BIM與鋼結(jié)構(gòu)碰撞出火花照亮了建筑界

根據(jù)斯坦福大學(xué)集成設(shè)施工程中心（CenterforIntegratedFacilityEngineering，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，同時也是施工效果無法預(yù)測的主要原因。為了改進(jìn)這一狀狀況，許多企企業(yè)將用來描描述建筑設(shè)計計方案的建筑筑信息模型用用到了各種相相關(guān)的建筑活活動中，包括括建筑施工和和建筑構(gòu)件的的數(shù)字化制造造。BIM能夠支支持所有建筑筑專業(yè)中從設(shè)設(shè)計到制造整整個工作流程程，包括使用用結(jié)構(gòu)建筑信信息模型完成成鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)數(shù)字化制造。基于模型的設(shè)計計和制造幾十年來，制造造行業(yè)一直在在使用機(jī)械CCAD系統(tǒng)制制造數(shù)字模型型。這些模型型不僅能夠說說明產(chǎn)品的設(shè)設(shè)計，還可以以用到其它應(yīng)應(yīng)用中，如應(yīng)應(yīng)力分析、現(xiàn)現(xiàn)場支持，當(dāng)當(dāng)然還有制造造。CAD模模型可以用來來生成控制CCNC（計算算機(jī)數(shù)字控制制）機(jī)床，提提高機(jī)械加工工流程的自動動化程度。建筑行業(yè)也可以以采用類似的的方法來實現(xiàn)現(xiàn)建筑施工流流程的自動化化。盡管建筑筑不能像汽車車一樣在“加加工”好整體體后發(fā)送給業(yè)業(yè)主，但建筑筑中的許多構(gòu)構(gòu)件的確可以以異地加工，然然后運(yùn)到建筑筑施工現(xiàn)場，裝裝配到建筑中中。例如，門門窗、預(yù)制混混凝土結(jié)構(gòu)和和鋼結(jié)構(gòu)等構(gòu)構(gòu)件。鋼結(jié)構(gòu)建造基礎(chǔ)礎(chǔ)知識要想了解怎樣利利用BIM來實現(xiàn)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)制造造的自動化，我我們必須了解解構(gòu)成建筑框框架的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)組件是怎樣樣制成的。首首先，鋼廠利利用熱軋加工工流程（通常常情況下）制制成鋼結(jié)構(gòu)原原材料。鋼結(jié)結(jié)構(gòu)制造商購購入這些原材材料，并按照照加工詳圖（詳詳細(xì)描述鋼結(jié)結(jié)構(gòu)中每個部部分應(yīng)如何制制造的說明書書）將原材料料切割并制成成用于建筑施施工的梁和柱柱。制成后的的鋼結(jié)構(gòu)組件件被運(yùn)到施工工現(xiàn)場，由鋼鋼結(jié)構(gòu)安裝工工進(jìn)行安裝。那么現(xiàn)場施工圖圖從何而來？？結(jié)構(gòu)工程師師的職責(zé)是設(shè)設(shè)計、分析并并驗證建筑的的結(jié)構(gòu)框架，并并創(chuàng)建記錄結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計的施施工圖。結(jié)構(gòu)構(gòu)圖紙中只包包含對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)制造的總體體要求，即關(guān)關(guān)于典型節(jié)點點的說明。然然后，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)詳圖設(shè)計師師再根據(jù)這些些施工圖和總總體的節(jié)點說說明來設(shè)計具具體的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)組件和具體體的幾何形狀狀，并創(chuàng)建加加工詳圖，以以便準(zhǔn)確地指指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)制制造商如何制制造建筑中的的每一個鋼結(jié)結(jié)構(gòu)組件。加加工詳圖中包包含材料規(guī)格格、大小、尺尺寸、焊接、螺螺栓連接、表表面處理、涂涂裝要求等詳詳細(xì)信息。鋼結(jié)構(gòu)施工圖（左左）中僅包含含關(guān)于節(jié)點的的總體說明，而而加工詳圖（下下）則包含制制造每個鋼結(jié)結(jié)構(gòu)組件所需需的所有細(xì)節(jié)節(jié)。詳圖設(shè)計師通常常使用繪圖軟軟件“手工”創(chuàng)創(chuàng)建加工詳圖圖或用專門的的鋼結(jié)構(gòu)詳圖圖設(shè)計軟件來來創(chuàng)建加工詳詳圖。AuttodeskkRoboobatRRCAD就是是一款利用數(shù)數(shù)字“制造”模模型來創(chuàng)建鋼鋼結(jié)構(gòu)詳圖的的解決方案。需要注意的是，在在建筑項目中中，加工詳圖圖的數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于施工工圖的數(shù)量。例例如，為了記記錄一個1,,000噸建建筑項目中的的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計（鋼用量為為1,0000噸），就需需要大約700至80張施施工圖紙和11,000張張加工詳圖。在在將加工詳圖圖發(fā)布到制造造環(huán)節(jié)之前，結(jié)結(jié)構(gòu)工程師需需要檢查每一一張圖紙，以以驗證其中的的信息與結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計保持一一致。鋼結(jié)構(gòu)制造商通通常使用數(shù)控控機(jī)床自動切切割鋼梁并制制孔。有些制制造商根據(jù)加加工詳圖中的的信息對數(shù)控控機(jī)床進(jìn)行手手動編程。另另外一些制造造商則使用上上面提到的數(shù)數(shù)字化制造模模型自動對數(shù)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行行編程。將BIM擴(kuò)展到到制造環(huán)節(jié)BIM怎樣滿足足鋼結(jié)構(gòu)制造造商的需求呢呢？正如制造造業(yè)中基于CCAD的模型型能夠支持制制造流程一樣樣，專門開發(fā)發(fā)的建筑信息息模型，如RRevit??Struucturee，也可以支支持結(jié)構(gòu)制造造流程。所有有與鋼結(jié)構(gòu)有有關(guān)的圖形都都已經(jīng)包含在在了ReviitStrructurre設(shè)計模型型中。這些設(shè)設(shè)計信息可以以導(dǎo)入到CIIS/2文件件中（一種行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)據(jù)格式，用來來交換鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)信息），便便于在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)詳圖設(shè)計應(yīng)應(yīng)用中重新使使用。RevitSStructture設(shè)計計模型中的鋼鋼結(jié)構(gòu)圖形和和信息可以通通過CIS//2文件導(dǎo)出出，然后重新新用到鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)詳圖設(shè)計解解決方案中。RevitSStructture設(shè)計計圖形和信息息可以重新用用到RoboobatRRCAD等建建筑詳圖設(shè)計計解決方案中中，如圖所示示。請注意鋼鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)設(shè)計應(yīng)用中添添加的更多制制造信息。將建筑信息模型型用于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)詳圖設(shè)計和和制造環(huán)節(jié)，這這樣便實現(xiàn)了了全數(shù)字的從從設(shè)計到制造造流程。重復(fù)復(fù)利用設(shè)計模模型不但提高高了工作效率率（省卻了用用于創(chuàng)建制造造模型的時間間），而且改改進(jìn)了制造質(zhì)質(zhì)量（消除了了設(shè)計模型與與制造模型相相互矛盾的現(xiàn)現(xiàn)象）。此外外，鋼結(jié)構(gòu)詳詳圖設(shè)計和制制造軟件中使使用的信息是是基于高度精精確、協(xié)調(diào)、一一致的建筑信信息模型的數(shù)數(shù)字設(shè)計數(shù)據(jù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)據(jù)完全值得在在相關(guān)的建筑筑活動中共享享。完成加工詳圖設(shè)設(shè)計后，設(shè)計計團(tuán)隊或承包包商還可以利利用該制造模模型進(jìn)行四維維建模，也可可以會同其它它建筑專業(yè)和和模型（如MMEP和建筑筑設(shè)計）進(jìn)行行沖突檢查。制制造模型并不不代表最后的的竣工狀況，因因為在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)安裝階段可可能還會發(fā)生生變更。但其其中包含的細(xì)細(xì)節(jié)比結(jié)構(gòu)模模型要多得多多，因此在進(jìn)進(jìn)行沖突檢查查時非常有用用，在空間極極為緊張的建建筑中更是如如此。將BIM用于鋼鋼結(jié)構(gòu)供應(yīng)鏈鏈中的另一個個優(yōu)勢與結(jié)構(gòu)構(gòu)框架的總體體成本有關(guān)。過過去，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的原材料成成本、制造成成本和安裝成成本基本相當(dāng)當(dāng)。但是最近近幾年，制造造成本和安裝裝成本在不斷斷上漲。為了了遏制這一趨趨勢，需要在在設(shè)計流程中中考慮“制造造的簡單性”（相相當(dāng)于制造行行業(yè)強(qiáng)調(diào)“可可加工性”）將設(shè)計模型直接接用于制造環(huán)環(huán)節(jié)還可以在在制造商與設(shè)設(shè)計人員之間間形成一種自自然的反饋循循環(huán)，即在建建筑設(shè)計流程程中提前考慮慮制造方面的的問題。與參參與競標(biāo)的制制造商共享設(shè)設(shè)計模型有助助于縮短招標(biāo)標(biāo)周期，便于于制造商根據(jù)據(jù)設(shè)計要求的的鋼材用量編編制更為統(tǒng)一一的投標(biāo)書。鋼鋼結(jié)構(gòu)與其它它建筑構(gòu)件之之間的協(xié)調(diào)也也有助于減少少現(xiàn)場發(fā)生的的問題，降低低不斷上升的的鋼結(jié)構(gòu)安裝裝成本。數(shù)字化的從設(shè)計計到制造流程程離不開結(jié)構(gòu)構(gòu)工程師、鋼鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)設(shè)計人員和鋼鋼結(jié)構(gòu)制造商商之間的協(xié)作作。大多數(shù)情情況下，這三三方分別屬于于三個不同公公司。因此，就就需要采用不不同以往的項項目交付方法法來連通設(shè)計計與制造環(huán)節(jié)節(jié)，也就是說說由業(yè)主、建建筑商、工程程師和承包商商組成跨職能能的項目團(tuán)隊隊，就設(shè)計、制制造和施工環(huán)環(huán)節(jié)中的工作作進(jìn)行協(xié)調(diào)。原原本需要按順順序進(jìn)行的步步驟（設(shè)計、詳詳圖設(shè)計、制制造）可以并并行展開。設(shè)設(shè)計模型和加加工詳圖可以以同時創(chuàng)建。完完成加工詳圖圖的速度越快快，就可以越越快向鋼廠下下單，越快開開始制造，鋼鋼結(jié)構(gòu)也可以以越快安裝完完畢。數(shù)字化制造———成功案例在將BIM用于于數(shù)字化制造造方面，加拿拿大著名的工工程設(shè)計公司司Rutheerfordd&Chhekenee(www..ruthcchek.ccom)堪稱稱行業(yè)先驅(qū)。成成立于19660年，總部部位于舊金山山的這家多專專業(yè)公司專門門提供結(jié)構(gòu)工工程和地質(zhì)工工程服務(wù)，業(yè)業(yè)務(wù)覆蓋醫(yī)院院、體育設(shè)施施、博物館、歷歷史性建筑，甚甚至海洋館等等各類建筑。自自2005年年起，Ruttherfoord&Chekeene公司（RR&C）就開開始使用ReevitSStructture，目目前擁有該軟軟件的14份份許可。他們們將建筑信息息模型用于設(shè)設(shè)計、分析（與與RAM和EETABS配配套）以及數(shù)數(shù)字化制造環(huán)環(huán)節(jié)。他們最近開展的的一個RevvitSttructuure項目是是薩克拉曼多多市薩特總醫(yī)醫(yī)院（SuttterGGeneraalHosspitallSacrramentto），這是是一座面積達(dá)達(dá)425,0000平方英英尺的11層層建筑，用來來取代原有醫(yī)醫(yī)院。該建筑筑需要使用55,000多多噸鋼材，大大約需5,0000張加工工詳圖。在該該項目中，RR&C與鋼結(jié)結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計計方（DowwcoCoonsulttants公公司）、鋼結(jié)結(jié)構(gòu)制造商（HHerricckSteeel公司）以以及施工方（TTurnerrConsstructtion公司司）開展了密密切合作。R&C公司負(fù)責(zé)責(zé)人兼高級工工程師DavvidBlleimann介紹說：“醫(yī)醫(yī)院建筑的相相對成本要高高——商用建建筑的成本為為每平方英尺尺150至2250美元，而而醫(yī)院建筑的的成本大約為為每平方英尺尺600至8800美元，所所以此類建筑筑適合采用不不同以往的項項目交付模式式。目前我們們正在計劃如如何在該項目目中與各方進(jìn)進(jìn)行合作，我我們的目標(biāo)是是盡可能地確確保所有數(shù)據(jù)據(jù)的數(shù)字化，并并盡可能地使使用數(shù)字化的的數(shù)據(jù)交換方方式?！钡冗@些設(shè)施投入入使用后，原原有醫(yī)院建筑筑要實施爆破破，騰出空間間建造新的設(shè)設(shè)施。由于工工期非常緊張張，他們將工工作劃分為幾幾個階段。在在該項目中的的不同階段，各各利益相關(guān)方方之間需要采采用不同協(xié)作作方法和工作作流。Bleeiman指指出：“第一一階段是將初初步的制造模模型（本案例例中采用Teekla軟件件創(chuàng)建）與我我們的RevvitSttructuure模型進(jìn)進(jìn)行對比?！痹赗&C與鋼結(jié)結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計計方開始協(xié)作作之前，制造造模型已經(jīng)建建成，因此需需要手動協(xié)調(diào)調(diào)這兩個模型型。Bleiiman解釋釋說：“跑之之前先要會走走，我們需要要先學(xué)會手動動協(xié)調(diào)這兩個個模型。但取取得的最終結(jié)結(jié)果是一樣的的，即制造模模型與設(shè)計模模型保持一致致，各方在結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計、制制造和安裝環(huán)環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)作作，從而降低低成本，縮短短交付時間?！痹O(shè)計中的任任何問題，如如尺寸、大小小位置等，都都將在設(shè)計流流程中得到及及早糾正，進(jìn)進(jìn)而減少后續(xù)續(xù)階段中的信信息請求（RRFI）和變變更單。加工詳圖完成后后，第二階段段的工作就開開始了：鋼結(jié)結(jié)構(gòu)加工詳圖圖的全數(shù)字化化評審。加工工詳圖評審工工作（原本需需要手動打印印、傳輸、檢檢查每張詳圖圖的多個備份份）將以電子子方式在原來來創(chuàng)建這些詳詳圖的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計軟軟件中進(jìn)行。此外，R&C還還將使用AuutodesskNavvisWorrks軟件對對完整的制造造模型和原始始的建筑模型型進(jìn)行對比和和協(xié)調(diào)。施工工方Turnner公司也也要采用AuutodesskNavvisWorrks軟件將將結(jié)構(gòu)制造模模型與其它建建筑專業(yè)的模模型相結(jié)合，以以便進(jìn)行沖突突檢測。Rutherfford&&Chekkene公司司利用RevvitSttructuure建筑信信息模型（如如本圖及