幾十年來(lái)，制造行業(yè)一直在使用機(jī)械CAD系統(tǒng)制造數(shù)字模型。這些模型不僅能說(shuō)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(chǎng)支持，當(dāng)然還有制造。CAD模型可以用來(lái)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(dòng)化程度。建筑行業(yè)也可以采用類似的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑施工流程的自動(dòng)化。盡管建筑不能像汽車一樣“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(chǎng)，裝配到建筑中。
要想了解怎樣利用BIM來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)制造的自動(dòng)化，我們必須了解構(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(gòu)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(shuō)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(chǎng)，由鋼結(jié)構(gòu)安裝工進(jìn)行安裝。那么現(xiàn)場(chǎng)施工圖從何而來(lái)？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(duì)鋼結(jié)構(gòu)制造的總體要求，即關(guān)于典型節(jié)點(diǎn)的說(shuō)明。
其次，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(shuō)明來(lái)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。鋼結(jié)構(gòu)施工圖中僅包含關(guān)于節(jié)點(diǎn)的總體說(shuō)明，而加工詳圖則包含制造每個(gè)鋼結(jié)構(gòu)組件所需的所有細(xì)節(jié)。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(lái)創(chuàng)建加工詳圖。Autodesk Robobat RCAD就是一款利用數(shù)字“制造”模型來(lái)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)用鋼量為1000噸建筑項(xiàng)目中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(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)是否保持一致。鋼結(jié)構(gòu)制造商通常使用數(shù)控機(jī)床自動(dòng)切割鋼梁并制孔。有些制造商根據(jù)加工詳圖中的信息對(duì)數(shù)控機(jī)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(shù)字化制造模型自動(dòng)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行編程。
將BIM擴(kuò)展到制造環(huán)節(jié)
BIM怎樣滿足鋼結(jié)構(gòu)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，專門開發(fā)的建筑信息模型，如Revit®、Structure等也可以支持結(jié)構(gòu)制造流程。所有與鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的圖形都已經(jīng)包含在Revit Structure設(shè)計(jì)模型中。這些設(shè)計(jì)信息可以導(dǎo)入到CIS/2文件中(一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，用來(lái)交換鋼結(jié)構(gòu)信息)，便于在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)應(yīng)用中重新使用。Revit Structure設(shè)計(jì)模型中的鋼結(jié)構(gòu)圖形和信息可以通過(guò)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(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(dòng)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(huì)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(huì)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(shì)與結(jié)構(gòu)框架的總體成本有關(guān)。過(guò)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(shì)，需要在設(shè)計(jì)流程中考慮“制造的簡(jiǎn)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(wèn)題。與參與競(jìng)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)與其它建筑構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)也有助于減少現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的問(wèn)題，降低不斷上升的鋼結(jié)構(gòu)安裝成本。數(shù)字化從設(shè)計(jì)到制造流程離不開結(jié)構(gòu)工程師、鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)人員和鋼結(jié)構(gòu)制造商之間的協(xié)作。大多數(shù)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(xiàng)目交付方法來(lái)連通設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)。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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，就設(shè)計(jì)、制造和施工環(huán)節(jié)中的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)，原本需要按順序進(jìn)行的步驟(設(shè)計(jì)、詳圖設(shè)計(jì)、制造)可以并行展開，設(shè)計(jì)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，就可以更快向鋼廠下單，更快開始制造，鋼結(jié)構(gòu)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(shù)字化數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)了制造方法的自動(dòng)化。
同樣，BIM和數(shù)字化制造也能夠提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率。與集成項(xiàng)目交付方法一樣，數(shù)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縮短建筑施工流程，更好地控制項(xiàng)目效果?！?金仁)
要想了解怎樣利用BIM來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)制造的自動(dòng)化，我們必須了解構(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(gòu)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(shuō)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(chǎng)，由鋼結(jié)構(gòu)安裝工進(jìn)行安裝。那么現(xiàn)場(chǎng)施工圖從何而來(lái)？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(duì)鋼結(jié)構(gòu)制造的總體要求，即關(guān)于典型節(jié)點(diǎn)的說(shuō)明。
其次，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(shuō)明來(lái)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。鋼結(jié)構(gòu)施工圖中僅包含關(guān)于節(jié)點(diǎn)的總體說(shuō)明，而加工詳圖則包含制造每個(gè)鋼結(jié)構(gòu)組件所需的所有細(xì)節(jié)。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(lái)創(chuàng)建加工詳圖。Autodesk Robobat RCAD就是一款利用數(shù)字“制造”模型來(lái)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)用鋼量為1000噸建筑項(xiàng)目中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(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)是否保持一致。鋼結(jié)構(gòu)制造商通常使用數(shù)控機(jī)床自動(dòng)切割鋼梁并制孔。有些制造商根據(jù)加工詳圖中的信息對(duì)數(shù)控機(jī)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(shù)字化制造模型自動(dòng)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行編程。
將BIM擴(kuò)展到制造環(huán)節(jié)
BIM怎樣滿足鋼結(jié)構(gòu)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，專門開發(fā)的建筑信息模型，如Revit®、Structure等也可以支持結(jié)構(gòu)制造流程。所有與鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的圖形都已經(jīng)包含在Revit Structure設(shè)計(jì)模型中。這些設(shè)計(jì)信息可以導(dǎo)入到CIS/2文件中(一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，用來(lái)交換鋼結(jié)構(gòu)信息)，便于在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)應(yīng)用中重新使用。Revit Structure設(shè)計(jì)模型中的鋼結(jié)構(gòu)圖形和信息可以通過(guò)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(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(dòng)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(huì)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(huì)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(shì)與結(jié)構(gòu)框架的總體成本有關(guān)。過(guò)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(shì)，需要在設(shè)計(jì)流程中考慮“制造的簡(jiǎn)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(wèn)題。與參與競(jìng)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)與其它建筑構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)也有助于減少現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的問(wèn)題，降低不斷上升的鋼結(jié)構(gòu)安裝成本。數(shù)字化從設(shè)計(jì)到制造流程離不開結(jié)構(gòu)工程師、鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)人員和鋼結(jié)構(gòu)制造商之間的協(xié)作。大多數(shù)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(xiàng)目交付方法來(lái)連通設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)。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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，就設(shè)計(jì)、制造和施工環(huán)節(jié)中的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)，原本需要按順序進(jìn)行的步驟(設(shè)計(jì)、詳圖設(shè)計(jì)、制造)可以并行展開，設(shè)計(jì)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，就可以更快向鋼廠下單，更快開始制造，鋼結(jié)構(gòu)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(shù)字化數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)了制造方法的自動(dòng)化。
同樣，BIM和數(shù)字化制造也能夠提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率。與集成項(xiàng)目交付方法一樣，數(shù)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縮短建筑施工流程，更好地控制項(xiàng)目效果?！?金仁)
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