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面向裝配式建筑的達索系統BIM解決方案
2018-01-15       suixiang    瀏覽:2644    0  

中國BIM應用的現狀問題

BIM技術自從2003年引入中國之后,經過前期幾年的鋪墊,從2009年之后才普遍被行業認可,現在已發展成為建筑工程行業最熱門的信息化技術。然而,在早期的爆炸式發展之后,近年來的BIM應用水平似有陷入停頓之感,至今還有很多問題尚未解決。而當初行業創新者對BIM的暢想,到現在也還遠遠沒有實現。其中既有軟件技術方面的原因,也有行業自身的原因。

以目前國內BIM應用的水平現狀而言,最顯著的幾個特點是:

1) 應用BIM的項目中,絕大部分都是CAD/BIM并行模式(通常稱為“后BIM” ),而非“BIM正向設計”。

這是一個很值得思考的現象,因為在制造業(它們對3D技術的應用比建筑業早將近20年)并未出現這一情況。制造業產品設計的過程中,要么用2D,要么用3D,為什么建筑業要用2D設計完了之后再翻成3D呢?究其根本原因,無非以下幾點:

3D建模的效率不如2D:一些在2D繪圖中可以很快畫出來的內容,精確的3D建模需要更長時間。

3D模型不適合出圖:建筑業的現狀仍然要求2D圖紙交付,這也是實際情況。

因此,在建筑設計階段出圖時間非常緊張的情況下,大量項目其實還是用傳統方式設計,只是包了一個BIM的皮而已,也就可以理解了。只是,在這樣的流程中,BIM除了3D可視化和碰撞檢查,基本上也就沒什么實際意義了。更重要的是,這種“后BIM”模式還導致企業要投入額外的資源創建模型,并且使得模型與圖紙可能出現不一致的狀況,反而增添了更多問題。


2) 設計與施工脫節的狀況沒有改觀。

從BIM理念剛誕生之時開始,“銜接設計與施工之間的信息斷裂”就是作為BIM的重要價值之一而提出。然而,現在的BIM工具真的做到這一點了嗎?在設計師創建BIM的絕大部分項目里,施工方并沒有參與模型的創建過程,因此常常聽到施工方反饋設計方給出的BIM模型并沒有多大用處,有很多施工需要的信息在模型中并沒有得到體現。而在實際工作中,設計方給出的圖紙(即便是用了BIM之后)在很多情況下也不能真正達到“按圖施工”的水準,施工方和預制方還是需要根據設計圖紙進行大量的深化設計,并且研究用什么樣的工藝才能真正建造出來。

因此,可以說建筑行業原有的“信息孤島”現象并未隨著BIM的應用而消失,只是從2D的孤島變成了BIM的孤島,或者最多是在孤島之間建起幾座橋梁,但遠遠沒有到達把孤島連接成整片陸地的程度。

3) 缺乏項目全流程的協同管理。

當我們討論項目全流程的時候,我們關注的不僅是設計階段不同專業之間的協同,同時也關注設計與預制加工、現場安裝、業主管理之間的協同。作為業主,如何了解項目的真實進度并控制風險?如何確保設計師想象的效果能夠用當前的工藝工法完美實現?一個不起眼的設計變更會對施工成本造成多大的影響?如果應用BIM的設計人員只關心怎么快點出圖,那么這些問題就永遠找不到答案。


圖1. 不同行業之間的3D技術應用差距

原因和變革方向

之所以形成這樣的局面,一方面是建筑行業本身的機制落后,另一方面也有軟件工具方面的原因。然而可喜的是,隨著裝配式技術在建筑行業被推廣普及,我們看到兩方面的情況都在發生變化。

從行業層面來說,與制造業的高度機械化、自動化不同,傳統的建筑業生產流程中大量工序是由工人在建筑現場手工完成的(例如綁鋼筋、支模板),因此便于攜帶、查看的圖紙就顯得必不可少。但隨著裝配式技術的應用,實際上對圖紙的需求是與以前不同的。對于裝配式建筑(包括現在的幕墻、鋼結構項目)而言,我們可以把用于預制生產的加工圖(英文稱為shop drawing)和用于現場組裝的安裝圖區分開來。前者的用途是精確描述構件細節以便于制造產品,只要滿足生產要求,隨著數控技術的進步,完全可以像先進制造業一樣實現不用圖紙的全3D數控生產。后者仍然是提供給工地現場的,但應著重于描述結點連接方式、安裝方法等信息,而無需過多描繪構件本身的細節(因為構件已經作為實物提供給工地了)。因此,前者可以逐步被3D技術所取代,而后者雖然不會消亡,但其關注的信息和表達形式應當與傳統的施工圖有所不同。

從軟件工具層面來說,傳統的BIM軟件基本上都是由建筑師開發的,雖然滿足建筑師習慣的流程和做法,但面臨建筑行業的流程變革時就顯得力不從心。很多傳統的BIM軟件都不具備一些用于裝配式建筑的重要功能:

(1)以制造級別的高度精確和可靠性來描述構件的幾何形體和空間位置。尤其是當涉及到復雜的空間曲面之時,加工數據的精確性就顯得格外重要。并不是所有BIM軟件都具備這樣精確的圖形引擎,有些軟件會使用折線或者網格面來模擬連續的空間曲面,這就會在細節處產生誤差。

(2)以不同的顆粒度來描述構件的組成結構和裝配關系。例如建筑師眼里可以把一層樓板看作一個整體,但對于預制、施工方來說,還要把它拆分成多個預制板單元,進而跟蹤統計每個板單元的材料用量、位置和安裝順序,并且研究單元之間的連接方式。類似的,一個幕墻面板單元可以拆分成幾十個不同的零件,每個零件都要分別制造、編碼,最后精確裝配起來。這樣的層級分解結構在很多傳統BIM軟件里面是不存在的。

(3)通過模型來記錄施工工藝和操作方法。缺少這樣的信息,無論是對于預制廠還是工地現場,操作工人都只能看到“是什么”,而不能看到“怎么做”,因此仍然可能在生產安裝的操作過程中出現問題。

(4)連接上下游、不同企業的網絡協作平臺。不僅要支持設計企業內部不同專業的協作,還需要通過網絡平臺在設計階段就能連接業主、預制廠和施工方等各方,通過3D模型進行可視化交流,獲取各方的專業建議,并且共享物料清單等關鍵信息。

因此,要通過BIM來促進裝配式建筑的普及應用,實現建筑工程行業的全面轉型,一方面需要行業有識之士推動行業的流程和標準改變,另一方面也要研究從制造行業產生的全生命期軟件系統,而不是抱殘守缺地沿用現有軟件。

達索系統的思路

作為制造業最高端的產品全生命期管理(PLM)解決方案供應商,達索系統在進入建筑工程行業時選擇了一條和傳統BIM軟件廠商不同的道路:把裝配式建筑作為我們的發展重點。達索系統不是著眼于今天市面上常見的普通建筑,而是面向未來,思考二十年后的建筑行業與今天將會如何不同,我們的3D體驗解決方案如何解決未來客戶將要面臨的問題。達索系統的建筑工程行業解決方案具有以下幾個方面的優勢:

(1)基于物料清單(BOM,Bill of Materials)的數據管理;

(2)制造級精度的3D正向設計;

(3)設計與施工的集成仿真;

(4)流程與數據結合的協作平臺。

為了實現不同的業務流程,達索系統在3D體驗平臺上集成整合了不同的軟件品牌,包括用于3D建模設計的CATIA品牌、用于施工仿真的DELMIA品牌、用于協作管理的ENOVIA品牌,并且根據建筑工程行業的獨特之處進行了專門增強,形成了“設計制造一體化”、“優化施工”等行業解決方案。下面我們分別針對不同的方面進行介紹。

(1) 基于物料清單(BOM)的數據管理

傳統的建筑行業習慣于“基于圖紙”的工作模式,當需要信息時,根據圖紙目錄(或編碼)找到相應的圖紙,再通過讀圖來了解信息。然而,對象之間的層級結構、邏輯關系等信息是很難在圖紙上表達出來的。在制造業,使用的是“基于BOM”的工作模式。對于一個大型產品,首先用邏輯結構樹將其分解為子部件,每一個子部件還可以繼續分解,如此一級一級展開,直到最基本的零件為止。當需要部件信息時,就在結構樹上找到相應的對象結點,從其中可以獲取部件的3D模型、設計參數、采購信息等所有數據。而部件之間的層級結構、邏輯關系等信息則通過結構樹的組織體現出來?!ㄖ锿瑯涌梢圆扇☆愃频姆绞?,例如將一棟大廈分解成主樓、裙房和地下,每個部分進一步按樓層分解,每個樓層中再包含梁柱門窗等構件。針對每一個構件對象,我們都可以把它作為一個實體來單獨管理它的設計參數、訪問權限、歷史版本等所有數據。同時,設計師還可以根據工藝需求決定每個部件是否需要進一步拆分、如何拆分(例如一個門可以拆分成門框、門扇和合頁),并生成構件清單、加工圖、材料統計表等。

對于大型協作性項目,對象結構樹的另一個重要用途是專業之間的參數共享。每個專業都可以把需要對外共享的設計參數發布在結構樹上,當下游專業需要引用上游專業的對象或者參數的時候,就可以直接從結構樹上實時引用。一旦上游專業的信息發生了變更,系統就會自動通知下游專業并且自動更新,從而保證設計信息的一致性。而傳統的基于“外部參照”模式的設計協同是無法實現這一點的。

正是因為CATIA模型中包含所有的準確信息和邏輯關系,使得設計師能夠洞察全局,對所有信息都了如指掌。正因如此,在飛機、船舶等大型制造業都使用CATIA作為通用的3D制造建模平臺。


圖2. 基于BOM的數據管理

(2) 制造級精度的3D正向設計

與傳統的BIM軟件相比,強大的3D參數化圖形引擎也是CATIA的重要優勢。無論是復雜的裝配結構,還是連續、精確的空間曲面,在CATIA里面處理起來都相當輕松。此外,依靠強大的參數化技術,CATIA還可以通過編程創建“計算出的建筑”,從而實現用人工方式很難完成的任務。

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