中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未盡許可不得轉(zhuǎn)載 違者必究
1 引言
長久以來，幕墻行業(yè)與工業(yè)化之間一直存在不小的距離。即便是在“建筑工工業(yè)化”口號響起的今天，仍然有人質(zhì)疑幕墻工業(yè)化的道路到底能不能走通。很多人在心底有一個疑問，幕墻產(chǎn)品的生產(chǎn)附加價值很低，工業(yè)化生產(chǎn)的價值在哪里?
這個問題還真不好回答。以我們現(xiàn)在的幕墻建造模式來看，工廠化的生產(chǎn)與現(xiàn)場加工相比，無論從生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本上講都沒有明顯的優(yōu)勢。這就是殘酷的現(xiàn)實。不過，傳統(tǒng)的幕墻建造模式就要走到頭了。建筑工業(yè)化已是大勢所趨，上有政府大力引導(dǎo)，下有地產(chǎn)商積極嘗試，建筑工業(yè)化進程已經(jīng)進入了快車道。所以幕墻企業(yè)首先要面對會不會掉隊、能不能生存的問題。至于工業(yè)化生產(chǎn)的價值，看看汽車工業(yè)就知道了。
2 BIM（詞條“BIM”由行業(yè)大百科提供）技術(shù)與幕墻工業(yè)化的關(guān)系
曾幾何時，我們對歐洲的門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）標準化工作贊不絕口，覺得這是工業(yè)化的基礎(chǔ)和前提條件。也曾為建筑幕墻的個性化太過突出而傷過腦筋，總覺得幕墻的工業(yè)化難度太大，遙不可及。但現(xiàn)在，工業(yè)4.0的概念倒是提供了一個新思路：利用信息技術(shù)和智能化生產(chǎn)，就正好能夠契合幕墻產(chǎn)品個性化生產(chǎn)的需求。
傳統(tǒng)的幕墻生產(chǎn)在面對個性化市場需求的情況下一直是比較被動的。由于建筑設(shè)計的個性化需求，幾乎每個項目的幕墻都不一樣。這就造成一方面企業(yè)要以大量的人力資源去應(yīng)付設(shè)計、生產(chǎn)、施工技術(shù)問題，另一方面卻不能像工業(yè)產(chǎn)品那樣通過反復(fù)試制樣機來改進和消除技術(shù)缺陷，很難再進一步地提高效率和質(zhì)量。很早就有人期望通過標準化產(chǎn)品來解決問題，但在個性化市場需求的面前，這些嘗試也都沒有達到理想的效果。但BIM技術(shù)出現(xiàn)后，這扇大門就打開了。
“BIM”技術(shù)的前身叫“虛擬建筑”，實際上是一個用于建筑三維建模的設(shè)計工具。后來以這個數(shù)字模型為載體，使其攜帶更多信息后就成為了“建筑信息模型”。此時的三維模型成為了貫穿項目的設(shè)計、建造及運營管理全過程信息流的載體，使得不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享變得更加容易和簡單。
就幕墻生產(chǎn)環(huán)節(jié)而言，“BIM”技術(shù)搭建起了“個性化”與“標準化”之間溝通的橋梁。利用“參數(shù)化設(shè)計”的方法，從原理上已經(jīng)解決了“個性化的建筑外觀”與“標準化幕墻構(gòu)件”之間的矛盾。事實上諸如“上海中心”、“鳳凰傳媒”、“凌空SOHO”等一系列立面造型異常復(fù)雜的項目，無一不是利用BIM技術(shù)來解決大量異型零件的生產(chǎn)問題。利用BIM模型和二次開發(fā)的專用軟件自動生成幕墻生產(chǎn)所需的加工圖及相關(guān)工藝文件，甚至還可以鏈接到CAM軟件形成自動化設(shè)備的加工數(shù)據(jù)，直接用于生產(chǎn)加工。
當然，這只是生產(chǎn)方面一個最基礎(chǔ)的應(yīng)用。事實上以三維模型為載體的信息流也很適合與工廠生產(chǎn)管理無縫鏈接在一起，有效地解決了因幕墻施工不確定性因素太多造成生產(chǎn)環(huán)節(jié)持續(xù)性差、生產(chǎn)節(jié)奏不穩(wěn)定的問題;而利用三維模型與相關(guān)仿真軟件結(jié)合，可以很容易地實現(xiàn)“數(shù)字化樣機”的制作，有效地規(guī)避產(chǎn)品設(shè)計和制造環(huán)節(jié)的缺陷。使用于建筑的幕墻產(chǎn)品可以和工業(yè)產(chǎn)品一樣具備可靠的性能和穩(wěn)定的質(zhì)量。
另外，BIM技術(shù)也在開始促進幕墻標準化工作的發(fā)展和推進。以前，鋁合金型材開模的成本很低，所以很多企業(yè)開模比較隨意，并沒有有意識地去做標準化工作，所以就造成了標準化程度低下的行業(yè)現(xiàn)狀。但在BIM建模過程中，建立標準化的“族庫”是其一項必要的基礎(chǔ)工作，所以就會促使企業(yè)逐步重視標準化“族庫”的積累。由于包含“族庫”的BIM模型為項目建設(shè)的相關(guān)方共享，所以“族庫”的意義就不只是為了BIM建模方便，同時也對企業(yè)建立形成自身技術(shù)風格和特點的品牌創(chuàng)造了條件。因此，也促進了企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)過程中更注重標準化工作的推進和企業(yè)級技術(shù)平臺的建設(shè)。而隨著BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用、數(shù)據(jù)共享程度越來越高，幕墻專業(yè)相關(guān)的“模型”及“族庫”等具體內(nèi)容也迫切需要建立統(tǒng)一的標準和規(guī)則，這對幕墻行業(yè)而言，無疑是使標準化推進工作再上一個臺階的絕好機會。
3 BIM技術(shù)在幕墻工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用
工業(yè)化生產(chǎn)追求的核心就是效率和質(zhì)量兩大要點。在這個中心思想的指導(dǎo)下，標志化的動作就是自動化和流水線。幕墻產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較特殊，因為其一直不是幕墻施工過程中的短板，所以從來也沒有像其他工業(yè)生產(chǎn)那樣把效率和質(zhì)量放到至高無上的位置上。因此，我們看到自動化生產(chǎn)在幕墻行業(yè)中的應(yīng)用程度是很低的。流水線倒是在用，但運行效率低下，也沒比作坊式的加工強到哪兒去。究其原因，無外乎兩點：一是幕墻產(chǎn)品的種類繁多，而每種規(guī)格的批量又很小，通常的自動化設(shè)備并不適用。另外品種一多，流水線的針對性就差，效率自然就低了;二是幕墻的施工過程影響因素很多，常常是計劃沒有變化快，生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)節(jié)奏經(jīng)常被打斷。在這些問題面前，生產(chǎn)效率的問題根本就不算什么。
BIM技術(shù)在建筑項目的建設(shè)過程中最大的優(yōu)勢是強化了建設(shè)相關(guān)方的協(xié)作，并通過虛擬建造驗證的手段消除了很多建造過程的未知風險，使計劃貼近實際、實際符合計劃。在這種情況下，幕墻行業(yè)受益頗多。最起碼可以解決工廠生產(chǎn)的均衡性問題，使我們有機會去關(guān)注“效率”和“質(zhì)量”這兩個本應(yīng)該非常重要的問題。
當然，BIM技術(shù)如果只有這點作用就不用寫這篇文章了。那么，BIM技術(shù)在幕墻產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)中又能干點什么呢?
3.1 BIM技術(shù)對幕墻生產(chǎn)效率的提升
開始接觸到幕墻生產(chǎn)線（詞條“生產(chǎn)線”由行業(yè)大百科提供）的時候就覺得非常奇怪，明顯感覺是形似而實不至。無論是工序設(shè)計、工位布置還是工裝設(shè)備的使用都很隨意，與正規(guī)機械行業(yè)的工廠化生產(chǎn)相差很遠!但時間長了就發(fā)現(xiàn)幕墻生產(chǎn)有特殊情況。以單元式幕墻板塊的生產(chǎn)需求為例，一般一條線的日生產(chǎn)量設(shè)定在50塊左右。這是因為現(xiàn)場的施工安裝速度也大致是這個范圍，工廠做的太多了也沒用，占用資金還占用地方。
如果仔細計算一下這種生產(chǎn)配置條件下的效益，就會發(fā)現(xiàn)其單位生產(chǎn)面積創(chuàng)造的產(chǎn)值實際上是特別的低。想想看，隨便一條單元式幕墻板塊的生產(chǎn)線至少110米長，20米寬，加上輔助面積總共需要3000平米以上，但一天的產(chǎn)值只有2~3萬。如果不考慮土地的升值因素，幕墻加工廠根本就沒有投資價值。所以要想可持續(xù)發(fā)展，那就必須大幅度提高幕墻生產(chǎn)效率。
幕墻產(chǎn)品的加工生產(chǎn)的自動化程度還很低，因此存在很大的改進空間。但其生產(chǎn)卻受到項目施工速度的限制，也必須要保證合拍。考慮到這種行業(yè)特點，幕墻的加工生產(chǎn)就必須走柔性生產(chǎn)的路子，簡單地說就是不同項目的共線生產(chǎn)。在一條生產(chǎn)線中，按照一定的時間間隔，生產(chǎn)不同項目的單元板塊。在滿足項目供應(yīng)的情況下，最大幅度地降低生產(chǎn)資源的投入。
對于幕墻產(chǎn)品來說，不同項目的共線生產(chǎn)難度在于兩個方面，一是不同項目材料多不通用，材料組織困難;另外一個是不同項目的板塊尺寸、工藝方法可能差異較大，造成工位間距離差異較大，甚至工位的數(shù)量都不相同。這對生產(chǎn)線的快速調(diào)整帶來困難。
BIM技術(shù)中對幕墻加工生產(chǎn)最直接的幫助是“信息流”對生產(chǎn)組織的引領(lǐng)。項目部的生產(chǎn)指令相當于訂單，在對應(yīng)的BIM模型中，可以統(tǒng)計出需要生產(chǎn)的板塊型號、規(guī)格、數(shù)量以及供貨時間。這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入工藝設(shè)計系統(tǒng)中，生成相關(guān)的工藝文件。與傳統(tǒng)做法不同的是，在工藝設(shè)計文件中，核心的內(nèi)容仍然是載有信息的三維數(shù)字模型。這樣在接下來的生產(chǎn)過程中，載有信息的數(shù)字模型便發(fā)揮了“信息流”的作用：
在生產(chǎn)計劃和調(diào)度方面，可以利用三維數(shù)字模型精確統(tǒng)計所需的材料以及材料的供應(yīng)時間需求，有效減少材料的周轉(zhuǎn)時間，降低單個項目的材料倉儲需求;可以通過三維數(shù)字模型所攜帶的加工信息來統(tǒng)計所需的生產(chǎn)設(shè)備種類及數(shù)量，以便組織和布置均衡的流水生產(chǎn);此外，還可以通過三維數(shù)字模型所攜帶的位置信息規(guī)劃高效率的制成品的智能倉儲及物流方案，以提高場地利用效率，解決產(chǎn)量提高后輔助區(qū)域不足的問題;
在零件方面方面，可以利用三維數(shù)字模型所攜帶的信息解決不同板塊分解零件的柔性生產(chǎn)的問題。結(jié)合二維碼標簽，還可以將一個單元板塊組裝所需的零件分揀到一起，以提高后續(xù)組裝工作的效率;
在板塊組裝方面，三維數(shù)字模型所攜帶的信息解決每個工位的工藝文件管理問題。可以由模型信息觸發(fā)，提示每個工位應(yīng)選擇的工裝設(shè)備、工作內(nèi)容、工作標準等，使得產(chǎn)品更換時操作人員可以快速適應(yīng)，從而實現(xiàn)組裝線柔性生產(chǎn)的可能;
除此之外，BIM技術(shù)對幕墻加工生產(chǎn)還有一個間接幫助。前面提到，BIM技術(shù)有利于幕墻標準化工作的推進。而標準化則是自動化生產(chǎn)的前提。雖然幕墻產(chǎn)品個性化的特點很強，但一些關(guān)鍵的要素是可以標準化的。比如對于加工生產(chǎn)而言，標準化的要素就包括標準的加工方法、工藝及工裝要求、檢驗的標準及檢驗方法等內(nèi)容。所以當生產(chǎn)遵循這些要素的幕墻產(chǎn)品時，就可以使用針對性的自動化設(shè)備和工藝裝備，從而有機會使生產(chǎn)效率大幅提升。
在常規(guī)的單元板塊生產(chǎn)中，相較于加工，組裝工作所花費的時間更多，自動化生產(chǎn)的價值也更大。比較麻煩的是不同產(chǎn)品共線生產(chǎn)時，生產(chǎn)線中的工位及其負責的內(nèi)容有可能不同。但對整個單元板塊組裝過程分解后發(fā)現(xiàn)，組框和打膠（詞條“打膠”由行業(yè)大百科提供）這兩個工位相對固定，耗時也較多。所以這兩處的自動化改造價值就比較高，可以以傳送帶和機器人構(gòu)成無人化的作業(yè)站。中間的工位仍可采用以人工為主輔以機器人的方式，設(shè)計成帶有緩沖作業(yè)點的彈性（詞條“彈性”由行業(yè)大百科提供）連接段，可以按照具體生產(chǎn)內(nèi)容的不同進行增減配置。根據(jù)這種思路，幕墻單元板塊的柔性生產(chǎn)在硬件布置上是完全可能的。當然，要維系這條柔性生產(chǎn)線的持續(xù)運行，還要解決眾多零件的管理、分揀、配送等問題，又要涉及到大量的信息傳輸和處理。不過BIM技術(shù)的核心就是以數(shù)字模型為載體攜帶大量信息，因而最基礎(chǔ)的幕墻零件三維模型也具備這一特點，也就極大地方便了后續(xù)的信息使用和管理工作。
3.2 BIM技術(shù)對幕墻生產(chǎn)質(zhì)量的提升
有人說建筑是遺憾的藝術(shù)，因為不是定型產(chǎn)品，又沒辦法做樣件，會有很多遺憾和不足，發(fā)現(xiàn)的時候木已成舟、樓已蓋好、為時晚矣。其實，幕墻也差不多，幕墻也很難拿一套定型產(chǎn)品到處使用。雖然有機會做樣件，但仍然不能像別的工業(yè)產(chǎn)品，可以來回試驗、反復(fù)推敲，直至最終拿出一個完美的產(chǎn)品。
“數(shù)字仿真”是一個解決這類問題的有效手段。BIM技術(shù)的基礎(chǔ)是三維數(shù)字模型，“數(shù)字仿真”是其的天然優(yōu)勢。事實上，在建筑設(shè)計層面和施工層面，利用BIM的“數(shù)字仿真”技術(shù)已經(jīng)非常成熟了。而在幕墻領(lǐng)域，這項技術(shù)甚至都可以擴展到生產(chǎn)加工層面，為提高幕墻產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量提供幫助。
在廣泛使用數(shù)控加工設(shè)備后，幕墻產(chǎn)品的加工質(zhì)量缺陷越來越多地集中在工藝設(shè)計缺陷和人為錯誤上。我們經(jīng)常會聽到發(fā)到現(xiàn)場的零件因為連接點沒有操作空間而無法安裝，只能在臨時在現(xiàn)場配鉆;又或是某個零件的尺寸與工地實際需求不符，造成大面積的幕墻不能安裝。所以很多要求高的項目往往需要在工廠進行預(yù)拼裝，來提前發(fā)現(xiàn)問題。但這樣又會嚴重拖延生產(chǎn)進度，所以也很難推廣。
其實通過BIM模型和“數(shù)字仿真”技術(shù)是可以很好的解決這一問題的。如果整個建筑全建設(shè)周期都是應(yīng)用BIM技術(shù)的話，BIM模型就是一個可以反應(yīng)建筑真實情況的動態(tài)模型。在幕墻的深化設(shè)計過程、現(xiàn)場施工過程，模型都會隨需要進行調(diào)整。到了生產(chǎn)加工階段，BIM模型已經(jīng)是按照現(xiàn)場建筑的實際情況進行修正過的模型，所以也不存在現(xiàn)場測量定尺或是配做的問題，完全是通過修正過的模型傳遞尺寸。只要是模型沒問題，后面的零件加工也都不會有問題。而且三維模型本身就有非常好的直觀性，況且還可以利用“碰撞檢查”的功能來實現(xiàn)自動檢查，所以很容易發(fā)現(xiàn)和找出設(shè)計上的錯誤，這就從源頭上消除了幕墻加工生產(chǎn)的人為差錯。
工藝設(shè)計缺陷的問題也可以通過“數(shù)字仿真”技術(shù)來解決。零件在斷面設(shè)計的過程中就可以同步進行零件設(shè)計，利用“數(shù)字仿真”來模擬加工和組裝的過程，從而進行加工工藝的優(yōu)化以及發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計的缺陷。在必要的時后，還可以利用3d打印來制造拼接樣件進行工藝驗證，從而修改斷面或更改拼接工藝，以達到消除工藝缺陷的目的。
實際上BIM技術(shù)還有一個好處是有利于工人的培訓(xùn)和對生產(chǎn)任務(wù)的認知。我們曾經(jīng)有個項目在施工過程中發(fā)現(xiàn)個別板塊輕微滲漏。經(jīng)過現(xiàn)場拆解和認真分析后發(fā)現(xiàn)是在不該打膠的地方打了膠。由于技術(shù)交底沒有著重強調(diào)，加工圖紙上也比較含糊，所以即便是有經(jīng)驗的檢驗人員也忽視了這個不起眼的細節(jié)，結(jié)果給后續(xù)工作帶來被動。三維模型的好處是建模的過程中是不存在模棱兩可的東西的，有就是有，沒有就沒有，所以也就不會出錯。而對于操作工人而言，看三維模型更加直觀，能夠幫助更好的理解生產(chǎn)的內(nèi)容。
4 展望
這些年，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中的推廣應(yīng)用速度很快。從趨勢上看，上有政府支持，下有開發(fā)商積極嘗試，相信用不了多長時間絕大多數(shù)建設(shè)項目都會采用這項技術(shù)。但在最基礎(chǔ)的生產(chǎn)和施工層面，卻還沒有找到與這項技術(shù)的契合點，BIM技術(shù)也只是看上去很美。所以這一段時間，BIM如何“落地”便成了大家關(guān)注的重點。
隨著建筑工業(yè)化的進程快速推進，幕墻行業(yè)也迎來的工業(yè)化轉(zhuǎn)型的大好時機。而BIM技術(shù)的特點與幕墻產(chǎn)品柔性生產(chǎn)的需求契合度很高，完全可以在這一領(lǐng)域率先取得突破，從而改變幕墻行業(yè)的生產(chǎn)方式，完成工業(yè)化的升級改造。相信這一天很快就會到來。
參考文獻
[1] 清華大學BIM課題組,《中國建筑信息模型標準框架研究》
[2] 劉延林,《柔性制造自動化概論》
中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未盡許可不得轉(zhuǎn)載 違者必究
