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根據(jù)斯坦福大學(xué)集成設(shè)施工程中心（Center for Integrated Facility Engineering，CIFE）的研究數(shù)據(jù)，建筑施工行業(yè)的生產(chǎn)效率正在持續(xù)下滑。該數(shù)據(jù)顯示，生產(chǎn)效率問題是建筑行業(yè)面臨的根本性問題，同時(shí)也是施工效果無法預(yù)測的主要原因。為了改進(jìn)這一狀況，許多企業(yè)將用來描述建筑設(shè)計(jì)方案的建筑信息模型(BIM)用到了各種相關(guān)的建筑活動中，包括建筑施工和建筑構(gòu)件的數(shù)字化制造。BIM能讓建筑實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造嗎？
根據(jù)斯坦福大學(xué)集成設(shè)施工程中心（Center for Integrated Facility Engineering，CIFE）的研究數(shù)據(jù)，建筑施工行業(yè)的生產(chǎn)效率正在持續(xù)下滑。該數(shù)據(jù)顯示，生產(chǎn)效率問題是建筑行業(yè)面臨的根本性問題，同時(shí)也是施工效果無法預(yù)測的主要原因。為了改進(jìn)這一狀況，許多企業(yè)將用來描述建筑設(shè)計(jì)方案的建筑信息模型(BIM)用到了各種相關(guān)的建筑活動中，包括建筑施工和建筑構(gòu)件的數(shù)字化制造。BIM能讓建筑實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造嗎？
幾十年來，制造行業(yè)一直在使用機(jī)械CAD系統(tǒng)制造數(shù)字模型。這些模型不僅能夠說明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，還可以用到其它應(yīng)用中，如應(yīng)力分析、現(xiàn)場支持，當(dāng)然還有制造。CAD模型可以用來生成控制CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)字控制）機(jī)床，提高機(jī)械加工流程的自動化程度。
事實(shí)上，建筑行業(yè)也可以采用類似的方法來實(shí)現(xiàn)建筑施工流程的自動化。盡管建筑不能像汽車一樣在“加工”好整體后發(fā)送給業(yè)主，但建筑中的許多構(gòu)件的確可以異地加工，然后運(yùn)到建筑施工現(xiàn)場，裝配到建筑中。例如，門窗、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等構(gòu)件。
鋼結(jié)構(gòu)建造圖紙是關(guān)鍵
要想了解怎樣利用BIM來實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)制造的自動化，必須了解構(gòu)成建筑框架的鋼結(jié)構(gòu)組件是怎樣制成的。首先，鋼廠利用熱軋加工流程（通常情況下）制成鋼結(jié)構(gòu)原材料。鋼結(jié)構(gòu)制造商購入這些原材料，并按照加工詳圖（詳細(xì)描述鋼結(jié)構(gòu)中每個(gè)部分應(yīng)如何制造的說明書）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(jié)構(gòu)組件被運(yùn)到施工現(xiàn)場，由鋼結(jié)構(gòu)安裝工進(jìn)行安裝。
那么現(xiàn)場施工圖從何而來？結(jié)構(gòu)工程師的職責(zé)是設(shè)計(jì)、分析并驗(yàn)證建筑的結(jié)構(gòu)框架，并創(chuàng)建記錄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的施工圖。結(jié)構(gòu)圖紙中只包含對鋼結(jié)構(gòu)制造的總體要求，即關(guān)于典型節(jié)點(diǎn)的說明。然后，鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)師再根據(jù)這些施工圖和總體的節(jié)點(diǎn)說明來設(shè)計(jì)具體的鋼結(jié)構(gòu)組件和具體的幾何形狀，并創(chuàng)建加工詳圖，以便準(zhǔn)確地指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)制造商如何制造建筑中的每一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)組件。加工詳圖中包含材料規(guī)格、大小、尺寸、焊接、螺栓連接、表面處理、涂裝要求等詳細(xì)信息。
詳圖設(shè)計(jì)師通常使用繪圖軟件“手工”創(chuàng)建加工詳圖或用專門的鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件來創(chuàng)建加工詳圖。Autodesk Robobat RCAD就是一款利用數(shù)字“制造”模型來創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)詳圖的解決方案。
需要注意的是，在建筑項(xiàng)目中，加工詳圖的數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于施工圖的數(shù)量。例如，為了記錄一個(gè)1,000噸建筑項(xiàng)目中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（鋼用量為1,000噸），就需要大約70至80張施工圖紙和1,000張加工詳圖。在將加工詳圖發(fā)布到制造環(huán)節(jié)之前，結(jié)構(gòu)工程師需要檢查每一張圖紙，以驗(yàn)證其中的信息與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保持一致。
Revit Structure設(shè)計(jì)模型中的鋼結(jié)構(gòu)圖形和信息可以通過CIS/2文件導(dǎo)出，然后重新用到鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)解決方案中。
將建筑信息模型用于鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)，這樣便實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字的從設(shè)計(jì)到制造流程。重復(fù)利用設(shè)計(jì)模型不但提高了工作效率（省卻了用于創(chuàng)建制造模型的時(shí)間），而且改進(jìn)了制造質(zhì)量（消除了設(shè)計(jì)模型與制造模型相互矛盾的現(xiàn)象）。此外，鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)和制造軟件中使用的信息是基于高度精確、協(xié)調(diào)、一致的建筑信息模型的數(shù)字設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)完全值得在相關(guān)的建筑活動中共享。
完成加工詳圖設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)或承包商還可以利用該制造模型進(jìn)行四維建模，也可以會同其它建筑專業(yè)和模型（如MEP和建筑設(shè)計(jì)）進(jìn)行沖突檢查。制造模型并不代表最后的竣工狀況，因?yàn)樵阡摻Y(jié)構(gòu)安裝階段可能還會發(fā)生變更。但其中包含的細(xì)節(jié)比結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)供應(yīng)鏈中的另一個(gè)優(yōu)勢是與結(jié)構(gòu)框架的總體成本有關(guān)。過去，鋼結(jié)構(gòu)的原材料成本、制造成本和安裝成本基本相當(dāng)。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(shè)計(jì)流程中考慮“制造的簡單性”。（相當(dāng)于制造行業(yè)強(qiáng)調(diào)“可加工性”）
將設(shè)計(jì)模型直接用于制造環(huán)節(jié)還可以在制造商與設(shè)計(jì)人員之間形成一種自然的反饋循環(huán)，即在建筑設(shè)計(jì)流程中提前考慮制造方面的問題。與參與競標(biāo)的制造商共享設(shè)計(jì)模型有助于縮短招標(biāo)周期，便于制造商根據(jù)設(shè)計(jì)要求的鋼材用量編制更為統(tǒng)一的投標(biāo)書。鋼結(jié)構(gòu)與其他建筑構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)也有助于減少現(xiàn)場發(fā)生的問題，降低不斷上升的鋼結(jié)構(gòu)安裝成本。
總之，制造行業(yè)目前的生產(chǎn)效率很高，其中的部分原因是利用數(shù)字化數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)了制造方法的自動化。同樣，BIM和數(shù)字化制造也是能夠提高建筑行業(yè)生產(chǎn)效率的。
幾十年來，制造行業(yè)一直在使用機(jī)械CAD系統(tǒng)制造數(shù)字模型。這些模型不僅能夠說明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，還可以用到其它應(yīng)用中，如應(yīng)力分析、現(xiàn)場支持，當(dāng)然還有制造。CAD模型可以用來生成控制CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)字控制）機(jī)床，提高機(jī)械加工流程的自動化程度。
事實(shí)上，建筑行業(yè)也可以采用類似的方法來實(shí)現(xiàn)建筑施工流程的自動化。盡管建筑不能像汽車一樣在“加工”好整體后發(fā)送給業(yè)主，但建筑中的許多構(gòu)件的確可以異地加工，然后運(yùn)到建筑施工現(xiàn)場，裝配到建筑中。例如，門窗、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等構(gòu)件。
鋼結(jié)構(gòu)建造圖紙是關(guān)鍵
要想了解怎樣利用BIM來實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)制造的自動化，必須了解構(gòu)成建筑框架的鋼結(jié)構(gòu)組件是怎樣制成的。首先，鋼廠利用熱軋加工流程（通常情況下）制成鋼結(jié)構(gòu)原材料。鋼結(jié)構(gòu)制造商購入這些原材料，并按照加工詳圖（詳細(xì)描述鋼結(jié)構(gòu)中每個(gè)部分應(yīng)如何制造的說明書）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(jié)構(gòu)組件被運(yùn)到施工現(xiàn)場，由鋼結(jié)構(gòu)安裝工進(jìn)行安裝。
那么現(xiàn)場施工圖從何而來？結(jié)構(gòu)工程師的職責(zé)是設(shè)計(jì)、分析并驗(yàn)證建筑的結(jié)構(gòu)框架，并創(chuàng)建記錄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的施工圖。結(jié)構(gòu)圖紙中只包含對鋼結(jié)構(gòu)制造的總體要求，即關(guān)于典型節(jié)點(diǎn)的說明。然后，鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)師再根據(jù)這些施工圖和總體的節(jié)點(diǎn)說明來設(shè)計(jì)具體的鋼結(jié)構(gòu)組件和具體的幾何形狀，并創(chuàng)建加工詳圖，以便準(zhǔn)確地指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)制造商如何制造建筑中的每一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)組件。加工詳圖中包含材料規(guī)格、大小、尺寸、焊接、螺栓連接、表面處理、涂裝要求等詳細(xì)信息。
詳圖設(shè)計(jì)師通常使用繪圖軟件“手工”創(chuàng)建加工詳圖或用專門的鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件來創(chuàng)建加工詳圖。Autodesk Robobat RCAD就是一款利用數(shù)字“制造”模型來創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)詳圖的解決方案。
需要注意的是，在建筑項(xiàng)目中，加工詳圖的數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于施工圖的數(shù)量。例如，為了記錄一個(gè)1,000噸建筑項(xiàng)目中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（鋼用量為1,000噸），就需要大約70至80張施工圖紙和1,000張加工詳圖。在將加工詳圖發(fā)布到制造環(huán)節(jié)之前，結(jié)構(gòu)工程師需要檢查每一張圖紙，以驗(yàn)證其中的信息與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保持一致。
將BIM擴(kuò)展到制造環(huán)節(jié)
Revit Structure設(shè)計(jì)模型中的鋼結(jié)構(gòu)圖形和信息可以通過CIS/2文件導(dǎo)出，然后重新用到鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)解決方案中。
將建筑信息模型用于鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)，這樣便實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字的從設(shè)計(jì)到制造流程。重復(fù)利用設(shè)計(jì)模型不但提高了工作效率（省卻了用于創(chuàng)建制造模型的時(shí)間），而且改進(jìn)了制造質(zhì)量（消除了設(shè)計(jì)模型與制造模型相互矛盾的現(xiàn)象）。此外，鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)和制造軟件中使用的信息是基于高度精確、協(xié)調(diào)、一致的建筑信息模型的數(shù)字設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)完全值得在相關(guān)的建筑活動中共享。
完成加工詳圖設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)或承包商還可以利用該制造模型進(jìn)行四維建模，也可以會同其它建筑專業(yè)和模型（如MEP和建筑設(shè)計(jì)）進(jìn)行沖突檢查。制造模型并不代表最后的竣工狀況，因?yàn)樵阡摻Y(jié)構(gòu)安裝階段可能還會發(fā)生變更。但其中包含的細(xì)節(jié)比結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)供應(yīng)鏈中的另一個(gè)優(yōu)勢是與結(jié)構(gòu)框架的總體成本有關(guān)。過去，鋼結(jié)構(gòu)的原材料成本、制造成本和安裝成本基本相當(dāng)。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(shè)計(jì)流程中考慮“制造的簡單性”。（相當(dāng)于制造行業(yè)強(qiáng)調(diào)“可加工性”）
將設(shè)計(jì)模型直接用于制造環(huán)節(jié)還可以在制造商與設(shè)計(jì)人員之間形成一種自然的反饋循環(huán)，即在建筑設(shè)計(jì)流程中提前考慮制造方面的問題。與參與競標(biāo)的制造商共享設(shè)計(jì)模型有助于縮短招標(biāo)周期，便于制造商根據(jù)設(shè)計(jì)要求的鋼材用量編制更為統(tǒng)一的投標(biāo)書。鋼結(jié)構(gòu)與其他建筑構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)也有助于減少現(xiàn)場發(fā)生的問題，降低不斷上升的鋼結(jié)構(gòu)安裝成本。
總之，制造行業(yè)目前的生產(chǎn)效率很高，其中的部分原因是利用數(shù)字化數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)了制造方法的自動化。同樣，BIM和數(shù)字化制造也是能夠提高建筑行業(yè)生產(chǎn)效率的。
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