程来讲，幕墙业务的主要流程包括：粗下料→采购→现场返尺→精下料、出加工图→派单→生产→出库→安装。这是一条包括设计、采购、仓储、加工以及物流管理的标准工业制造化流程。

3 BIM技术应用点分析

BIM与幕墙全过程业务缺乏深度融合，多集中应用于大型复杂的异形幕墙项目，多着眼于解决某些特定的技术难题，缺乏管理视角的研究，缺少将BIM技术与企业管理流程有机融合的过程方法。以往幕墙BIM主要是通过建立三维模型进行异形幕墙的曲面优化设计等，在幕墙的方案投标阶段及施工图设计阶段应用较为广泛。以常用的Revit软件为例，软件系统内部精度为mm级，而幕墙加工生产所需要的精度等级为0.1mm级。这就导致在进行绘制加工图的过程中会出现很多问题，譬如型材的倒角、筋、肋等因尺寸精度不足无法准备表达，因此很难达到我们的实际需求，也无法准确获取型材的实际加工数据、截面形状等参数信息，最后数据无法有效地传递给采购、生产加工等幕墙后端业务的需求。

当然若采用Inventor、Catia等工业化设计软件，可以解决零部件加工、组装出图、BOM明细统计等加工设计要求，但同时也带来了其他一系列问题，如不同软件系统间的数据接口匹配问题，一个项目模型数据量高达几十G的庞大性导致普通计算机的运算能力不足等。

另外在使用三维软件建模时，在相比传统二维图纸的工作方式下，精细化的建模要求导致幕墙摘料实际工作量成倍增加，并且要求相关技术人员在熟悉幕墙加工工艺与下料规则的同时，需要能够熟练掌握Inventor等三维设计软件的操作。因此这种工作模式不仅仅是增加了任务工作量，对人员的技能还有更高的要求，势必将让企业增加更多的成本投入，可以说是一种毫无效益可言的管理模式，不具备投入实施的意义。

因此，想要先进的BIM数字化技术在我们的平台系统开发中能够得以实现应用，必须解决模型的轻量化计算问题。通过对BIM建模数据量的比对，我们发现可以采用Revit软件内置的体量及自适应嵌板等软件系统功能，根据二维幕墙施工图纸创建三维线框模型，然后根据板块系统、位置、大小等参数信息，再利用公司自行开发的软件二次插件系统，进行板块的一键编号及数据信息的一键提取。这不仅能够大大加快建模速度，而且有效地降低了BIM模型的数据量，与幕墙业务的信息数据结合应用成为可能。

4 管理平台开发框架

通过信息数字化实现幕墙生产管理的智能化，同时对公司的业务模式、组织架构、技术平台提出了更高的要求。我们主要围绕设计、采购、加工、仓储、设备五个方面对公司幕墙业务流程的现状开展分析。

4.1 管理制度的流程化

工作管理流程的标准化是IT系统开发的基础与前提，门窗幕墙产品的多样性使得生产运营过程数据极为复杂多变，系统的开发过程也将是一个逆向标准化的过程。我们针对公司现有的幕墙生产管理制度，包括文字描述、表单单据等数据的梳理，归纳整理了幕墙从项目立项开始，围绕计划下单、加工生产、仓储库存三个主要流程管控节点，最终发现实际工作流程中存在不少管理信息的断层，上下游无法直接有效传递工作任务目标（图2，图中虚线所示）。

图2

4.2 目标数据信息的溯源

进一步对现有幕墙生产管理制度中的有效数据进行剖析，我们采用了思维导图的方式（图3，局部摘录），试图把整个幕墙生产管理的数据信息能够理全、理顺。根据现有实际数据的类型，简单归纳为设计管理、物资管理、生产管理、半成品管理、设备管理及核算管理等几个方面，通过数据的关联性层层深入分析、细化，找出末端原始目标数据的来源，最后我们发现存在以下的一系列问题：

图3

a)信息不共享：设计、采购、生产等各个环节相对独立，单流程管理缺乏关联风控手段。

b)重复操作多：预算单、采购单、生产单、入库单等业务单据，存在同一项数据多次重复填报的情况，数据容易发生差错。

c)数据不清晰：大量单据通过人工手动填报录入，存在命名不规范、数据标准不统一等情况，数据溯源困难。

4.3 管理平台开发框架的确立

通过以上对现有基础管理、业务流程、数据源等的信息层层梳理分析，充分研究了相关数据信息在整个幕墙生产业务流程中的有效传递，以门窗幕墙的设计、下单、采购、入库、领料、加工、发货为主线，嵌入设计、采购、仓储、生产、设备管理等主要功能模块，通过梳理物料信息数据，重塑业务规范流程，以幕墙项目实施的完整生命周期开展业务，建立了以物料为对象、基于幕墙生产核心业务流程的信息化系统管理平台的开发实施框架（图4）。

图4

5 系统主要功能实现

软件系统平台主要采用PHP、HTML、JavaScript等编程语言开发，通过桌面浏览器chrome 59+，Firefox54+，Safari0.1+，IE10+等的软件环境即可运行，不需要预装额外的客户端程序，便于操作使用。通过普通电脑的Web端，可视化系统大屏（图5）及手机微信小程序实现数据信息的多维采集与自由交互，并将所涉及的所有线下数据纳入线上，实现数据流的可创建、可分析、可追踪。通过数据源的一处创建、多处引用方式，实现了跨部门间业务数据的逻辑串联，消除管理人员的无效劳动，优化了运营效率。

图5

通过线上设计、BIM产品单元交互、生产任务下单、型材在线优化、采购任务下单、库存管理、生产任务排产、产品质检、设备点检等功能，实现了基于数据流的幕墙生产业务管理；通过EXCEL数据交互格式与系统软件环境无缝对接，实现多种组合下的幕墙生产管理。

5.1 多种角色下的精细化管理

通过系统管理权限的逐层逐级分配，能够实现多种角色下的不同视角定位的精细化管理（图6）；整个软件系统管理平台分为企业视图及项目视图两个视图模式（图7）。

图6

图7

企业视图主要应用于项目的立项，工艺模板创建、流程的审批等企业级职能以及采购、加工等后端应用。项目视图主要针对于设计职能下的深化加工设计、材料优化、用料统计、采购下单及生产下单等环节。另外系统紧紧贴合幕墙业务流程，设置了物料库存、设备保养周期的智能化预警模块，并可根据业务需求形成实时信息推送，协助提升管理效率。

5.2 BIM数据的有效交互

基于BIM模型进行物料的项目级管控，我们可以按照现有的工作习惯和借助Revit线框模型直接读取板块种类、数量、位置、编号等参数信息，形成EXCEL数据交互格式与开发的软件平台进行数据交互，能够在系统内形成幕墙项目的BIM产品清单（图8，局部系统节选）。随后在系统内进行工艺配置，同时根据现场返尺，进行批量化的实际参数调整。系统会根据调整的参数自动重新计算实际的下料数据，完成摘料统计及创建生产加工任务，提高工作效率，降低人为错误，并清晰的掌握项目物料数据情况。

图8

5.3 提升设计管理

幕墙行业的标准化产品少，项目工期要求紧，导致业务偏向于定制化加工，前端设计工作量极大，往往在技术层面不仅需要负责前端加工设计工作，还要负责项目材料梳理、采购，加工生产派单。因此技术上需要负责大量数据的梳理工作，譬如从摘料单中梳理采购数据、加工数据，整合加工图信息等等。

设计管理是整个幕墙业务管理数据流的核心。以设计为数据信息流核心，主导物料的管理，通过参数化轻量模型，标准型材库的创建等，依托数据结构标准化、数据处理自动化、软件整合自动化的途径，形成幕墙产品工艺库及产品单元清单数据等（图9）。

图9

软件系统平台中的产品工艺库（图10）分为企业和项目两级管理。企业级可进行工艺的创建、提审、审批以及删除等；项目级从企业库中摘录对应工艺入项目库，只能进行工艺的摘录、移除及查看，除参数值外的内容均不可修改，不可进行工艺的编辑及修改，从而降低人工下料出错的概率，对于物料的梳理、管控起到了不小的作用。

图10

另外，设计优化是设计师下料过程中必不可少的环节。在形成料单加工数据后，需要进行线材的套料优化设计，能够提供原材料采购的最优解，最大程度降低我们的采购成本。我们通常采用的是第三方优化软件，需要通过数据的多次导入导出进行重复的操作，让整个效率显得异常缓慢。我们在系统开发时内嵌了套料优化环节，所有原始数据直接从系统中调用，保证数据的唯一准确性，同时大大提升效率。另外也避免了使用第三方软件的版权问题和减少费用的投入。

5.4 物料分类采购管理

我们将幕墙制作过程中涉及的主要原材料分为：铝材类、钢材类、面板类、胶水类、胶条类、五金类、紧固件类、辅助铁件类、辅料类、车间耗材类、劳保用品类共十一大类。材料采购主要数据流来自于生产任务派单所计算、优化的原材料数据，因此可实现精细化采购管控，超量采购变得可控，整个业务流程更加明朗（图11）。

图11

系统能够根据采购数据自动分类、自动提取，并匹配材料供应商信息。所有采购单据实现线上发单，状态实时查询，实现预算量与实际情况的核算对比，发生超量采购时系统将自动发出报警提醒。同时关联采购数据实现在线物料入库，基于用料计划的线上领料管理、基于加工产品的线上发货出单管理，实现对物料、产品的精细化管理。能够提供库存查询及不同项目间物料的临时调用管理。另外在整个系统开发时预留了通过智能仓储系统联系虚拟和物理仓储空间扩展功能（图12），通过信息化系统仓储模块及智能仓储系统，自动形成仓库库存台账，设有呆料提醒，可优先使用库存量材料。通过智能仓储的虚拟库存，实时定位物料位置及库存信息，实现物料在仓储及车间的高效流转。

图12生产管理

幕墙产品加工任务的线上派单管理，通过勾选需要派单的幕墙产品，自动进行物料信息的统计，利用在线排产、在线领料、生产任务记录、质检记录、出库记录等数据信息管理，实现智能化进度管理，生产进度可查询。项目一线施工管理人员可及时查询到幕墙加工制作的进度情况，适时安排调整现场的施工进度要求，保证项目的顺利实施（图13）。

图13

依靠BIM信息化手段与项目部紧密贴合，通过智能化系统与BIM进行交互，与项目级产品进行关联，实现单个产品进度的实时跟踪。基于智能化系统的管理，可以实现采购、加工等后端数据与前端设计所计算得到的物料计划数据紧密相扣，通过前端设计，约束采购量以及加工量，实现物料的精细化管理。我们通过近两年时间的系统分析、开发、测试、调整，最初期望的系统平台功能基本得以实现，已在公司内部上线应用并结合使用反馈情况对系统进行不断的完善升级。整个平台系统的开发模块，获得了多项国家计算书软件著作权。

6 结语

我们传统的建筑产业在迈向信息化的道路上，未来一定是平台化、分散化、积木化、数据化和网络化的。信息化的工作是一个持续优化的过程，通过IT工具重塑业务流程，有利于各管理要求落实至日常业务，规范行为、提升整体运营效率。整个系统的开发基于公司幕墙业务现状，详细地研究了幕墙生产各环节中的数据流转情况及业务流程，对部分管理细节做了调整，通过弹性的管理模式及数据的流转，解决了幕墙业务数据前后端脱节的情况，创造性的开发了一套适用于我司现状的幕墙生产管理软件，通过BIM技术与数字化管理系统相结合，实现管理的标准化，进一步提高了我司幕墙生产管理的水平。在信息化之路上我们需要根据实际的业务类型，通过系统的模块化，部品部件的标准化，管理的流程化，生产的智能化的逐步推进，我们的产品将从以人工干预为主的非标定制化，走向充分利用IT工具参与的标准定制化，通过大量数据的不断积累，最终实现个性化定制产品，在节约成本的同时，能够为企业带来巨大收益。