工業化住宅建設中的數據傳遞技術研究

■ 樊 驊 Fan Hua 夏 鋒 Xia Feng 駱念親 Luo Nianqin

工業化住宅建設中的數據傳遞技術研究

■ 樊 驊 Fan Hua 夏 鋒 Xia Feng 駱念親 Luo Nianqin

針對建筑工程行業數據應用現狀，闡述在工業化住宅領域數據傳遞的必要性和技術手段；著重總結工業化住宅項目結構設計、制造、運輸、安裝、數據各個階段數據和分類，進而描述數據傳遞的方式和手段；最后根據寶業集團實際項目進行實踐和思考。

數據傳遞；建筑工業化；裝配式建筑；BIM；產業鏈；工業化生產

0 引言

根據國家“十二五規劃”，認為建筑企業需要應用先進的信息管理系統以提高企業的素質和加強企業的管理水平。國家建議建筑企業需要致力加快BIM技術應用于工程項目中，借此培育一批建筑業的領導企業。運用范疇主要在沖突分析方面，鼓勵運用BIM技術，更有效地發現工程潛在的差異和沖突，以提高監測分析水準。

1 信息化數據技術發展現狀

1.1 國內發展狀況

2011年5月，住建部頒布了《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》，提出推動基于BIM（Building Information Modeling 建筑信息模型）系統設計建設與應用，提高設計集成化與智能化程度，加快推廣BIM、協同設計，改進傳統的生產與管理模式等要求。自此，BIM技術作為提高建筑設計、生產、施工、運營管理等全過程效率的技術手段，開始在建筑行業得到應用。

目前，國內真正運用于工業化住宅信息化數據傳遞技術的項目還不多，數據傳遞水準仍停留在碰撞檢測和施工初步模擬等比較基礎的施工前圖紙檢測的應用層次，遠遠未發揮出其真正全生命周期的應用價值。主要表現在：①國內還沒有統一的信息化應用標準；②信息化相關標準、研究文獻、法律不健全；③建筑企業信息化團隊建設不到位、BIM技術人才缺乏；④利益再分配的沖突。

1.2 國外發展狀況

自2003年起，美國總務管理局（GSA）通過其下屬的公共建筑服務處（PBS）開始實施一項被稱為國家3D-4D-BIM計劃的項目，目的有二：①實現技術轉變，以提供更加高效、經濟、安全、美觀的聯邦建筑；②促進和支持開放標準的應用。

與大多數國家相比，英國政府要求強制使用BIM。英國內閣辦公室于2011年發布的《政府建設戰略》文件中，有一整個章節關于建筑信息模型（BIM），明確要求“到2016年，政府要求全面協同3D-BIM，并將全部的文件以信息化管理”[1]。

北歐國家包括挪威、丹麥、瑞典和芬蘭，是一些主要建筑業信息技術的軟件廠商所在地，如Tekla 和Solibri，而且對發源于鄰近匈牙利的ArchiCAD的應用率也很高[1]。

2 工業化住宅特點

區別于傳統的現澆住宅，工業化住宅設計和生產模式需要對住宅全過程進行系統的設計與控制（圖1），具有設計提前、生產提前、管理提前等特點[2]。

3 數據傳遞技術研究的必要性

的不同表達形式等都導致了大量分布式工程數據，最終使各方難以交流，數據也就無法共享，大大阻礙了建筑業生產效率。這也導致了整個建筑行業信息交換的自動化程度很低。

研究工業化住宅結構設計、制造、運輸、安裝的信息化數據傳遞技術，有利于促進建筑業持續健康發展，提高工作效率，讓信息化技術的高效傳遞推進建筑業發展方式轉變，即由傳統行業向現代建筑業轉變、由單一產業向復合型產業轉變、由粗放型管理向精細化管理轉變、由單一市場向多元化市場轉變，實現建筑業經濟持續健康長。

圖1 PC預制裝配式項目全過程設計流程

工業化住宅項目的全生命周期管理，往往涉及到政府部門、業主、規劃、設計、施工、監理、材料、設備供應商等多個方面（圖2）。參與各方大多孤立，甚至不在同一地域,卻為了一個建設項目組合在一起，協同工作。因此，在組織結構、管理模式上存在的很多差異、信息系統的相互孤立、對工程建設不同的專業理解、對相同信息

4 工業化住宅各個階段的數據分類研究

BIM軟件可以將設計、評估、生產及流程視圖信息化，按數據等級將工業化住宅設計、生產、運輸、施工各個階段所產生的數據進化結構化的分類，以便于在信息化平臺上協調傳輸。

4.1 結構設計階段的數據分類

4.1.1 結構設計階段數據的產生

結構設計階段數據的主要來源是工業化住宅的規范和通過三維BIM軟件ALLPLAN建立信息化模型中涵蓋的預制件的尺寸、重量、預埋件種類和數量、鋼筋型號及物件屬性信息等，模型相關的所有信息可隨著實際的改變而實時改變，并生成準確的物料清單及其他數據[3]。

企業隨著項目的開展和深入，會積累到一套自己獨有的族庫，如參數化標準典型節點、標準構件及預留預埋件按照特性、參數等屬性分類歸檔到數據庫,儲存到公司服務器，方便在以后的工作中可直接調用族庫數據，并根據實際情況修改參數，有效提高工作效率。

4.1.2 結構設計階段數據的應用

根據工業化住宅的規范要求及常用節點、鋼筋信息、預埋件信息、構件參數、運輸、施工工法等數據，在信息化軟件ALLPLAN中設定企業內部構件拆分數據，令其對工業化住宅結構進行自動拆分，而設計人員只需對軟件反饋的少量不規范構件進行人為二次調整即可。這樣確保了拆分構件的高效性和準確性。

圖2 工業化住宅的全生命周期管理

通過協同設計建立統一的設計協調標準（圖3），包括圖層、顏色、線型、打印樣式等，從而減少現行各專業之間及專業內部由于溝通不暢或溝通不及時導致的錯、漏、碰、缺，真正實現所有圖紙信息無一致性，且一處變動其他自動修改，提升設計效率和設計質量。

4.1.3 結構設計階段數據的分類

本章節主要研究BIM軟件在預制件深化設計環節產生的數據類型與用途，總結出適用于自動化拆分、設計協同、施工指導的具體數據應用。此階段產生的數據歸為人工所需數據和機器要讀數據兩類（圖4），其中：人工所需數據有3Dpdf、構件單板圖、物料清單信息、IFC格式文件、預留預埋點位圖、預制件施工順序圖；機器要讀數據有生產數據（PXML/ADS格式）、電子圖紙。

4.2 生產階段的數據分類

設計人員將預制構件深化設計專業軟件生成的所有生產數據傳輸到寶業信息化平臺，由項目施工管理人員根據項目布置圖規劃安排施工安裝順序，并以任務分配書的形式提交給生產管理人員，確定生產時間；生產管理人員再根據生產計劃和工作日程安排，將深化設計數據轉換成流水線機械能夠識別的格式后進入生產階段。

4.2.1 生產階段數據的產生

目前，制造行業的生產效率極高，其部分原因是利用數字化數據模型實現了制造方法的自動化。借助ALLPLAN軟件，將深化設計階段的設計成果以信息化手段深化后得到的準確物料清單，包括圖紙、表格、文件等信息通過傳輸到統一的服務器。生產工廠訪問服務器讀取到以上數據，能有效幫助預制件的生產技術交底、物料采購準備、生產計劃安排、堆放場地管理與成品物流的計劃。

4.2.2 生產階段數據的應用

設計人員將深化拆分設計完成后的圖紙、表格、文件等信息以數據的形式傳輸到服務器，通過BIM模型輸出的所有預制件尺寸信息即可被自動生產線識別，從而充分利用模臺，在生產階段通過控制程序實現自動布置模臺、鋼筋的自動剪裁和彎折加工、自動化生產，提高生產效率。

由于預制件生產的流水線采用了信息化控制系統，從源頭開始運用數字化控制方式，所以在生產時，機械設備讀取的是數據格式文件，在精確程度控制方面可以達到毫米級以內。

圖3 基于信息化下的協調

圖4 結構設計階段數據分類

圖5 生產階段數據分類

4.2.3 生產階段數據的分類

在工業化住宅生產階段產生的數據主要用于機器讀取數據包，深化設計軟件輸出的PXML格式數據包直接可被預制構件生產設備讀取進行自動化生產，這樣避免了因人為讀取和傳遞造成的失誤，大大提高生產管理效率。在生產階段產生的數據有構建二維碼（ID）、生產材料表、生產管理報表、生產檢驗檢測合格表、構建堆放列表等（圖5）。

4.3 安裝階段數據分類

在預制構件深化階段，深化設計師在充分考慮規范、吊裝半徑、運輸、生產的前提下，將預制構件進行拆分并生成平面布置圖和預制件尺寸圖，供現場安裝定位使用。

4.3.1 安裝階段數據的應用

預制構件從工廠運至現場時，由現場人員根據在服務器上設計提供的圖紙對預制構件進行進場檢驗，確認預制構件的編號、尺寸、預埋和質量驗收表。

信息化技術可以提供詳細的安裝施工交底，通過BIM實現很好的可視化效果，并對部分節點做視頻動畫示意，達到施工模擬指導的效果。復雜專項工程設計，如大難度吊裝、隱蔽工程等，設計人員配合使用3D信息化軟件設計分析復雜建筑系統及其它重點難點（圖6）。

通過BIM數據的4D應用，施工單位可以將計劃進度與BIM模型的數據集成管理，即可模擬真實的施工進度及狀況。施工單位既能按天、周、月看到項目的施工進度，又可以根據現場實時狀況進行實時調整，預演施工場景，以便分析不同施工方案的優劣并及時做出調整，從而獲得最佳施工方案，隨時隨地可直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，安排預制件的安裝順序，同時進行有效協同，使施工方、監理方、甚至非工程行業出身的業主領導都對工程項目的各種問題和情況了如指掌。之后，通過BIM的可視化應用，可以把任務完成的交付及審批流程關聯起來，實時查看項目的進度、狀態及各種報表。

安裝過程中，根據BIM提供的質量要點進行自檢。根據質量控制節點，對預制構件的質量按規范和廠方質量體系要求進行質量評定，可對預制構件進行攝像和攝影，并將所有數據實時上傳服務器與ERP系統對接（圖7）。

4.3.2 安裝階段數據的分類

經過對BIM數據傳遞至安裝環節的研究，在安裝階段隨著項目推進生成多媒體施工模擬視頻材料、安裝進度計劃表、安裝質量檢驗報告、預制件安裝驗收報告（圖8）。其中，多媒體施工模擬主要用于施工方案比選、探討和工人培訓；安裝進度表供施工過程中進行進度計劃調整；安裝質量檢驗報告作為存檔保存，供后期驗收和維護使用。

圖6 施工難點模擬圖

圖7 對接ERP系統

圖8 安裝階段數據分類

圖9 信息化數據管理系統框架

5 工業化住宅結構設計、制造、運輸、安裝數據傳遞的關鍵技術研究

5.1 數據傳遞的技術路徑

本次研究課題利用Oracle或SQL Server關系型數據庫創建，這樣可以進行BIM海量數據的儲存和管理，服務器集成了多款軟件的管理系統（圖9）。該系統由數據存儲、協同工作和項目管理三個運用層組成，其中，數據存儲層集成了原始項目的原始數據；協同工作層主要包含三維協同、項目控制面板、多維查詢等；項目管理層集成了項目進度管理、成本控制、合同采購和綜合報表[4]。

BIM三維工程軟件制作的三維建模信息模型通過一個BIM數據集成平臺，實現IFC模型數據的讀取、保存提取、集成及3D顯示，針對建筑生命周期不同階段和應用生成相應的數據；業主方可以通過平臺以可視化的反饋的進度、報表、財務等數據，最終做出管理決策。

5.2 數據傳遞平臺的開發

住宅產業化的發展離不開信息技術的支撐，而信息數據在整個建筑工業化產業中的準確傳輸又成了重中之重的課題。平臺需滿足混凝土預制構件生產車間數據傳遞和基于多方協同的具有開放性、集成性、協同性的數據管理平臺（圖10）。開放性和集成性的體驗可以兼容并協調市場上主流BIM設計軟件的設計數據；支持通過網絡直接上傳到平臺，項目各參與方（包括總包項目部、技術部、分包單位、各設計單位、顧問公司、供應商、業主等），通過設定好的權限，即時了解最新的BIM模型信息和施工數據并交流意見，以BIM的工具進行項目管理的質量控制目標、進度控制目標、投資控制目標和安全控制目標，真正改變傳統建筑業的粗放式管理現狀，實現精細化管理。

5.3 數據傳遞內容

在整個數據傳遞流中，數據的產生、更迭需充分考慮數據類別、與之關聯的相關部門和信息的演變、數據儲存；其中有些數據還會繼續傳遞到下游持續使用。數據傳遞框架圖見圖11。

圖10 平臺部署

圖11 數據傳遞框架圖

6 結語

我國工業化住宅對技術的投入比重逐年增長，工業化住宅數據如何在建筑周期中良好傳遞是本次研究的重點。通過對工業化住宅結構設計、制造、運輸、安裝數據傳遞技術的研究，寶業集團上海公司基于寶業萬華城預制疊合板式混凝土剪力墻23#樓項目實踐的基礎上，自主研發了符合集團特色的數據研究體系——寶業信息化集成平臺，為BIM對建筑全生命周期的有效管理提供良好的管理平臺；并利用這一先進數據的研究成果，創建數據管理和共享技術，使設計、制造、運輸、安裝等各個團隊的表達溝通、討論和決策更加便捷，工作更加高效，使項目的所有成員從早期就開始進行持續協作，而不僅僅局限于關心自己的本職工作，使各方都能因為項目的成功而獲得更高的利益，創造更大的利潤，從而實現技術和經濟指標雙贏的狀態[5]。

[1]賀靈童.BIM在全球的應用現狀[J].工程質量,2013(3).

[2]龍玉峰.工業化住宅建筑的特點和設計建議[J].住宅科技,2014(6).

[3]樊驊.信息化技術在PC建筑生產過程中的應用[J].住宅科技,2014(6).

[4]陳光,成虎.建設項目全壽命期目標體系研究[J].土木工程學報,2004,37(10):87-91.

[5]王要武主編.工程項目信息化管理——Autodesk Buzzsaw[M].北京:建筑工業出版社,2005.

Study on Data Transmission Technology in Construction of Industrialized Residences

According to present situation of data application in construction industry, it elaborated the necessity of and technical measures for data transmission in industrialized residences, focused on summarizing data and sorting in phases of structural design, manufacture, transportation and installation of industrialized residential projects, and then described ways and measures of data transmission. Finally, it carried out practice and pondering according to practical projects of Baoye Group.

data transmission, building industrialization, prefabricated building, BIM, industrial chain, industrialized production

2016-03-30）

上海市科學技術委員會科研計劃項目（14DZ1202100）。

樊驊，寶業集團股份有限公司副總工程師，寶業集團上海建筑工業化研究院院長；夏鋒，寶業集團股份有限公司上海公司總經理；駱念親，寶業集團上海建筑工業化研究院BIM所所長。