樊骅：工业化住宅建设中的数据传递技术研究
发布时间：2016-08-17 09:28浏览次数： 3307
在7月14日举行的深圳市装配式建筑系列培训第二期施工生产类专题培训中，宝业集团副总工程师樊骅围绕装配式建筑的数据传递等，进行了精彩的课程演讲，受到160余名学员的广泛好评。随着课题研究取得重大成果，大家期盼已久的论文终于全文出炉！
终于等到你，还好没放弃！
作者简介
宝业集团股份有限公司副总工程师，兼宝业集团上海建筑工业化研究院院长，长期从事建筑工业化领域的科研、设计及生产实践管理工作。曾参与编制多项地方标准、企业标准及相关工法，参与叠合板墙体抗震及人防抗爆试验等多项研究，参与工业化建筑项目多个，积累了丰富的理论和实践经验。
针对建筑工程行业数据应用现状，阐述在工业化住宅领域数据传递的必要性和技术手段；着重总结工业化住宅项目结构设计、制造、运输、安装、数据各个阶段数据和分类，进而描述数据传递的方式和手段；最后根据宝业集团实际项目进行实践和思考。
0 引言
根据国家“十二五规划”，认为建筑企业需要应用先进的信息管理系统以提高企业的素质和加强企业的管理水平。国家建议建筑企业需要致力加快BIM技术应用于工程项目中，借此培育一批建筑业的领导企业。运用范畴主要在冲突分析方面，鼓励运用BIM技术，更有效地发现工程潜在的差异和冲突，以提高监测分析水准。
1 信息化数据技术发展现状
1.1 国内发展状况
2011年5月，住建部颁布了《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》，提出推动基于BIM（Building Information Modeling 建筑信息模型）系统设计建设与应用，提高设计集成化与智能化程度，加快推广BIM、协同设计，改进传统的生产与管理模式等要求。自此，BIM技术作为提高建筑设计、生产、施工、运营管理等全过程效率的技术手段，开始在建筑行业得到应用。
目前，国内真正运用于工业化住宅信息化数据传递技术的项目还不多，数据传递水准仍停留在碰撞检测和施工初步模拟等比较基础的施工前图纸检测的应用层次，远远未发挥出其真正全生命周期的应用价值。主要表现在：
①国内还没有统一的信息化应用标准；
②信息化相关标准、研究文献、法律不健全；
③建筑企业信息化团队建设不到位、BIM技术人才缺乏；
④利益再分配的冲突。
1.2 国外发展状况
自2003 年起，美国总务管理局（GSA）通过其下属的公共建筑服务处（PBS）开始实施一项被称为国家3D-4D-BIM计划的项目，目的有二：
①实现技术转变，以提供更加高效、经济、安全、美观的联邦建筑；
②促进和支持开放标准的应用。
与大多数国家相比，英国政府要求强制使用BIM。英国内阁办公室于2011 年发布的《政府建设战略》文件中，有一整个章节关于建筑信息模型（BIM），明确要求“到2016年，政府要求全面协同3D-BIM，并将全部的文件以信息化管理”。
北欧国家包括挪威、丹麦、瑞典和芬兰，是一些主要建筑业信息技术的软件厂商所在地，如Tekla和Solibri，而且对发源于邻近匈牙利的ArchiCAD的应用率也很高。
2 工业化住宅特点
区别于传统的现浇住宅，工业化住宅设计和生产模式需要对住宅全过程进行系统的设计与控制（图1），具有设计提前、生产提前、管理提前等特点。
图1 PC 预制装配式项目全过程设计流程
3 数据传递技术研究的必要性
工业化住宅项目的全生命周期管理，往往涉及到政府部门、业主、规划、设计、施工、监理、材料、设备供应商等多个方面（图2）。参与各方大多孤立，甚至不在同一地域, 却为了一个建设项目组合在一起，协同工作。因此，在组织结构、管理模式上存在的很多差异、信息系统的相互孤立、对工程建设不同的专业理解、对相同信息的不同表达形式等都导致了大量分布式工程数据，最终使各方难以交流，数据也就无法共享，大大阻碍了建筑业生产效率。这也导致了整个建筑行业信息交换的自动化程度很低。
图2 工业化住宅的全生命周期管理
研究工业化住宅结构设计、制造、运输、安装的信息化数据传递技术，有利于促进建筑业持续健康发展，提高工作效率，让信息化技术的高效传递推进建筑业发展方式转变，即由传统行业向现代建筑业转变、由单一产业向复合型产业转变、由粗放型管理向精细化管理转变、由单一市场向多元化市场转变，实现建筑业经济持续健康成长。
4 工业化住宅各个阶段的数据分类研究
BIM软件可以将设计、评估、生产及流程视图信息化，按数据等级将工业化住宅设计、生产、运输、施工各个阶段所产生的数据进化结构化的分类，以便于在信息化平台上协调传输。
4.1 结构设计阶段的数据分类
4.1.1 结构设计阶段数据的产生
结构设计阶段数据的主要来源是工业化住宅的规范和通过三维BIM软件ALLPLAN建立信息化模型中涵盖的预制件的尺寸、重量、预埋件种类和数量、钢筋型号及物件属性信息等，模型相关的所有信息可随着实际的改变而实时改变，并生成准确的物料清单及其他数据。
企业随着项目的开展和深入，会积累到一套自己独有的族库，如参数化标准典型节点、标准构件及预留预埋件按照特性、参数等属性分类归档到数据库, 储存到公司服务器，方便在以后的工作中可直接调用族库数据，并根据实际情况修改参数，有效提高工作效率。
4.1.2 结构设计阶段数据的应用
根据工业化住宅的规范要求及常用节点、钢筋信息、预埋件信息、构件参数、运输、施工工法等数据，在信息化软件ALLPLAN中设定企业内部构件拆分数据，令其对工业化住宅结构进行自动拆分，而设计人员只需对软件反馈的少量不规范构件进行人为二次调整即可。这样确保了拆分构件的高效性和准确性。
通过协同设计建立统一的设计协调标准（图3），包括图层、颜色、线型、打印样式等，从而减少现行各专业之间及专业内部由于沟通不畅或沟通不及时导致的错、漏、碰、缺，真正实现所有图纸信息无一致性，且一处变动其他自动修改，提升设计效率和设计质量。
图3 基于信息化下的协调
4.1.3 结构设计阶段数据的分类
本章节主要研究BIM软件在预制件深化设计环节产生的数据类型与用途，总结出适用于自动化拆分、设计协同、施工指导的具体数据应用。此阶段产生的数据归为人工所需数据和机器要读数据两类（图4），其中：人工所需数据有3Dpdf、构件单板图、物料清单信息、IFC格式文件、预留预埋点位图、预制件施工顺序图；机器要读数据有生产数据（PXML/ADS格式）、电子图纸。
图4 结构设计阶段数据分类
4.2 生产阶段的数据分类
设计人员将预制构件深化设计专业软件生成的所有生产数据传输到宝业信息化平台，由项目施工管理人员根据项目布置图规划安排施工安装顺序，并以任务分配书的形式提交给生产管理人员，确定生产时间；生产管理人员再根据生产计划和工作日程安排，将深化设计数据转换成流水线机械能够识别的格式后进入生产阶段。
4.2.1 生产阶段数据的产生
目前，制造行业的生产效率极高，其部分原因是利用数字化数据模型实现了制造方法的自动化。借助ALLPLAN软件，将深化设计阶段的设计成果以信息化手段深化后得到的准确物料清单，包括图纸、表格、文件等信息通过传输到统一的服务器。生产工厂访问服务器读取到以上数据，能有效帮助预制件的生产技术交底、物料采购准备、生产计划安排、堆放场地管理与成品物流的计划。
4.2.2 生产阶段数据的应用
设计人员将深化拆分设计完成后的图纸、表格、文件等信息以数据的形式传输到服务器，通过BIM模型输出的所有预制件尺寸信息即可被自动生产线识别，从而充分利用模台，在生产阶段通过控制程序实现自动布置模台、钢筋的自动剪裁和弯折加工、自动化生产，提高生产效率。
由于预制件生产的流水线采用了信息化控制系统，从源头开始运用数字化控制方式，所以在生产时，机械设备读取的是数据格式文件，在精确程度控制方面可以达到毫米级以内。
4.2.3 生产阶段数据的分类
在工业化住宅生产阶段产生的数据主要用于机器读取数据包，深化设计软件输出的PXML 格式数据包直接可被预制构件生产设备读取进行自动化生产，这样避免了因人为读取和传递造成的失误，大大提高生产管理效率。在生产阶段产生的数据有构建二维码（ID）、生产材料表、生产管理报表、生产检验检测合格表、构建堆放列表等（图5）。
图5 生产阶段数据分类
4.3 安装阶段数据分类
在预制构件深化阶段，深化设计师在充分考虑规范、吊装半径、运输、生产的前提下，将预制构件进行拆分并生成平面布置图和预制件尺寸图，供现场安装定位使用。
4.3.1 安装阶段数据的应用
预制构件从工厂运至现场时，由现场人员根据在服务器上设计提供的图纸对预制构件进行进场检验，确认预制构件的编号、尺寸、预埋和质量验收表。
信息化技术可以提供详细的安装施工交底，通过BIM实现很好的可视化效果，并对部分节点做视频动画示意，达到施工模拟指导的效果。复杂专项工程设计，如大难度吊装、隐蔽工程等，设计人员配合使用3D信息化软件设计分析复杂建筑系统及其它重点难点（图6）。
图6 施工难点模拟图
通过BIM数据的4D应用，施工单位可以将计划进度与BIM模型的数据集成管理，即可模拟真实的施工进度及状况。施工单位既能按天、周、月看到项目的施工进度，又可以根据现场实时状况进行实时调整，预演施工场景，以便分析不同施工方案的优劣并及时做出调整，从而获得最佳施工方案，随时随地可直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，安排预制件的安装顺序，同时进行有效协同，使施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。之后，通过BIM的可视化应用，可以把任务完成的交付及审批流程关联起来，实时查看项目的进度、状态及各种报表。
安装过程中，根据BIM提供的质量要点进行自检。根据质量控制节点，对预制构件的质量按规范和厂方质量体系要求进行质量评定，可对预制构件进行摄像和摄影，并将所有数据实时上传服务器与ERP系统对接（图7）。
图7 对接ERP系统
4.3.2 安装阶段数据的分类
经过对BIM数据传递至安装环节的研究，在安装阶段随着项目推进生成多媒体施工模拟视频材料、安装进度计划表、安装质量检验报告、预制件安装验收报告（图8）。其中，多媒体施工模拟主要用于施工方案比选、探讨和工人培训；安装进度表供施工过程中进行进度计划调整；安装质量检验报告作为存档保存，供后期验收和维护使用。
图8 安装阶段数据分类
5 工业化住宅结构设计、制造、运输、安装数据传递的关键技术研究
5.1 数据传递的技术路径
本次研究课题利用Oracle 或SQL Server 关系型数据库创建，这样可以进行BIM 海量数据的储存和管理，服务器集成了多款软件的管理系统（图9）。该系统由数据存储、协同工作和项目管理三个运用层组成，其中，数据存储层集成了原始项目的原始数据；协同工作层主要包含三维协同、项目控制面板、多维查询等；项目管理层集成了项目进度管理、成本控制、合同采购和综合报表。
图9 信息化数据管理系统框架
BIM三维工程软件制作的三维建模信息模型通过一个BIM数据集成平台，实现IFC模型数据的读取、保存提取、集成及3D显示，针对建筑生命周期不同阶段和应用生成相应的数据；业主方可以通过平台以可视化的反馈的进度、报表、财务等数据，最终做出管理决策。
5.2 数据传递平台的开发
住宅产业化的发展离不开信息技术的支撑，而信息数据在整个建筑工业化产业中的准确传输又成了重中之重的课题。平台需满足混凝土预制构件生产车间数据传递和基于多方协同的具有开放性、集成性、协同性的数据管理平台（图10）。
开放性和集成性的体验可以兼容并协调市场上主流BIM设计软件的设计数据；支持通过网络直接上传到平台，项目各参与方（包括总包项目部、技术部、分包单位、各设计单位、顾问公司、供应商、业主等），通过设定好的权限，即时了解最新的BIM模型信息和施工数据并交流意见，以BIM的工具进行项目管理的质量控制目标、进度控制目标、投资控制目标和安全控制目标，真正改变传统建筑业的粗放式管理现状，实现精细化管理。
图10 平台部署
5.3 数据传递内容
在整个数据传递流中，数据的产生、更迭需充分考虑数据类别、与之关联的相关部门和信息的演变、数据储存；其中有些数据还会继续传递到下游持续使用。数据传递框架图见图11。
图11 数据传递框架图
6 结语
我国工业化住宅对技术的投入比重逐年增长，工业化住宅数据如何在建筑周期中良好传递是本次研究的重点。通过对工业化住宅结构设计、制造、运输、安装数据传递技术的研究，宝业集团上海公司基于宝业万华城预制叠合板式混凝土剪力墙23#楼项目实践的基础上，自主研发了符合集团特色的数据研究体系——宝业信息化集成平台，为BIM对建筑全生命周期的有效管理提供良好的管理平台；并利用这一先进数据的研究成果，创建数据管理和共享技术，使设计、制造、运输、安装等各个团队的表达沟通、讨论和决策更加便捷，工作更加高效，使项目的所有成员从早期就开始进行持续协作，而不仅仅局限于关心自己的本职工作，使各方都能因为项目的成功而获得更高的利益，创造更大的利润，从而实现技术和经济指标双赢的状态。
