幾十年來(lái)，制造行業(yè)一直在使用機械CAD系統制造數字模型。這些模型不僅能說(shuō)明產(chǎn)品的設計，還可以用到其它應用中，如應力分析、現場(chǎng)支持，當然還有制造。CAD模型可以用來(lái)生成控制CNC(計算機數字控制)機床，提高機械加工流程的自動(dòng)化程度。建筑行業(yè)也可以采用類(lèi)似的方法來(lái)實(shí)現建筑施工流程的自動(dòng)化。盡管建筑不能像汽車(chē)一樣“加工”好整體后發(fā)送給業(yè)主，但建筑中的許多構件的確可以異地加工，然后運到建筑施工現場(chǎng)，裝配到建筑中。
要想了解怎樣利用BIM來(lái)實(shí)現鋼結構制造的自動(dòng)化，我們必須了解構成建筑框架的鋼結構組件是怎樣制成的。
首先，鋼廠(chǎng)利用熱軋加工流程(通常情況下)制成鋼結構原材料。鋼結構制造商購入這些原材料，并按照加工詳圖(詳細描述鋼結構中每個(gè)部分應如何制造的說(shuō)明書(shū))將原材料切割并制成用于建筑施工的梁和柱。制成后的鋼結構組件被運到施工現場(chǎng)，由鋼結構安裝工進(jìn)行安裝。那么現場(chǎng)施工圖從何而來(lái)？結構工程師的職責是設計、分析并驗證建筑的結構框架，并創(chuàng )建記錄結構設計的施工圖。結構圖紙中只包含對鋼結構制造的總體要求，即關(guān)于典型節點(diǎn)的說(shuō)明。
其次，鋼結構詳圖設計師再根據這些施工圖和總體的節點(diǎn)說(shuō)明來(lái)設計具體的鋼結構組件和具體的幾何形狀，并創(chuàng )建加工詳圖，以便準確地指導鋼結構制造商如何制造建筑中的每一個(gè)鋼結構組件。加工詳圖中包含材料規格、大小、尺寸、焊接、螺栓連接、表面處理、涂裝要求等詳細信息。鋼結構施工圖中僅包含關(guān)于節點(diǎn)的總體說(shuō)明，而加工詳圖則包含制造每個(gè)鋼結構組件所需的所有細節。詳圖設計師通常使用繪圖軟件“手工”創(chuàng )建加工詳圖或用專(zhuān)門(mén)的鋼結構詳圖設計軟件來(lái)創(chuàng )建加工詳圖。Autodesk Robobat RCAD就是一款利用數字“制造”模型來(lái)創(chuàng )建鋼結構詳圖的解決方案。需要注意的是，在建筑項目中，加工詳圖的數量要遠遠多于施工圖的數量。例如，為了記錄一個(gè)用鋼量為1000噸建筑項目中的鋼結構設計，就需要大約70至80張施工圖紙和1000張加工詳圖。在將加工詳圖發(fā)布到制造環(huán)節之前，結構工程師需要檢查每一張圖紙，以驗證其中的信息與結構設計是否保持一致。鋼結構制造商通常使用數控機床自動(dòng)切割鋼梁并制孔。有些制造商根據加工詳圖中的信息對數控機床進(jìn)行手動(dòng)編程。另外一些制造商則使用上面提到的數字化制造模型自動(dòng)對數控機床進(jìn)行編程。
將BIM擴展到制造環(huán)節
BIM怎樣滿(mǎn)足鋼結構制造商的需求呢？正如制造業(yè)中基于CAD的模型能夠支持制造流程一樣，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的建筑信息模型，如Revit®、Structure等也可以支持結構制造流程。所有與鋼結構有關(guān)的圖形都已經(jīng)包含在Revit Structure設計模型中。這些設計信息可以導入到CIS/2文件中(一種行業(yè)標準數據格式，用來(lái)交換鋼結構信息)，便于在鋼結構詳圖設計應用中重新使用。Revit Structure設計模型中的鋼結構圖形和信息可以通過(guò)CIS/2文件導出，然后重新用到鋼結構詳圖設計解決方案中。將建筑信息模型用于鋼結構詳圖設計和制造環(huán)節，這樣便實(shí)現了全數字的從設計到制造流程。重復利用設計模型不但提高工作效率，省去用于創(chuàng )建制造模型的時(shí)間，而且還改進(jìn)了制造質(zhì)量，消除了設計模型與制造模型相互矛盾的現象。
此外，鋼結構詳圖設計和制造軟件中使用的信息是基于高度精確、協(xié)調、一致的建筑信息模型的數字設計數據，這些數據完全值得在相關(guān)的建筑活動(dòng)中共享。完成加工詳圖設計后，設計團隊或承包商還可以利用該制造模型進(jìn)行四維建模，也可以會(huì )同其它建筑專(zhuān)業(yè)和模型(如MEP和建筑設計)進(jìn)行沖突檢查。制造模型并不代表最后的竣工狀況，因為在鋼結構安裝階段可能還會(huì )發(fā)生變更。但其中包含的細節比結構模型要多得多，因此在進(jìn)行沖突檢查時(shí)非常有用，在空間極為緊張的建筑中更是如此。
將BIM用于鋼結構供應鏈中的另一個(gè)優(yōu)勢與結構框架的總體成本有關(guān)。過(guò)去，鋼結構的原材料成本、制造成本和安裝成本基本相當。但是最近幾年，制造成本和安裝成本在不斷上漲。為了遏制這一趨勢，需要在設計流程中考慮“制造的簡(jiǎn)單性”(相當于制造行業(yè)強調“可加工性”)將設計模型直接用于制造環(huán)節還可以在制造商與設計人員之間形成一種自然的反饋循環(huán)，即在建筑設計流程中提前考慮制造方面的問(wèn)題。與參與競標的制造商共享設計模型有助于縮短招標周期，便于制造商根據設計要求的鋼材用量編制更為統一的投標書(shū)。鋼結構與其它建筑構件之間的協(xié)調也有助于減少現場(chǎng)發(fā)生的問(wèn)題，降低不斷上升的鋼結構安裝成本。數字化從設計到制造流程離不開(kāi)結構工程師、鋼結構詳圖設計人員和鋼結構制造商之間的協(xié)作。大多數情況下，這三方分別屬于三個(gè)不同公司。因此，就需要采用不同以往的項目交付方法來(lái)連通設計與制造環(huán)節。也就是說(shuō)由業(yè)主、建筑商、工程師和承包商組成跨職能的項目團隊，就設計、制造和施工環(huán)節中的工作進(jìn)行協(xié)調，原本需要按順序進(jìn)行的步驟(設計、詳圖設計、制造)可以并行展開(kāi)，設計模型和加工詳圖可以同時(shí)創(chuàng )建。完成加工詳圖的速度越快，就可以更快向鋼廠(chǎng)下單，更快開(kāi)始制造，鋼結構也可以更快地安裝完畢。制造行業(yè)目前的生產(chǎn)效率極高，其中的部分原因是利用數字化數據模型實(shí)現了制造方法的自動(dòng)化。
同樣，BIM和數字化制造也能夠提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率。與集成項目交付方法一樣，數字化制造方法將推動(dòng)建筑行業(yè)的快速發(fā)展。BIM解決方案肯定能幫助我們顯著(zhù)縮短建筑施工流程，更好地控制項目效果?！?金仁)
要想了解怎樣利用BIM來(lái)實(shí)現鋼結構制造的自動(dòng)化，我們必須了解構成建筑框架的鋼結構組件是怎樣制成的。
首先，鋼廠(chǎng)利用熱軋加工流程(通常情況下)制成鋼結構原材料。鋼結構制造商購入這些原材料，并按照加工詳圖(詳細描述鋼結構中每個(gè)部分應如何制造的說(shuō)明書(shū))將原材料切割并制成用于建筑施工的梁和柱。制成后的鋼結構組件被運到施工現場(chǎng)，由鋼結構安裝工進(jìn)行安裝。那么現場(chǎng)施工圖從何而來(lái)？結構工程師的職責是設計、分析并驗證建筑的結構框架，并創(chuàng )建記錄結構設計的施工圖。結構圖紙中只包含對鋼結構制造的總體要求，即關(guān)于典型節點(diǎn)的說(shuō)明。
其次，鋼結構詳圖設計師再根據這些施工圖和總體的節點(diǎn)說(shuō)明來(lái)設計具體的鋼結構組件和具體的幾何形狀，并創(chuàng )建加工詳圖，以便準確地指導鋼結構制造商如何制造建筑中的每一個(gè)鋼結構組件。加工詳圖中包含材料規格、大小、尺寸、焊接、螺栓連接、表面處理、涂裝要求等詳細信息。鋼結構施工圖中僅包含關(guān)于節點(diǎn)的總體說(shuō)明，而加工詳圖則包含制造每個(gè)鋼結構組件所需的所有細節。詳圖設計師通常使用繪圖軟件“手工”創(chuàng )建加工詳圖或用專(zhuān)門(mén)的鋼結構詳圖設計軟件來(lái)創(chuàng )建加工詳圖。Autodesk Robobat RCAD就是一款利用數字“制造”模型來(lái)創(chuàng )建鋼結構詳圖的解決方案。需要注意的是，在建筑項目中，加工詳圖的數量要遠遠多于施工圖的數量。例如，為了記錄一個(gè)用鋼量為1000噸建筑項目中的鋼結構設計，就需要大約70至80張施工圖紙和1000張加工詳圖。在將加工詳圖發(fā)布到制造環(huán)節之前，結構工程師需要檢查每一張圖紙，以驗證其中的信息與結構設計是否保持一致。鋼結構制造商通常使用數控機床自動(dòng)切割鋼梁并制孔。有些制造商根據加工詳圖中的信息對數控機床進(jìn)行手動(dòng)編程。另外一些制造商則使用上面提到的數字化制造模型自動(dòng)對數控機床進(jìn)行編程。
將BIM擴展到制造環(huán)節
BIM怎樣滿(mǎn)足鋼結構制造商的需求呢？正如制造業(yè)中基于CAD的模型能夠支持制造流程一樣，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的建筑信息模型，如Revit®、Structure等也可以支持結構制造流程。所有與鋼結構有關(guān)的圖形都已經(jīng)包含在Revit Structure設計模型中。這些設計信息可以導入到CIS/2文件中(一種行業(yè)標準數據格式，用來(lái)交換鋼結構信息)，便于在鋼結構詳圖設計應用中重新使用。Revit Structure設計模型中的鋼結構圖形和信息可以通過(guò)CIS/2文件導出，然后重新用到鋼結構詳圖設計解決方案中。將建筑信息模型用于鋼結構詳圖設計和制造環(huán)節，這樣便實(shí)現了全數字的從設計到制造流程。重復利用設計模型不但提高工作效率，省去用于創(chuàng )建制造模型的時(shí)間，而且還改進(jìn)了制造質(zhì)量，消除了設計模型與制造模型相互矛盾的現象。
此外，鋼結構詳圖設計和制造軟件中使用的信息是基于高度精確、協(xié)調、一致的建筑信息模型的數字設計數據，這些數據完全值得在相關(guān)的建筑活動(dòng)中共享。完成加工詳圖設計后，設計團隊或承包商還可以利用該制造模型進(jìn)行四維建模，也可以會(huì )同其它建筑專(zhuān)業(yè)和模型(如MEP和建筑設計)進(jìn)行沖突檢查。制造模型并不代表最后的竣工狀況，因為在鋼結構安裝階段可能還會(huì )發(fā)生變更。但其中包含的細節比結構模型要多得多，因此在進(jìn)行沖突檢查時(shí)非常有用，在空間極為緊張的建筑中更是如此。
將BIM用于鋼結構供應鏈中的另一個(gè)優(yōu)勢與結構框架的總體成本有關(guān)。過(guò)去，鋼結構的原材料成本、制造成本和安裝成本基本相當。但是最近幾年，制造成本和安裝成本在不斷上漲。為了遏制這一趨勢，需要在設計流程中考慮“制造的簡(jiǎn)單性”(相當于制造行業(yè)強調“可加工性”)將設計模型直接用于制造環(huán)節還可以在制造商與設計人員之間形成一種自然的反饋循環(huán)，即在建筑設計流程中提前考慮制造方面的問(wèn)題。與參與競標的制造商共享設計模型有助于縮短招標周期，便于制造商根據設計要求的鋼材用量編制更為統一的投標書(shū)。鋼結構與其它建筑構件之間的協(xié)調也有助于減少現場(chǎng)發(fā)生的問(wèn)題，降低不斷上升的鋼結構安裝成本。數字化從設計到制造流程離不開(kāi)結構工程師、鋼結構詳圖設計人員和鋼結構制造商之間的協(xié)作。大多數情況下，這三方分別屬于三個(gè)不同公司。因此，就需要采用不同以往的項目交付方法來(lái)連通設計與制造環(huán)節。也就是說(shuō)由業(yè)主、建筑商、工程師和承包商組成跨職能的項目團隊，就設計、制造和施工環(huán)節中的工作進(jìn)行協(xié)調，原本需要按順序進(jìn)行的步驟(設計、詳圖設計、制造)可以并行展開(kāi)，設計模型和加工詳圖可以同時(shí)創(chuàng )建。完成加工詳圖的速度越快，就可以更快向鋼廠(chǎng)下單，更快開(kāi)始制造，鋼結構也可以更快地安裝完畢。制造行業(yè)目前的生產(chǎn)效率極高，其中的部分原因是利用數字化數據模型實(shí)現了制造方法的自動(dòng)化。
同樣，BIM和數字化制造也能夠提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率。與集成項目交付方法一樣，數字化制造方法將推動(dòng)建筑行業(yè)的快速發(fā)展。BIM解決方案肯定能幫助我們顯著(zhù)縮短建筑施工流程，更好地控制項目效果?！?金仁)