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                                            BIM與鋼結構的數字化制造 基于模型的設計和制造

                                            作者:user 來源: 時間:2015-03-03 16:05:04 瀏覽次數:

                                                    幾十年來,制造行業一直在使用機械CAD系統制造數字模型。這些模型不僅能說明產品的設計,還可以用到其它應用中,如應力分析、現場支持,當然還有制造。CAD模型可以用來生成控制CNC(計算機數字控制)機床,提高機械加工流程的自動化程度。建筑行業也可以采用類似的方法來實現建筑施工流程的自動化。盡管建筑不能像汽車一樣“加工”好整體后發送給業主,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,裝配到建筑中。
                                                    要想了解怎樣利用BIM來實現鋼結構制造的自動化,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部分應如何制造的說明書)將原材料切割并制成用于建筑施工的梁和柱。制成后的鋼結構組件被運到施工現場,由鋼結構安裝工進行安裝。那么現場施工圖從何而來?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,即關于典型節點的說明。
                                                    其次,鋼結構詳圖設計師再根據這些施工圖和總體的節點說明來設計具體的鋼結構組件和具體的幾何形狀,并創建加工詳圖,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于節點的總體說明,而加工詳圖則包含制造每個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”創建加工詳圖或用專門的鋼結構詳圖設計軟件來創建加工詳圖。Autodesk Robobat RCAD就是一款利用數字“制造”模型來創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。在將加工詳圖發布到制造環節之前,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行手動編程。另外一些制造商則使用上面提到的數字化制造模型自動對數控機床進行編程。
                                                    將BIM擴展到制造環節
                                                    BIM怎樣滿足鋼結構制造商的需求呢?正如制造業中基于CAD的模型能夠支持制造流程一樣,專門開發的建筑信息模型,如Revit®、Structure等也可以支持結構制造流程。所有與鋼結構有關的圖形都已經包含在Revit Structure設計模型中。這些設計信息可以導入到CIS/2文件中(一種行業標準數據格式,用來交換鋼結構信息),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節,這樣便實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,省去用于創建制造模型的時間,而且還改進了制造質量,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的建筑活動中共享。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行四維建模,也可以會同其它建筑專業和模型(如MEP和建筑設計)進行沖突檢查。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發生變更。但其中包含的細節比結構模型要多得多,因此在進行沖突檢查時非常有用,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優勢與結構框架的總體成本有關。過去,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“制造的簡單性”(相當于制造行業強調“可加工性”)將設計模型直接用于制造環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,即在建筑設計流程中提前考慮制造方面的問題。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。鋼結構與其它建筑構件之間的協調也有助于減少現場發生的問題,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作。大多數情況下,這三方分別屬于三個不同公司。因此,就需要采用不同以往的項目交付方法來連通設計與制造環節。也就是說由業主、建筑商、工程師和承包商組成跨職能的項目團隊,就設計、制造和施工環節中的工作進行協調,原本需要按順序進行的步驟(設計、詳圖設計、制造)可以并行展開,設計模型和加工詳圖可以同時創建。完成加工詳圖的速度越快,就可以更快向鋼廠下單,更快開始制造,鋼結構也可以更快地安裝完畢。制造行業目前的生產效率極高,其中的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。
                                                    同樣,BIM和數字化制造也能夠提高建筑行業的生產效率。與集成項目交付方法一樣,數字化制造方法將推動建筑行業的快速發展。BIM解決方案肯定能幫助我們顯著縮短建筑施工流程,更好地控制項目效果?!?金仁)
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