装配式建筑数据协同技术研究

装配式建筑数据协同技术研究

陈英明 尹文宇 陈新强

中铁十四局集团房桥有限公司北京 102400

摘要：国内外针对装配式建筑领域的数据协同均是基于二维图纸的人工提取，部分采用了三维图纸，利用BIM技术进行数据交互，但其仍存在数据信息针对性不强，无法按照角色快速提取所需数据，且全面使用BIM技术成本较高，前期工作量大、耗时长等缺点，本文通过对目前数据协同的实际情况进行深入分析，在深度了解数据协同现状及缺点的基础上提出一种新型装配式数据协同技术，并且进行了效果的评价及应用分析，为后续的装配式建筑数据协同发展奠定了基础。

关键词：装配式建筑；数据协同；信息交互规则；图纸

0引言

“十三五”期间,中央加大了发展装配式建筑的政策支持力度,各地方政府也相应出台了大力发展装配式建筑的指导意见,并制定具体政策和目标,共同推动我国建筑行业工业化、信息化的“两化融合”发展。一系列政策从项层设计上明确了我国装配式建筑的发展任务,标志着装配式建筑与信息化的融合逐渐由政策导向性阶段向政策强制性阶段过渡,我国装配式建筑将进入产业化、规模化的全新发展阶段。^[1]

1图纸数据读取现状分析

装配式建筑项目实施过程，按照其施工过程可分为设计、制造、装配三个阶段，其中设计阶段主要由设计院负责，制造阶段主要发生在PC构件工厂，装配阶段主要由专业施工队伍在现场进行装配。项目实施过程中按阶段逐层递进实施，各阶段施工作业人员和技术人员在工作模式和数据需求上侧重点均不相同，普遍表现为当前阶段的数据处理对前一阶段的成型数据依赖较大，如制造阶段与设计阶段之间存在较为紧密的协作关系，但是目前普遍采用人工读图方式，导致制造阶段与设计阶段联系不够紧密，实际制造情况经常与设计需求脱节，导致整体的项目进度受阻。

1.1人工数据读取分析

通过对当前装配式建筑产业链的数据协同和数据处理方式进行分析，较为明显的问题是，业主、总包、预制部品生产基地基础数据均来源于设计端的二维cad图纸设计，因角色不同对图纸数据的需求不同，且制图规则不同，需要各个环节不断通过人工读图来提取数据，造成整个产业链的数据协同效率低下，无法有效进行协同作业。

以预制部品生产基地为例，在构件的生产过程中，需要从设计端提供的二维cad图纸提取关于构件的形状尺寸数据，用于用于施工过程中的模板的拼装。提取构件的配筋数据，用于钢筋的下料加工。提取构件的钢筋排布数据，用于钢筋的绑扎。提取构件的预埋件分布数据，用于预埋件的安装。提取构件的混凝土相关数据，用于构件的混凝土浇筑。同时需要提取关于构件的编号等数据，用于构件生产的统计分析。在预制构件的生产过程中，包括但不仅限于以上各项数据的提取，且各项任务均需要人工完成，数据提取过程中，由于本身装配式建筑的二维cad图纸较为复杂，各楼层及各单元的结构可能相似但又不完全相同，导致数据读取过程中极易出现错误，且错误不容易被发现，往往到了构件生产环节才会被发现纠正，导致生产进度受阻。

1.2BIN技术应用分析

BIM（Building Information Modeling）为建筑信息模型的简称，是以建筑工程项目的各项数据信息为基础，通过三维模型的数字信息仿真模拟建筑物的真实信息，建立与实际情况一致的建筑工程数据库，其本身具有信息一致性、可视化、优化性、协调性、可出图性等诸多特点。装配式建筑建设过程是将原有的“设计—现场施工”模式向“设计—构件加工—安装”模式的转变，其本身是集合设计、预制构件加工、现场施工、一体化装修、信息管理为一体的系统工程^[2]。目前国内装配式建筑设计阶段采用BIM设计方式占70%以上，直接通过BIM出图指导制造约占25%，将BIM技术与MES、ERP相结合进行装配式建筑全生命周期管控约占15%。BIM技术在项目中的应用主要以岗位级工具为主^[3]。

虽然BIM技术应用在装配式建筑中有较广泛的应用，但是不可忽视的是，首先由于装配式建筑的特殊性，不会有完全一致的两个建筑结构，这也导致了应用BIM进行建模分析时，每次均需要重新建模，前期工作量巨大，导致技术成本较高，且建模周期长，无法适应快节奏工期短的装配式建筑项目，应用性不强。其次，仍存在数据信息针对性不强，无法按照角色快速提取所需数据的问题，由上述统计数据可知BIM建模现阶段更主要应用于设计阶段，这也导致其功能更加偏向于设计阶段的使用，导致在制造阶段、施工阶段不能有效的提取有关数据，不能有效的实现装配式建筑数据协同工作。

2信息化数据协同研究

为实现装配式建筑领域的信息化数据协同，解决目前在数据协同上存在的痛点难点，房桥公司技术研发中心开展了装配式建筑数据协同技术研究，通过制定出一套信息交互标准与规则，同时与设计端进行联合，从设计的角度对信息交互标准与规则进行完善；并且基于交互标准开发设计数据转换的施工端接口应用软件，实现施工过程中的数据快速读取，大大提高了生产效率，降低了人工成本。

2.1信息交互标准与规则

通过对二维CAD图纸的详细分析，结合各阶段技术人员的切实需要，与设计方进行沟通确认，最终确定通过对二维图纸中各项线段画法、符号标示方法、标注格式、文字格式、图框格式进行定义，形成一套二维CAD图纸标准。

（1）总体CAD制图规则如下：

图纸按楼层生成一个文件，每一个楼的楼层做成一个单独的CAD文件，每块构件设置图框，在图框内的信息都为本块叠合板的信息，透视图落在图框范围内的属于同一构件,图框以外的不属于本构件，字体使用tssdeng.shx大字体用JD.SHX

（2）图纸分层如下图：

图1 二维CAD图纸分层结构图

规定上述电子版二维CAD图纸在传递时的标准规则外，同时规定单体文件内的图纸数量，文件名称制定方法等。结合各阶段信息交互时所需要的数据，制定信息交互时的提取内容，做到有针对性的对关键数据进行提取，便于各阶段对所需数据的进一步提取和整理。

2.2数据转换的施工端接口应用软件

形成标准的二维CAD图纸后，通过自主研发的对应软件，自动读取相应的所需数据，实现数据的一键式显示，一键式读取，一键式导出，大大提高了各阶段的办公效率，同时通过软件的横向联系功能,将设计阶段、制造阶段、装配阶段进行横向数据协同，可最大程度的协调统一装配式建筑项目在整个施工过程中的相关技术问题解决，同时根据阶段的不同，在各阶段的软件端口上形成各有侧重的应用模式。设计阶段偏重于二维CAD图纸的绘制、相应结构的分解及连接等功能。制造阶段偏重于制作过程中所需的相关数据的提取及总结分析功能。装配阶段偏重于构件的装配位置及相应的连接分析。同时整个系统软件可进行多元化拓展，后期的通过相应软件程序实现三维建模显示等扩展功能。

图2 应用软件框架结构图

3数据协同应用及效果分析

通过在中铁十四局集团房桥有限公司进行试点应用，在设计阶段与制造阶段协同过程中，做到了紧密配合，互相协调沟通完成每种预制构件的模板图、钢筋图、钢筋明细表、配件信息表等内容，做到了对详图内应对预留洞口、钢筋套管、脱模安装吊点、锁管、预埋铁件等进行准确的尺寸定位控制，避免了以往人工读取数据的过程存在人力资源占用大、效率低、返工量大、材料统计不准确等问题。真正做到提高质量、提高效益，减少人工、减少消耗。通过应用前后的人员调查数据对比，其中从二维CAD图纸中读取数据的速度有以往的人工操作5天缩短至系统自动提取1小时，具有显著的效果。同时应用系统后钢筋的下料，预埋件的安装等施工工序，未出现相关失误，工作效率也得到了明显的提升。

4结语

当前中国建筑行业正处于由低端粗放式管理向高端精细化管理转型的关键时期，建筑工业化是转型目标。建筑设计标准化、预制构配件制造工厂化和各阶段多方协同管理信息化是实现建筑工业化的基本途径。建筑工业化中的装配式建筑区别于传统湿作业的施工模式，是以预制构件工厂制造和现场拼装的方式来完成主体结构及装修工程的施工，装配式建筑的工程进度和工程质量管控点由现场阶段向设计阶段和制造阶段前移，所以，提升PC构件制造阶段与上游协同工作衔接顺畅度是装配式建筑目前精细化管理的核心。应用本技术后，装配式建筑设计可以为PC构件制作加工传递高效准确的数据，可以针对各参与方的作业岗位需求进行相应的转换传递，基于数设计阶段与制造阶段和装配阶段的工作协同是未来装配式建筑项目主要的工作模式，本技术的应用，即可规范化在设计阶段二维CAD图纸的绘制标准，同时大大提高了数据协同的工作效率，预留的可拓展接口也可为后续的智能化设备的应用提供便捷条件，真正做到了装配式建筑数据的协同。

参考文献

1. 高栋，逄俊杰，田娇.装配式建筑各设计阶段协同设计要点及BIM技术应用，《中国科技纵横》2018年第10期.

2. 白庶，张艳坤，韩凤，张德海，李微.BIM 技术在装配式建筑中的应用价值分析[J].建筑经济，2015，36（11）：106-109.

3. 高栋，逄俊杰，田娇.装配式建筑各设计阶段协同设计要点及BIM技术应用，《中国科技纵横》2018年第10期.