根據(jù)斯坦福大學集成設施工程中心（Center for Integrated Facility Engineering，CIFE）的研究數(shù)據(jù)，建筑施工行業(yè)的生產效率正在持續(xù)下滑。該數(shù)據(jù)顯示，生產效率問題是建筑行業(yè)面臨的根本性問題，同時也是施工效果無法預測的主要原因。為了改進這一狀況，許多企業(yè)將用來描述建筑設計方案的建筑信息模型(BIM)用到了各種相關的建筑活動中，包括建筑施工和建筑構件的數(shù)字化制造。(BIM)能讓建筑實現(xiàn)數(shù)字化制造嗎？
立足模型去設計和制造
幾十年來，制造行業(yè)一直在使用機械CAD系統(tǒng)制造數(shù)字模型。這些模型不僅能夠說明產品的設計，還可以用到其它應用中，如應力分析、現(xiàn)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(shù)字控制）機床，提高機械加工流程的自動化程度。
事實上，建筑行業(yè)也可以采用類似的方法來實現(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，但建筑中的許多構件的確可以異地加工，然后運到建筑施工現(xiàn)場，裝配到建筑中。例如，門窗、預制混凝土結構和鋼結構等構件。
鋼結構建造圖紙是關鍵
要想了解怎樣利用BIM來實現(xiàn)鋼結構制造的自動化，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(xiàn)場，由鋼結構安裝工進行安裝。
那么現(xiàn)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(chuàng)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(jié)點的說明。然后，鋼結構詳圖設計師再根據(jù)這些施工圖和總體的節(jié)點說明來設計具體的鋼結構組件和具體的幾何形狀，并創(chuàng)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(guī)格、大小、尺寸、焊接、螺栓連接、表面處理、涂裝要求等詳細信息。
詳圖設計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構詳圖設計軟件來創(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(shù)量要遠遠多于施工圖的數(shù)量。例如，為了記錄一個1000噸建筑項目中的鋼結構設計（鋼用量為1000噸），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保持一致。
將BIM擴展到制造環(huán)節(jié)
BIM怎樣滿足鋼結構制造商的需求呢？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，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了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(yè)標準數(shù)據(jù)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(huán)節(jié)，這樣便實現(xiàn)了全數(shù)字的從設計到制造流程。重復利用設計模型不但提高了工作效率（省卻了用于創(chuàng)建制造模型的時間），而且改進了制造質量（消除了設計模型與制造模型相互矛盾的現(xiàn)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(xié)調、一致的建筑信息模型的數(shù)字設計數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)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(yè)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(fā)生變更。但其中包含的細節(jié)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(yōu)勢是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(yè)強調“可加工性”）
將設計模型直接用于制造環(huán)節(jié)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(huán)，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(jù)設計要求的鋼材用量編制更為統(tǒng)一的投標書。鋼結構與其他建筑構件之間的協(xié)調也有助于減少現(xiàn)場發(fā)生的問題，降低不斷上升的鋼結構安裝成本。
總之，制造行業(yè)目前的生產效率很高，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)生產效率的。
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