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周冲:基于BIM-MES系统的装配式建筑设计-生产信息化管理技术

发布时间:2019-04-26 05:38 来源:未知 编辑:admin

  )是信息化在建筑业中的主要应用技术,工厂加工执行系统(MES)则是装配式建筑的构件生产具有重要的信息

  技术,以实现装配式建筑全产业链的技术集成和协同、信息资源共享共用,达到节约资源、降低成本、缩短工期、提升建筑品质的目的,最终实现精益建造。

  摘要:装配式建筑是建筑业发展的主要趋势之一,信息化与工业化的融合是推动装配式建筑发展的重要途径,通过信息化技术贯通设计、制造、装配的全过程。建筑信息模型(BIM)是信息化在建筑业中的主要应用技术,工厂加工执行系统(MES)则是装配式建筑的构件生产具有重要的信息管理技术。重点讨论EPC工程总承包模式下BIM和MES的系统集成创新技术:基于BIM的工厂生产管理系统在构件生产过程中研发形成生产计划排产管理、生产调度管理、构件堆场管理和物流运输管理等方面的模块信息化管理创新技术。可实现全产业链的技术集成和协同、各方信息共享共用、资源节省、成本节省、工期缩短、品质提升、精益建造。

  关键词:装配式建筑;建筑信息模型(BIM);工厂加工执行系统(MES);技术集成;信息共享

  推行装配式建筑的管理创新就是采用五化一体的工程总承包管理模式,实现设计-加工-装配一体化,建筑、结构、机电、装修、厨卫部品、门窗部品、预埋预留部件一体化,各参与方各专业一体化协同,其中信息共享共用是一体化协同的基础,装配式建筑特征之一就是全过程管理信息化,BIM技术的研发应用可以有效实现信息共享共用、全过程信息化管理,支撑工程总承包一体化发展[1-5]。

  通过装配式建筑工程项目的BIM模型,关联设计、深化设计(细部节点、预留预埋等)、加工生产、库存、运输、吊装安装支撑等技术及管理信息。各阶段各专业信息前置汇总,各专业方案精细化、数据化、可视化、各专业互为条件,预判设计、生产、装配协同方案,优化设计及深化设计,满足设计-制造-装配一体化,结构机电装修一体化的信息对称、精准吻合要求。

  为满足在装配式建筑工程总承包管理模式下的设计生产装配一体化,建筑、结构、机电、装修、厨卫部品、门窗部品、预埋预留部件、支撑吊装安装一体化的要求,需要在BIM设计阶段,策划构件设计、制造、装配协同方案,前置多方信息,信息数据汇总、有效协同,精细化技术策划。BIM设计模型建模过程中,输入后续加工装配等多方信息与模型进行关联,建立可导出加工信息、运输信息、库存信息、现场装配、安装信息的BIM模型,关键信息包含项目信息与构件信息等:构件型号及数量

  表、构件编号、构件形状及尺寸、混凝土量、构件钢筋(钢筋型号尺寸及数量、钢筋间距、出筋位置、加工形式)、配套模具(型号、形状、数量)、物料(预留管、预留电盒、预埋套筒、拉结件、预埋螺孔、预埋吊件)、构件吊序、构件安装顺序、构件装车顺序、构件堆场顺序、构件生产顺序、一般说明(规范要求、容许误差、生产准则)。机电管线排布、装饰装修、门窗及部品。

  ALLPLAN设计软件与目前装配式建筑的设计拆分、节点三维可视化等可以很好地结合,且该设计软件支持50种文件格式,软件接口和对接性强,便于信息共享和传递[6]。结合工厂生产

  和现场终端应用软件,实现建筑产品设计、生产、装配的全过程信息化管理(成本、进度、质量)应用。ALLPLAN实现从建筑设计构件拆分预制深化设计

  图生成,关联构件设计信息,可以对构建属性信息自动归集和生成报告,且可以构件三维可视化精细表达和展示(钢筋、预埋件、连接部位),通过ALLPLAN设计软件接口构件的工厂生产应用软件Unitechnik/SAA,实现设计信息到构件生产信息的传递和共享,避免了工厂生产信息建立时,大量繁琐数据信息的二次输入和输入的信息失真,达到设计生产一体化的信息共享。

  2工厂加工执行系统MES(Manufacturing Execution System)的技术应用

  装配式建筑生产基地在进行构件生产时,可以通过BIM模型信息建立构件的生产信息,在工程总承包管理目标要求下,工厂MES系统结合BIM信息,生成构件排产计划。MES(Manufacturing Execution System)制造执行系统是工厂车间执行层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以提供包括计划排产管理、生产过程工序与进度控制、生产数据采集集成分析与管理、模具工具工装管理、设备运维管理、物料管理、

  管理、质量管理、成本管理、成品库存管理、物流管理、条形码管理,人力资源管理(管理人员、产业工人、专业分包)等模块,打造一个精细化、实时、可靠、全面、可行的加工协同技术信息管理平台[7-9]。

  装配式建筑构件生产,按照构件拆分设计方案,对不同类型构件(剪力墙结构图体系的叠合板、内墙、外墙,框架结构体系的梁柱、叠合板和楼梯、阳台板等异形构件)进行

  化归并,制定生产方案,控制产能进度,依据构件生产工艺(清洗、喷涂、画线、定位、钢筋笼安放及组模、安放预埋件、布料、振捣、杆平、预养、抹面、养护、成型、脱模、调运、清洗、修补、成品入库),制定工厂加工信息化应用技术为:①自动依据所识别的构件尺寸形状定位画线;②部分边模自动安拆;③深化钢筋模型自动识别、智能化加工生产,通过BIM模型中钢筋成品型号及数量的识别,钢筋加工设备自动识别深化钢筋模型信息进行加工生产;④布料机依据构件型号、混凝土标号、料量需求,自动开启并精准控制布料位置和布料量;⑤鱼雷罐(混凝土运输小车)运输轨迹及卸料点的自动优化选取,均衡各生产线用料需求,与布料机及混凝土下料自动联动;⑥养护窑码垛机根据设定时间要求,记忆存储时间,自动识别存取相应构件;自动设定并调整控制养护温度及湿度;⑦构件翻转起吊工位感应构件,自动翻转;⑧生产工位移动远程控制调整;⑨生产工位全过程信息采集;⑩生产线全线系统联动控制。

  BIM模型数据导入到计算机辅助制造管理系统,系统与自动化设备的可编程控制器(PLC)集成连接,构件信息自动转化加工设备可识别的文件,实现信息化、数字化生产。基于BIM信息的工厂生产管理系统在构件生产过程中可实现多种模块信息管理:

  (1)生产计划排产管理:由ALLPLAN设计信息导入中央控制室,通过明确构件信息表(项目信息、构件型号、数量等,项目现场吊装计划(吊装时间、吊装顺序)、产量排产负荷,进一步确定不同构件的模具套数(梁柱宽度/高度/长度、主筋出筋形式、预留筋出筋形式;墙板宽度/高度/厚度、边模上下及左右形式、开窗/开口形式、模具固定方式),物料进场排产(①混凝土:水泥、砂、石、外加剂、用水;②棒材钢筋、盘圆钢筋,预埋套筒;③用于吊装吊钩及临时支撑所需的套管预埋件;④预埋管线;⑤保温板;⑥拉结件,⑦门、窗及其配件),人力及产业工人配置,生产日期等信息。

  (2)生产调度管理:依据ALLPLAN提供的模型数据信息及排产计划,细化每天所需不同构件生产量,混凝土浇筑量,钢筋加工量,物料供应量,工人班组,同一模台不同构件的优化布置,依据构件吊装顺序排布构件生产计划,任一时期不同构件产量均需大于现场装配量。

  (3)构件堆场管理:通过构件编码信息,关联不同类型构件的产能及现场需求,自动化排布构件产品存储计划,三维可视化界面展示堆场空间、产品类型及数量,通过构件编码及扫描快速确定所需构件的具体位置。

  (4)物流运输管理:信息关联现场构件装配计划及需求,排布详细运输计划(具体卡车,运输产品及数量,运输时间,运输人,到达时间等信息)。信息化关联构件装配顺序,确定构件装车次序,整体配送。

  库存及采购管理:实时记录构件生产过程中物料消耗,关联构件排产信息,库存量数据化实时显示,通过分析物料所需量,对比物料库存及需求量,确定采购量,自动化生成采购报表,适时提醒;依据供应商数据库,确定优质供应商。

  (6)供应商/分包的集成化管理:供应商/分包商(委托加工方、物料方、配套机具工装供应方等)依据深化设计模型的技术性协同,物料工具的集成化配套供应:依据构件三维深化设计模型,建立与构件编号相对应的物料及清单(匹配相应供应商/分包商)、物料配套集成供应时间(依据生产工艺工序,配套物料工种及数量)。

  (7)设备运维管理;工艺设备运行的负荷效能状况(满荷/正常/低荷),设备耗能实时监控,设备运行状态的自动排查,维修信息记录,设备运行三维可视化、远程监控。

  (8)产品质量管理:原材料性能参数信息实时录入,信息关联构件,加工的工序质量信息实时采集录入(尺寸精度、预埋件位置等),构件成品质检信息存储,实现产品质量信息可追溯管理。

  (9)财务管理:动态成本管理、管理人员成本及产业工人成本、相关材料费用成本、模具成本、加工器具成本、构件运输成本、设备运维包括耗电、耗能等成本、税金等其他费用与构件生产信息实时关联。

  (10)人力资源管理:人事管理、考勤管理、薪酬管理、绩效管理、培训认证及晋级管理;依据排产计划和构件生产标准工率,自动化预估人力配置资源信息(班组种类、工种及工人数量、工人技能状况、工时)。

  (11)生产全过程信息实时采集:实时监控生产过程,并采集各个生产工序加工信息(工序时间、作业顺序、过程质量等)、构件库存信息、运输信息。信息汇总分析以供再优化及管理决策。

  (12)生产报告:各个阶段产能评价、不同项目的构件,构件在设计、深化设计、具备生产条件、在生产、已生产库存、已运输、运输至现场、已吊装等不同的状态不同颜色显示。整个工厂最佳产能状态。原材料消耗清单,商务成本价格。

  推行新型装配式建筑的管理创新就是采用EPC工程总承包模式,实现设计加工装配一体化、建筑、结构、机电、装修一体化,全过程技术集成及协同,研发以BIM-MES系统为基础的装配式建筑全过程信息化管理技术将具有重要意义:可实现全产业链的技术集成和协同、各方信息共享共用、上下游高度协同一致,全产业链上资源节省、成本节省、工期缩短、品质提升、精益建造。推行装配式建筑与信息化的高度融合是国家战略要求,亦是建筑行业的发展趋势。

  [1]樊骅.信息化技术在预制装配式建筑中的应用[J].住宅产业,2015,08:61-66.

  [2]于龙飞,张家春.基于BIM的装配式建筑集成建造系统[J].土木工程与管理学报,2015,04:73-78+89.

  [3]陈昕.俞大有:BIM技术在建筑工业化中的作用[J].中国建设信息,2014,14:26-29.

  [4]李勇,管昌生.基于BIM技术的工程项目信息管理模式与策略[J].工程管理学报,2012,04:17-21.

  [6]何关培.BIM和BIM相关软件[J].土木建筑工程信息技术,2010,04:110-117.

  [7]邓汝春,郭孔快.基于精益供应链的制造执行系统MES的研究[J].工业工程与管理,2012,04:114-120.

  [8]黄聪,杨国欣.浅释运用精益管理体系,搭建系统平台[J].中国管理信息化,2016,05:60-62.

  [9]傅高峰,王龙,屈仁斌.SAP与MES系统集成研究与实现[J].中国管理信息化,2016,03:82-84.

  作者简介:周冲,博士,高级工程师,中建科技有限公司副总工程师,研究方向:建筑工业化技术研发与产业化实施。

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