于龍飛，張家春

(上海交通大學(xué)a.土木工程系；b.BIM研究中心，上海 200240）

基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)

于龍飛，張家春

(上海交通大學(xué)a.土木工程系；b.BIM研究中心，上海 200240）

我國正大力推廣裝配式建筑，裝配式建筑具有生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、質(zhì)量有保證等突出優(yōu)勢，代表了我國建筑行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。然而，我國裝配式建筑的發(fā)展仍處于初級階段，裝配式建筑的推廣與應(yīng)用中缺乏科學(xué)的管理系統(tǒng)及管理理念。本文在對BIM及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)研究應(yīng)用現(xiàn)狀歸納的基礎(chǔ)上，分析了裝配式建筑建造與制造業(yè)集成制造的共性，提出了基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)的概念，分析了該系統(tǒng)的實(shí)施目標(biāo)、理論基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)，并闡述了該系統(tǒng)的總體框架，詳細(xì)分析了該系統(tǒng)的分系統(tǒng)及支撐體系設(shè)計(jì)。最后，對基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)的優(yōu)勢進(jìn)行分析，對該系統(tǒng)在建筑業(yè)的發(fā)展應(yīng)用進(jìn)行了展望。

裝配式建筑；計(jì)算機(jī)集成制造；建筑信息模型

長久以來，我國建筑行業(yè)一直采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工方法。隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來、我國人口紅利的消失、建筑行業(yè)各環(huán)節(jié)利潤率劇降，建造技術(shù)革命勢在必行，裝配式建筑正是在這一趨勢下逐漸得到了業(yè)界的認(rèn)同及重視。裝配式建筑是由預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場裝配而成的新型建筑。與現(xiàn)場施工建成的傳統(tǒng)建筑相比，由于構(gòu)件在預(yù)制工廠采用工業(yè)化的方式生產(chǎn)，可在現(xiàn)場拼裝并行實(shí)施，能大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人力資源，縮短生產(chǎn)周期，因此，裝配式建筑代表了我國建筑工業(yè)化發(fā)展的方向。

現(xiàn)階段，政府正積極推廣裝配式建筑，建筑企業(yè)也大力投入裝配式建筑的研究與應(yīng)用，在這一過程中，也暴露出了我國建筑行業(yè)當(dāng)前面臨的一系列困難和亟待解決的問題。

(1)建筑企業(yè)綜合管理體制落后、經(jīng)濟(jì)效益低下，缺乏綜合競爭力；

(2)大型項(xiàng)目越來越多，結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，投資規(guī)模也越來越大，項(xiàng)目涉及較多單位，建造過程中有很強(qiáng)的變動性，對各單位間的協(xié)同工作提出了更高要求；

(3)建筑項(xiàng)目愈發(fā)強(qiáng)調(diào)全生命周期控制，建筑的投資決策、研究開發(fā)、勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)都必須基于建筑信息，建筑行業(yè)信息化程度亟需提高。

裝配式建筑的發(fā)展亟需建造技術(shù)的轉(zhuǎn)變，建造技術(shù)的轉(zhuǎn)變必將引起建造流程的轉(zhuǎn)變與革新，建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的線性過程將逐漸被非線性和并行過程所取代。在這一轉(zhuǎn)變中，學(xué)習(xí)制造業(yè)的思想理論、生產(chǎn)方式及組織結(jié)構(gòu)成為建筑業(yè)的最佳選擇。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System，簡稱CIMS)，是集成了信息技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)代化制造技術(shù)。CIMS自提出以來，在制造行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。

目前，CIMS在建筑業(yè)仍未得到廣泛應(yīng)用，這與我國建筑業(yè)長期采用現(xiàn)場施工的傳統(tǒng)建造方式有關(guān)。隨著裝配式建筑的推廣和BIM(Building Information Modeling)技術(shù)的應(yīng)用，建筑業(yè)將進(jìn)一步走向工業(yè)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化。工業(yè)化建筑的生產(chǎn)與制造業(yè)極具比擬性，因此，裝配式建筑的建造亟需借鑒CIMS在制造業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)。

1 BIM及CIMS在建筑業(yè)的研究應(yīng)用

目前，將CIMS概念引入工程建設(shè)，仍處于構(gòu)想階段。清華大學(xué)的秦佑國等提出了計(jì)算機(jī)集成建筑系統(tǒng)(CIBS)的構(gòu)想，針對傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代制造的矛盾以及建筑運(yùn)營維護(hù)階段的管理問題，提出了相應(yīng)的原則性和建設(shè)性構(gòu)想［1］。張弘等在分析建筑行業(yè)信息化現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，論述了實(shí)現(xiàn)CIBS構(gòu)想的社會政策基礎(chǔ)、行業(yè)改革方向及技術(shù)保障措施［2］。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的吳國芳從計(jì)算機(jī)技術(shù)的角度，提出了適合建筑業(yè)的計(jì)算機(jī)集成建造系統(tǒng)(CICS)的概念及相關(guān)方法、理論［3］，但沒有考慮建筑產(chǎn)業(yè)化的新形勢，缺乏與工程實(shí)踐的結(jié)合。王要武、吳宇迪等提出了智慧建設(shè)理論(Smart Construction Theory，SCT)［4，5］，構(gòu)建了基于BIM技術(shù)的智慧施工理論體系，并提出了智慧施工系統(tǒng)的開發(fā)思路［6］。

美國斯坦福大學(xué)的Center for Integrated Facility Engineering(CIFE)一直致力于集成建造系統(tǒng)方面的研究，在VDC虛擬設(shè)計(jì)與施工及BIM等方面有較新的成果，但在工程項(xiàng)目的集成建造系統(tǒng)方面，目前仍然沒有完整的實(shí)現(xiàn)路徑以及信息系統(tǒng)支撐［7，8］。2012年以來，為提高有利用價(jià)值的工程數(shù)據(jù)的有效性及連續(xù)性，美國土地、基礎(chǔ)設(shè)施及交通管理部(MLIT)在土木工程領(lǐng)域引入了工程信息模型(CIM)，Suzuki等對CIM在工程領(lǐng)域的實(shí)施開展了兩項(xiàng)調(diào)查，對項(xiàng)目管理要素的關(guān)系進(jìn)行了評估［9］。Tatum等對工程項(xiàng)目中的結(jié)構(gòu)與施工集成進(jìn)行了分析，根據(jù)工程實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)，對如何提高項(xiàng)目集成管理提出了建議［10］。施工的傳統(tǒng)模式存在明顯的缺點(diǎn)，在系統(tǒng)管理者、標(biāo)準(zhǔn)制定者及設(shè)計(jì)師之間缺乏有效的溝通，針對這一不足，Kurdziel等提出了智能建筑系統(tǒng)(Intelligent Construction System，ICS)的構(gòu)想，在對建筑流程進(jìn)行重組的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)充分利用電子通信、計(jì)算機(jī)、檢測設(shè)備等技術(shù)及設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)建筑工程全方位集成［11］。針對當(dāng)前建筑/施工/設(shè)計(jì)行業(yè)的一體化趨勢，Halfawy等提出了基于組件的多層框架，旨在項(xiàng)目全生命周期中促進(jìn)多專業(yè)流程分布式系統(tǒng)的集成及模塊化的實(shí)現(xiàn)，并論證了該系統(tǒng)的可行性，探討了軟件原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可能［12］。

總之，將BIM及CIMS同時(shí)應(yīng)用在建筑產(chǎn)業(yè)化的研究及工程實(shí)現(xiàn)，目前尚未見報(bào)道。

2 基于BIM裝配式建筑集成建造系統(tǒng)的概念

2.1 CIMS與裝配式建筑的適用性分析

我國制造業(yè)CIMS應(yīng)用時(shí)間長，應(yīng)用范圍廣，已經(jīng)積累了豐富的成功案例，有許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)值得我國在推廣裝配式建筑中借鑒。

裝配式建筑建造與制造業(yè)集成制造的共性是裝配式建筑與CIMS融合的基礎(chǔ)，根據(jù)對二者生產(chǎn)方式和經(jīng)營管理過程分析，裝配式建筑建造與制造業(yè)集成制造的共性如下：

(1)離散型建造作業(yè)

制造業(yè)利用機(jī)器(機(jī)床)對工件進(jìn)行加工，再將不同工件組裝成具有某種功能的產(chǎn)品。由于機(jī)器和工件分離，故稱為離散型生產(chǎn)方式。裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等過程仍然遵循流程化生產(chǎn)的基本規(guī)律，是典型的離散型建造作業(yè)。和制造業(yè)相比，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，人和設(shè)備的移動代替了制造業(yè)中產(chǎn)品的流動，同時(shí)，建筑構(gòu)件生產(chǎn)的一次性，造成生產(chǎn)組織的臨時(shí)化、生產(chǎn)系統(tǒng)的離散化，增加了生產(chǎn)管理的隨機(jī)性及復(fù)雜性。

(2)系統(tǒng)工程思想指導(dǎo)下的密集型產(chǎn)業(yè)

制造業(yè)及建筑行業(yè)均為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多行業(yè)、多學(xué)科，大量采用新科技、新材料、新工藝；均為密集型產(chǎn)業(yè)，是資本密集型產(chǎn)業(yè)、知識密集型產(chǎn)業(yè)及勞動力密集型產(chǎn)業(yè)的集合。

(3)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈過程的同一性

制造業(yè)集成制造與裝配式建筑集成建造均強(qiáng)調(diào)供應(yīng)鏈的管理。制造業(yè)的發(fā)展趨勢是專業(yè)化分工及資源外包，零配件在各地進(jìn)行生產(chǎn)，最終運(yùn)輸?shù)娇傃b工廠完成裝配工作，整個(gè)供應(yīng)鏈由設(shè)計(jì)、材料供應(yīng)、零配件生產(chǎn)、總體裝配、倉儲、銷售、維修等環(huán)節(jié)構(gòu)成。裝配式建筑的建造過程與制造業(yè)類似，也是由設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、倉儲、裝配、維修等環(huán)節(jié)構(gòu)成

綜上所述，裝配式建筑建造與制造業(yè)集成制造存在較多的共性，CIMS與裝配式建筑的建造存在較強(qiáng)的適用性。

2.2 基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)概念

裝配式建筑的建造過程中，關(guān)鍵技術(shù)是構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)。應(yīng)用CIMS于裝配式建筑的建造，目的即在裝配式建筑的建造過程中提高構(gòu)件生產(chǎn)的工業(yè)化程度和信息化水平。與制造業(yè)CIMS相對應(yīng)，在建筑行業(yè)中有必要形成適用于裝配式建筑建造過程的計(jì)算機(jī)集成建造系統(tǒng)(Computer Integrated Construction System，簡稱CICS)。

本文在借鑒CIMS在制造業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對裝配式建筑的特點(diǎn)，應(yīng)用最新計(jì)算機(jī)技術(shù)BIM，提出基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)(BIM－CICS)概念：

BIM－CICS是建筑工業(yè)化的生產(chǎn)模式，該模式以CIM為指導(dǎo)思想，以BIM等信息技術(shù)為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，在裝配式建筑的全生命周期中進(jìn)行信息集成、生產(chǎn)技術(shù)集成、流程集成、企業(yè)集成，對企業(yè)的管理理念、管理方式進(jìn)行全面的革新，從而推動建筑企業(yè)資源整合優(yōu)化，提高建筑質(zhì)量，提高企業(yè)的整體效益及綜合競爭力，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

BIM－CICS的實(shí)施目標(biāo)是：

(1)建立適用于裝配式建筑的管理模式

在裝配式建筑建造過程中，通過實(shí)施BIMCICS，引進(jìn)先進(jìn)的管理思想和技術(shù)手段，根據(jù)裝配式建筑生產(chǎn)流程及特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代企業(yè)先進(jìn)管理制度，對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，建立新的管理模式，以提升企業(yè)的整體競爭力，適應(yīng)裝配式建筑業(yè)的飛速發(fā)展。

(2)建立基于BIM－CICS的信息技術(shù)應(yīng)用平臺

以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，CICS為系統(tǒng)思想，形成裝配式建筑的信息技術(shù)應(yīng)用平臺。該平臺對裝配式建筑的全生命周期信息進(jìn)行整合、優(yōu)化、存儲，具有開放性、全面性、動態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化等特征，并將隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷發(fā)展完善，成為工程項(xiàng)目各參與方溝通的橋梁。

2.3 理論基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)

BIM－CICS是為適應(yīng)裝配式建筑的發(fā)展而提出的新型管理理論，具有自身的特征和優(yōu)勢。BIM－CICS的建立和發(fā)展必須充分吸收其他現(xiàn)代管理理論的優(yōu)勢，結(jié)合先進(jìn)技術(shù)和管理方法，是先進(jìn)理論與先進(jìn)技術(shù)的集成。

(1)CIM及CIMS

裝配式建筑集成建造系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)發(fā)展而來，兩者均為基于CIM(Computer Integrated Manufacturing)哲理而形成的系統(tǒng)，是CIM哲理的物理表現(xiàn)形式。CIM最早于1974年由美國學(xué)者Joseph Harrington［13］博士提出，其核心思想包括兩點(diǎn)：一是制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)是密切聯(lián)系的整體，必須系統(tǒng)管理；二是生產(chǎn)過程是信息的采集、傳遞、加工的過程，產(chǎn)品是信息的物理表現(xiàn)形式。

結(jié)合我國國情，在多年實(shí)踐的基礎(chǔ)上，我國863/CIMS計(jì)劃將CIMS定義為：“CIMS是通過計(jì)算機(jī)硬軟件，并綜合運(yùn)用現(xiàn)代化管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)的人、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息流與物流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的大系統(tǒng)?！保?4］

(2)BIM

裝配式建筑的集成建造系統(tǒng)融合了制造業(yè)集成制造系統(tǒng)的思想和方法。CIMS實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)。得益于建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)信息化程度得到不斷提高，BIM的重要性正日益顯現(xiàn)。BIM是對建筑工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)各階段的相關(guān)信息的集成與應(yīng)用［15］。BIM模型的核心不是模型本身，而是集成信息與工作協(xié)同?；贐IM的工程數(shù)據(jù)模型，是對建設(shè)項(xiàng)目功能特性和設(shè)施實(shí)體的數(shù)字化呈現(xiàn)，也是信息集成與協(xié)同的平臺。以BIM總攬建造過程，以數(shù)據(jù)驅(qū)動BIM－CICS，建立基于BIM技術(shù)的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)。證據(jù)顯示，將BIM應(yīng)用于施工，將極大提高項(xiàng)目的潛在收益［16］。

3 BIM－CICS總體設(shè)計(jì)研究

BIM－CICS必須與建筑企業(yè)的管理體系保持一致，并與裝配式建筑的生產(chǎn)流程充分結(jié)合，同時(shí)，還必須考慮信息技術(shù)本身的特點(diǎn)。根據(jù)裝配式建筑的生產(chǎn)流程，可將建筑企業(yè)功能根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件運(yùn)輸存儲、現(xiàn)場裝配四階段進(jìn)行劃分。建筑產(chǎn)品的質(zhì)量控制決定企業(yè)的競爭力，因此，質(zhì)量管理也是建筑企業(yè)的重要功能。為實(shí)現(xiàn)上述功能的集成，必須具備基于系統(tǒng)技術(shù)的支撐環(huán)境，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的支撐。

從系統(tǒng)功能角度，基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)由分系統(tǒng)及支撐系統(tǒng)組成。分系統(tǒng)為建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)，預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)，質(zhì)量控制系統(tǒng)，物流保障系統(tǒng)；支撐系統(tǒng)為工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這6個(gè)部分有機(jī)地集成起來，構(gòu)成了BIM－CICS的體系框架(圖1)。

圖1 BIM－CICS體系框架

在BIM－CICS體系框架下，對裝配式建筑的建造流程實(shí)施革新再造，形成基于BIM－CICS的裝配式建筑建造流程(圖2)。

圖2 基于BIM－CICS的裝配式建筑建造流程

4 分系統(tǒng)及支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

4.1 分系統(tǒng)

4.1.1 建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)

建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用于設(shè)計(jì)階段，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)。建筑信息模型由梁、柱、板、門窗等構(gòu)件組成，充分適用于裝配式建筑。BIM基于IFC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。IFC標(biāo)準(zhǔn)是目前對建筑物信息描述最全面、最詳細(xì)的規(guī)范，包括建筑全生命周期各方面的信息，支持用于建筑的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等各種特定軟件的協(xié)同工作。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持下，以BIM軟件為平臺，可進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、異地設(shè)計(jì)(如圖3)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮建筑全生命周期中的所有因素，如設(shè)計(jì)、受力分析、可制造性、可裝配性，減少反復(fù)、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，形成高效、優(yōu)質(zhì)的一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

圖3 基于BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)形成的建筑信息模型涵蓋了裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的全部信息。建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)對構(gòu)件進(jìn)行分類、編碼，輸入及定義構(gòu)件信息。構(gòu)件編碼與構(gòu)件存在映射關(guān)系，一個(gè)編碼對應(yīng)一個(gè)構(gòu)件，一個(gè)構(gòu)件包含的構(gòu)件信息是貫穿建筑全生命周期的關(guān)鍵信息。構(gòu)件信息包含構(gòu)件名稱、構(gòu)件種類、構(gòu)件幾何信息、構(gòu)件非幾何信息、構(gòu)件坐標(biāo)系、構(gòu)件工藝、構(gòu)件材料、構(gòu)件批次、構(gòu)件裝配計(jì)劃等。

4.1.2 預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)

預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)面向預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)商。預(yù)制構(gòu)件是裝配式建筑的基本實(shí)體，預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)對構(gòu)件的生產(chǎn)進(jìn)行管理。預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)承接建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提取構(gòu)件屬性信息，如構(gòu)件種類、數(shù)量、工藝要求等，并根據(jù)構(gòu)件生產(chǎn)中對原材料的需求及零部件的配套情況，制定相應(yīng)的材料采購計(jì)劃及生產(chǎn)計(jì)劃。

預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)提供包括構(gòu)件建造數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、人力資源管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)商打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的生產(chǎn)管理平臺。

4.1.3 質(zhì)量控制系統(tǒng)

工廠預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量管理通過質(zhì)量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)與預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同工作，并與建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)及物流保障系統(tǒng)連接，最終目的是保證構(gòu)件預(yù)制的質(zhì)量。該系統(tǒng)通過對構(gòu)件生產(chǎn)的過程控制實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。

質(zhì)量控制系統(tǒng)基于全集成自動化思想，集成了質(zhì)量規(guī)劃、質(zhì)量信息采集、質(zhì)量分析及交付等功能。在構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，首先對質(zhì)量要求及質(zhì)量評定指標(biāo)進(jìn)行定義，提出量化標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)過程中，對與質(zhì)量有關(guān)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲，根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，針對質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與及時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件質(zhì)量的控制，保證構(gòu)件產(chǎn)品符合交付標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量控制系統(tǒng)滿足建筑產(chǎn)品對質(zhì)量信息的快速查詢的要求，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制以及建筑交付的質(zhì)量信息集成。

4.1.4 物流保障系統(tǒng)

物流保障系統(tǒng)對構(gòu)件進(jìn)行跟蹤管理。物流保障系統(tǒng)連接工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，讀取構(gòu)件信息編碼，在構(gòu)件中植入射頻識別電子標(biāo)簽對構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)記，該標(biāo)簽集成了構(gòu)件的信息編碼，編碼映射的屬性信息已在設(shè)計(jì)階段由建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)定義。標(biāo)簽通過射頻掃描儀器識別，可根據(jù)運(yùn)輸、存儲及裝配要求進(jìn)行信息篩選，提取相關(guān)信息，如構(gòu)件型號、尺寸、批次、生產(chǎn)廠家、運(yùn)輸目的地、存儲要求、裝配批次、裝配要求等。

物流保障系統(tǒng)對構(gòu)件的運(yùn)輸及存儲進(jìn)行監(jiān)控，保證物流信息的快速查詢，對構(gòu)件的存儲進(jìn)行分類登記并錄入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件運(yùn)輸及存儲的信息化，保證施工現(xiàn)場根據(jù)構(gòu)件保障情況合理制定裝配施工計(jì)劃，提高施工效率。

4.2 支撐系統(tǒng)

4.2.1 工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲、管理和控制功能。工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)支持BIM－CICS各分系統(tǒng)，各分系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)均在工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲和調(diào)用，以滿足各分系統(tǒng)信息的交換和共享。同時(shí)，工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)BIM－CICS與企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和信息集成的接口。為保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性、易維護(hù)性，數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)如下原則設(shè)計(jì)：

(1)標(biāo)準(zhǔn)化

BIM核心功能是協(xié)同，而協(xié)同的前提是數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化。因此，數(shù)據(jù)信息必須基于BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)BIM標(biāo)準(zhǔn)對信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理和分類編碼，使信息唯一化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，降低信息共享中的溝通成本。

(2)本地化

盡量提高數(shù)據(jù)分布的本地性，即使應(yīng)用端與調(diào)用的數(shù)據(jù)盡量靠近。這既減少了工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)及云端存儲的依賴，提高了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性，也減少了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，縮短工作流程，提高系統(tǒng)工作效率。

(3)安全性

該工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)集成各項(xiàng)目參與方網(wǎng)絡(luò)接口，必須具備安全管理功能，應(yīng)設(shè)立數(shù)據(jù)管理員，管理相關(guān)人員權(quán)限，保證信息的安全性、隱私性。

4.2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是支持BIM－CICS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，基本功能是突破地理的限制，實(shí)現(xiàn)對信息資源的共享。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：

(1)BIM－CICS連接了設(shè)計(jì)、施工、材料供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商、預(yù)制構(gòu)件工廠等多家單位，因此該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須基于開放的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境，采用國際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使該系統(tǒng)具備交互性、連通性、集成性、兼容性。

(2)BIM－CICS計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身必須集成一個(gè)能覆蓋所有項(xiàng)目參與方的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，以對該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)實(shí)施有效管理。

(3)該系統(tǒng)應(yīng)提供滿足豐富的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，支持云端數(shù)據(jù)服務(wù)、資源共享、協(xié)同工作系統(tǒng)、應(yīng)用程序接口、分成遞階和實(shí)時(shí)控制等，以滿足工程項(xiàng)目全生命周期中各項(xiàng)目參與方的需求。

5 BIM－CICS優(yōu)勢分析

5.1 推動建筑行業(yè)發(fā)展

裝配式建筑代表著建筑業(yè)由傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式向信息化、工業(yè)化轉(zhuǎn)變的方向，BIM－CICS的提出為裝配式建筑的工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)支持，從而將有效推動建筑行業(yè)由傳統(tǒng)的粗放型生產(chǎn)模式向工業(yè)化轉(zhuǎn)變。

BIM－CICS將BIM技術(shù)全面應(yīng)用于裝配式建筑的建造中，將大大提高行業(yè)的信息化程度，使設(shè)計(jì)乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和效率顯著提高。

同時(shí)，BIM－CICS為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一種實(shí)現(xiàn)方式。BIM支持建筑全生命周期中的數(shù)據(jù)共享與轉(zhuǎn)換，在橫向上支持各系統(tǒng)、各參與單位進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與共享，在縱向上能對建筑全生命周期中的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。

5.2 提高建筑企業(yè)競爭力

BIM－CICS吸收了CIMS的先進(jìn)管理思想和信息技術(shù)成果，提出了建筑企業(yè)管理新模式，有利于企業(yè)及時(shí)更新經(jīng)營管理理念，提高建筑企業(yè)在激烈市場競爭中的快速反應(yīng)能力。

BIM－CICS根據(jù)裝配式建筑的特征及建筑企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行了一系列流程優(yōu)化與組織管理調(diào)整，使BIM的應(yīng)用具備可行性及可操作性。企業(yè)內(nèi)部以BIM平臺為核心，信息的傳遞、獲取更及時(shí)，將推動企業(yè)管理向扁平化轉(zhuǎn)化；通過信息集成，可進(jìn)行進(jìn)度優(yōu)化、成本優(yōu)化、質(zhì)量優(yōu)化等，有助于提升企業(yè)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力。在企業(yè)之間，圍繞BIM這一信息化平臺，將增加企業(yè)間的技術(shù)交流和協(xié)同工作，減少上下游企業(yè)的溝通成本，實(shí)現(xiàn)行業(yè)資源、技術(shù)及利益的共享。

5.3 提升項(xiàng)目工作效率

BIM的核心是協(xié)同，基于BIM進(jìn)行協(xié)同將大大提升項(xiàng)目工作效率。設(shè)計(jì)階段各專業(yè)可從BIM模型中獲取所需的設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)信息，當(dāng)某個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)的對象被修改，其他專業(yè)設(shè)計(jì)中的該對象會隨之更新。在BIM模型可以實(shí)現(xiàn)虛擬施工的基礎(chǔ)上，將模型與施工進(jìn)度以及施工現(xiàn)場資源、場地布置等信息集成為一體，實(shí)現(xiàn)動態(tài)、可視化的4D/5D施工管理，施工單位從而可以更好地進(jìn)行施工計(jì)劃，更準(zhǔn)確地進(jìn)行工程造價(jià)的計(jì)算。材料供應(yīng)商，尤其是預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)商，能夠更好地利用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)和虛擬安裝，提高構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝水平。政府審批部門可以更好、更快地理解設(shè)計(jì)意圖，提高設(shè)計(jì)審批效率。設(shè)施管理部門在工程竣工后得到比傳統(tǒng)竣工圖更詳盡的建筑工程信息，實(shí)施現(xiàn)代化、可視化的設(shè)施管理。

6 結(jié)論與展望

BIM及裝配式建筑是當(dāng)前我國建筑業(yè)研究的重點(diǎn)。我國裝配式建筑的建造過程中信息化水平低，管理系統(tǒng)落后，生產(chǎn)效率低下，亟需引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和管理理念。本文正是以計(jì)算機(jī)集成制造、BIM與裝配式建筑三者相結(jié)合為研究主線，提出了基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)(BIM－CICS)。本文研究的主要工作與取得的創(chuàng)新性成果如下：

(1)在對制造業(yè)和裝配式建筑對比歸納的基礎(chǔ)上，提出了基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)的概念，研究提出了BIM－CICS的總體框架結(jié)構(gòu)。

(2)提出了BIM－CICS的分系統(tǒng)及支撐系統(tǒng)組成。對分系統(tǒng)及支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、結(jié)構(gòu)框架、設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)提供了在先進(jìn)的BIM技術(shù)平臺下，運(yùn)用CIMS先進(jìn)思想管理裝配式建筑建造過程的方案，對推動我國裝配式建筑的發(fā)展有重要意義。同時(shí)必須指出，基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)仍處于理論研究階段，由于該系統(tǒng)在建筑企業(yè)的應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其實(shí)際應(yīng)用研究應(yīng)引起業(yè)界足夠的重視。

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Computer Integrated Construction System Based on BIM

YU Long-fei，ZHANG Jia-chun
(a.Departmentof Civil Engineering；b.BIM Research Center，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200240，China)

Prefabricated construction is widely promoted in China.Prefabricated construction has outstanding advantages such as high efficiency，environmental protection，reliable quality and so on.It has become an inevitable trend for the future development of construction industry in China.However，the development of prefabricated construction in China is still at the initial stage，the scientific management system and its concept is lack.This paper analyzed and concluded the research status of Building Information Modeling and Computer Integrated Manufacturing System，also analyzed the prefabricated construction and integrated manufacturing in common，then presented an application model in prefabricated construction industry entitled“Computer Integrated Construction System based on BIM”.This paper analyzed its target，theoretical basis，key technology and the subsystem and the support system design in detail，and gives the overall framework of the system.Finally，this paper analyzed the advantages of this system and the prospects of its development in construction industry.

prefabricated construction；CIM；BIM

TU17

A

2095-0985(2015)04-0073-06

2015-05-30

2015-07-11

于龍飛(1988-)，男，河北唐山人，碩士研究生，研究方向?yàn)锽IM與裝配式建筑(Email：sjtuyulongfei@163.com)