胡俊,楊成,歐陽浩
(中國建筑第四工程局有限公司,廣東 廣州 510000)
隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、5G等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展,世界正處于從工業(yè)化經(jīng)濟(jì)向數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過渡的大變革時代,數(shù)據(jù)成為驅(qū)動社會發(fā)展的新資源、新要素和新引擎。同時,隨著數(shù)字技術(shù)與實體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合越來越緊密,整個經(jīng)濟(jì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)活動發(fā)生了根本變化,加快了社會的進(jìn)步和發(fā)展。因此,數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)不是可選項,而是發(fā)展的唯一出路。
BIM技術(shù)作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù),圍繞著BIM模型形成一個大的數(shù)據(jù)中心庫,利用BIM模型的幾何信息、定位信息、非幾何信息,對工程量進(jìn)行統(tǒng)計,并進(jìn)行進(jìn)度計劃排布,施工成本計劃,在施工過程中,利用BIM可視化、可模擬技術(shù)對方案進(jìn)行模擬、技術(shù)進(jìn)行交底,以及展開一系列的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本施工管理活動,達(dá)到上下游數(shù)據(jù)信息對稱,責(zé)任到人可追溯的目的,最終為實現(xiàn)企業(yè)形成廣泛的施工數(shù)據(jù)信息,實現(xiàn)決策有理可依,不再按照經(jīng)驗施工,科學(xué)合理的安排施工,這將是企業(yè)的巨大財富,也是項目實現(xiàn)企業(yè)化的必經(jīng)之路。
據(jù)統(tǒng)計,國內(nèi)開展B I M應(yīng)用的主要為碰撞檢查(66.71%)、施工方案模擬(56.91%)、管線綜合(82%),現(xiàn)場可視化交底的應(yīng)用比例達(dá)到了53.11%,質(zhì)量安全等方面應(yīng)用達(dá)到了47.24和24.43%,技術(shù)交底、質(zhì)量安全的BIM應(yīng)用偏重于支持施工現(xiàn)場生產(chǎn)。
由此可見,BIM技術(shù)作為CIM技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)的底層數(shù)據(jù)庫,目前還沒有達(dá)到其進(jìn)行項目數(shù)字化信息管理的目的。目前的BIM技術(shù)應(yīng)用比較常規(guī),需要更多創(chuàng)新的BIM技術(shù)應(yīng)用去推動BIM行業(yè)的發(fā)展,真正的為項目創(chuàng)效、減少工期、提高效率。
傳統(tǒng)的模板設(shè)計中,模板計算不精確,現(xiàn)場施工根據(jù)實際情況進(jìn)行隨意切割,造成了模板大量的浪費。隨著鋁模板技術(shù)的發(fā)展,對配模技術(shù)的要求越來越高,但是目前配模需要畫大量的配模圖,需要花費大量的時間,且在樓梯、飄窗、衛(wèi)生間等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位用二維圖紙很難表達(dá)出位置關(guān)系,另外模板形式多樣,不利于模板的統(tǒng)計與施工方案交底[2]。
基于BIM技術(shù)的配模設(shè)計,可以在CAD圖紙的基礎(chǔ)上,進(jìn)行三維建模,且可以快速生成符合規(guī)范要求和標(biāo)準(zhǔn)的計算書、可根據(jù)不同區(qū)域、樓層一鍵輸出配模設(shè)計圖,也可以自動生成用于加工的材料計劃及材料清單。以廣聯(lián)達(dá)BIM模架設(shè)計軟件為例,它需要進(jìn)行圖紙預(yù)處理、主體結(jié)構(gòu)建模、配模參數(shù)設(shè)置、一鍵快速配模、配模圖優(yōu)化、模板用量統(tǒng)計等操作。但還是存在不足之處,圖紙?zhí)幚淼暮脡?、模型的精度直接決定配模的準(zhǔn)確性,以及配模規(guī)則需手動輸入、生成的配模圖觀感質(zhì)量差、線條雜亂無章、非標(biāo)板編號缺失等缺點。
目前國內(nèi)運用還有其它較多的BIM配模軟件有神機妙算、牛魔王、愛配模、基于插件的revit配模、基于插件的草圖大師、solidworks等等,但是各有優(yōu)勢,草圖大師不能模型展示很好用,但是不能進(jìn)行參數(shù)化表達(dá),solidworks作為工業(yè)設(shè)計軟件,又在操作性及通用性有弊端,revit配模跟鋼筋一樣,模型精度不錯,但是硬件配置要求較高,只能進(jìn)行局部應(yīng)用。
BIM施工模擬主要分為靜態(tài)模擬和動態(tài)模擬,動態(tài)模擬又分為施工工藝模擬、施工進(jìn)度模擬等等。目前主要的三維動畫模擬軟件有3Dmax、fuzor、lumion、navisworks。其中3Dmax動畫制作指令成熟,能完成較多的動畫模擬,但是操作難度大,fuzor、Lumion操作簡單、能完成固定的幾種動畫指令,畫面質(zhì)量很好。Navisworks也能完成通過熱點、按鍵、移動、旋轉(zhuǎn)功能完成簡單的動畫及施工進(jìn)度模擬,但是動畫的質(zhì)感較差。
進(jìn)度模擬:將完整的BIM模型和進(jìn)度計劃導(dǎo)入模擬軟件,將模型中的構(gòu)件與進(jìn)度計劃單獨進(jìn)行綁定,操作比較繁瑣。也可以通過名字相同進(jìn)行綁定,這就需要進(jìn)行BIM建模和進(jìn)度計劃的時候命名進(jìn)行統(tǒng)一??赏ㄟ^模擬將計劃與實際進(jìn)展進(jìn)行對比。
施工環(huán)境模擬:合理規(guī)劃各個階段的場地布置,各個堆場、機械布置、生活和施工分區(qū)、以及運輸?shù)缆返牟贾?,減少不必要的二次搬運,優(yōu)化運輸路線,通過模擬提前發(fā)現(xiàn)影響不合理的施工布置,并對施工策劃提出修改方案[3]。
吊裝模擬:無論是在裝配式建筑和混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用中,都會有大量的構(gòu)件需要進(jìn)行起重機或者塔吊的吊裝,通過動態(tài)模擬可以對現(xiàn)場工人進(jìn)行技術(shù)交底,清楚每道工序的交接順序,安裝的具體位置,構(gòu)件的安裝順序,及構(gòu)件與鋼筋的連接和碰撞,與爬架的碰撞。特別是裝配式建筑,目前沒有專業(yè)的裝配式工人,通過模擬技術(shù)能夠直觀的讓工人快速理解。
群塔模擬:對塔吊進(jìn)行參數(shù)化建模,通過塔吊與時間進(jìn)度的綁定,模擬塔吊隨著樓層升高,在不同階段在平面位置和豎向位置是否存在碰撞,提前發(fā)現(xiàn)碰撞的時間節(jié)點、碰撞的位置,提出修改方案,確保塔吊在安裝、運行、拆卸全過程中安全,以及塔吊的位置滿足塔吊的半徑范圍內(nèi)最大最遠(yuǎn)的構(gòu)件能夠吊運需求。
傳統(tǒng)的工程應(yīng)用中,鋼筋的管理流程為:勞務(wù)分包下料、翻樣—總承包審核、采購—勞務(wù)分包加工、領(lǐng)料、安裝。鋼筋的使用沒有引起大家的重視,對分包單位的管理不到位,存在較多的浪費、利用率較低、超耗嚴(yán)重的現(xiàn)象,主要因為翻樣不合理錯誤多(翻樣水平和責(zé)任心不足)、鋼筋計劃做不準(zhǔn)(鋼筋預(yù)算量沒有考慮相鄰鋼筋之間自動扣減以及更優(yōu)化的搭接方案)、原材使用不合理(采用哪種尺寸的原材加工省材料最合理)、余料無法有效利用(缺乏指導(dǎo)方案、隨意堆放)、實時損耗不清晰(缺少直觀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計)、盈利空間把握不準(zhǔn)(預(yù)算偏差大,不確定因素多)。
目前國內(nèi)常用的幾款鋼筋翻樣軟件主要有E鋼筋、魯班鋼筋、廣聯(lián)達(dá)鋼筋、Revit鋼筋等,主流鋼筋翻樣軟件可進(jìn)行參數(shù)化建?;蛘邔?dǎo)入CAD圖紙手動建模,得出最優(yōu)鋼筋加工方案、余料編號及使用、鋼筋損耗統(tǒng)計、鋼筋需用計劃。所有鋼筋管理流程基于管理平臺,數(shù)據(jù)信息可追溯、管理透明化、鋼筋使用合理化。
但是目前存在一些問題,鋼筋碰撞的部分不會自動優(yōu)化,需要手動調(diào)節(jié),還有一些異形鋼筋,需要手動建模,自建鋼筋模型難度大工作量較大。
BIM+3D打印技術(shù),是建筑行業(yè)中一種新興的打印技術(shù),實現(xiàn)快速建筑產(chǎn)品。它跟普通打印機的原理相似,需要首先進(jìn)行精細(xì)化BIM建模,將BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)代碼轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換生成 STL 文件,打印機識別STL文件的參數(shù)和信息,以特殊的混凝土、水泥等建筑材料作為打印的原材料,可以打印出復(fù)雜的模型,可以極大地提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源減少施工過程中產(chǎn)生不必要的浪費。
存在問題:① 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不完善,BIM與3D打印技術(shù)融合標(biāo)準(zhǔn)欠缺;② 缺乏信息協(xié)同和交互平臺(3D打印機與BIM信息的接口程序缺少,未有專業(yè)的軟件平臺與之配套);③ 行業(yè)認(rèn)可度待提高;④ 3D打印出來的建筑,跟普通建筑的結(jié)構(gòu)體系不一樣,他沒有傳統(tǒng)的鋼筋或者梁構(gòu)件等,需要研發(fā)一種新興的建筑材料,具備良好的抗拉和抗壓強度;⑤ 打印存在不可逆性,打印過程中修改模型會對結(jié)構(gòu)承載力受影響。一旦打印失敗,成本就會極大地增加。
三維激光掃描主要應(yīng)用點主要包括:舊城改造翻模、建筑物的變形監(jiān)測、工程質(zhì)量檢測與驗收、構(gòu)件預(yù)拼裝模擬。通過三維激光掃描儀掃描施工現(xiàn)場得到真實,準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。通過對比檢測得知施工現(xiàn)場是否在施工質(zhì)量控制范圍之內(nèi);也可以與設(shè)計模型進(jìn)行對比分析,減少施工中存在的誤差,為工程質(zhì)量提供保證[4]。
通過運用三維激光掃描的建筑信息建模(BIM)技術(shù),對超高層建筑物進(jìn)行掃描,結(jié)合點云處理軟件Cyclone、CAD插件CloudWorx、Scence及Geomagic精確獲取目標(biāo)點云的數(shù)據(jù)信息,導(dǎo)入Rhino、Tekla、Revit等BIM軟件,然后通過插件,擬合墻面、柱子、門窗等功能,快速準(zhǔn)確的建出模型,為施工方案提供精確的數(shù)據(jù)支撐。
雖然三維掃描儀目前應(yīng)用范圍較廣,但是仍然存在技術(shù)要求較高、過程復(fù)雜、點云數(shù)據(jù)量大、特征值困難、三維建模算法不完善等問題。
工業(yè)化建筑相較于裝配式建筑,不僅要求建筑采用裝配式設(shè)計,且在設(shè)計階段對內(nèi)裝系統(tǒng)進(jìn)行提前設(shè)計,形成建筑、結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝一體化,更要求在設(shè)計、施工、加工等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的信息化管理。BIM設(shè)計模型在建模過程中,應(yīng)該輸入項目信息,構(gòu)件生產(chǎn)信息:構(gòu)件尺寸、編號、混凝土方量、構(gòu)件鋼筋(鋼筋直徑、形狀、數(shù)量)、保護(hù)層厚度、預(yù)留預(yù)埋構(gòu)件以及位置,內(nèi)裝信息:機電管線排布、裝飾裝修、門窗及部品。
目前國內(nèi)的基于BIM技術(shù)的數(shù)字化加工系統(tǒng),主要有planbar建筑工業(yè)4.0系統(tǒng)。Planbar的應(yīng)用主要有三維協(xié)同工作、快速、規(guī)范、精準(zhǔn)創(chuàng)建三維模型、高效智能化深化設(shè)計、優(yōu)化BIM模型進(jìn)行碰撞檢查、一鍵出圖、批量生成物料清單。目前planbar的生產(chǎn)數(shù)據(jù),可與全球范圍內(nèi)的大多數(shù)自動化流水線進(jìn)行無縫對接,將生產(chǎn)數(shù)據(jù)以Unitechnik和PXML等格式導(dǎo)出后傳遞到中控系統(tǒng),也可接受3Dmax、SketchUP、Rhino等模型數(shù)據(jù),實現(xiàn)工廠流水線的高效運轉(zhuǎn);且能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享化,能夠在ERP系統(tǒng)中提供混凝土、鋼筋、預(yù)埋件的物料信息,如物料名稱、編碼、數(shù)量、單位等。
但該軟件目前也存在一些問題,主要是輸出模型封閉、二次開發(fā)或插件功能較弱;表單信息無法直接用于材料的估算和采購,表單需二次加工。
BIM技術(shù)不僅僅是一項建模技術(shù),它是圍繞模型,結(jié)合一系列軟硬件平臺,提取有效的數(shù)據(jù),對項目進(jìn)行數(shù)字化管理,為企業(yè)技術(shù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)、技術(shù)支撐的平臺。隨著BIM的普及,未來對軟件的不斷開發(fā)優(yōu)化及應(yīng)用場景的開發(fā),更加適合國內(nèi)的軟、硬件都會產(chǎn)生,軟、硬件之間的技術(shù)壁壘將被打破,BIM技術(shù)不再是各個獨立的信息孤島,而是從設(shè)計、施工、采購、加工、運維貫穿全生命周期的集成應(yīng)用技術(shù),且BIM人才不再是某個部門的專項技術(shù),而是滲透到各個部門,最終實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)在工程項目管理、企業(yè)管理、智慧建造甚至更大范圍的集成應(yīng)用。