玻璃之家讯：中国幕墙网 2016年会论文集系列 未尽许可不得转载 违者必究 1 引言 长久以来，幕墙行业与工业化之间一直存在不小的距离。即便是在“建筑工工业化”口号响起的今天，仍然有人质疑幕墙工业化的道路到底能不能走通。很多人在心底有一个疑问，幕墙产品的生产附加价值很低，工业化生产的价值在哪里? 这个问题还真不好回答。以我们现在的幕墙建造模式来看，工厂化的生产与现场加工相比，无论从生产效率、生产成本上讲都没有明显的优势。这就是残酷的现实。不过，传统的幕墙建造模式就要走到头了。建筑工业化已是大势所趋，上有政府大力引导，下有地产商积极尝试，建筑工业化进程已经进入了快车道。所以幕墙企业首先要面对会不会掉队、能不能生存的问题。至于工业化生产的价值，看看汽车工业就知道了。 2 BIM（词条“BIM”由行业大百科提供）技术与幕墙工业化的关系 曾几何时，我们对欧洲的门窗（词条“门窗”由行业大百科提供）标准化工作赞不绝口，觉得这是工业化的基础和前提条件。也曾为建筑幕墙的个性化太过突出而伤过脑筋，总觉得幕墙的工业化难度太大，遥不可及。但现在，工业4.0的概念倒是提供了一个新思路：利用信息技术和智能化生产，就正好能够契合幕墙产品个性化生产的需求。 传统的幕墙生产在面对个性化市场需求的情况下一直是比较被动的。由于建筑设计的个性化需求，几乎每个项目的幕墙都不一样。这就造成一方面企业要以大量的人力资源去应付设计、生产、施工技术问题，另一方面却不能像工业产品那样通过反复试制样机来改进和消除技术缺陷，很难再进一步地提高效率和质量。很早就有人期望通过标准化产品来解决问题，但在个性化市场需求的面前，这些尝试也都没有达到理想的效果。但BIM技术出现后，这扇大门就打开了。 “BIM”技术的前身叫“虚拟建筑”，实际上是一个用于建筑三维建模的设计工具。后来以这个数字模型为载体，使其携带更多信息后就成为了“建筑信息模型”。此时的三维模型成为了贯穿项目的设计、建造及运营管理全过程信息流的载体，使得不同专业之间的数据共享变得更加容易和简单。 就幕墙生产环节而言，“BIM”技术搭建起了“个性化”与“标准化”之间沟通的桥梁。利用“参数化设计”的方法，从原理上已经解决了“个性化的建筑外观”与“标准化幕墙构件”之间的矛盾。事实上诸如“上海中心”、“凤凰传媒”、“凌空SOHO”等一系列立面造型异常复杂的项目，无一不是利用BIM技术来解决大量异型零件的生产问题。利用BIM模型和二次开发的专用软件自动生成幕墙生产所需的加工图及相关工艺文件，甚至还可以链接到CAM软件形成自动化设备的加工数据，直接用于生产加工。 当然，这只是生产方面一个最基础的应用。事实上以三维模型为载体的信息流也很适合与工厂生产管理无缝链接在一起，有效地解决了因幕墙施工不确定性因素太多造成生产环节持续性差、生产节奏不稳定的问题;而利用三维模型与相关仿真软件结合，可以很容易地实现“数字化样机”的制作，有效地规避产品设计和制造环节的缺陷。使用于建筑的幕墙产品可以和工业产品一样具备可靠的性能和稳定的质量。 另外，BIM技术也在开始促进幕墙标准化工作的发展和推进。以前，铝合金型材开模的成本很低，所以很多企业开模比较随意，并没有有意识地去做标准化工作，所以就造成了标准化程度低下的行业现状。但在BIM建模过程中，建立标准化的“族库”是其一项必要的基础工作，所以就会促使企业逐步重视标准化“族库”的积累。由于包含“族库”的BIM模型为项目建设的相关方共享，所以“族库”的意义就不只是为了BIM建模方便，同时也对企业建立形成自身技术风格和特点的品牌创造了条件。因此，也促进了企业在产品开发过程中更注重标准化工作的推进和企业级技术平台的建设。而随着BIM技术的广泛应用、数据共享程度越来越高，幕墙专业相关的“模型”及“族库”等具体内容也迫切需要建立统一的标准和规则，这对幕墙行业而言，无疑是使标准化推进工作再上一个台阶的绝好机会。 3 BIM技术在幕墙工业化生产中的应用 工业化生产追求的核心就是效率和质量两大要点。在这个中心思想的指导下，标志化的动作就是自动化和流水线。幕墙产品的生产环节比较特殊，因为其一直不是幕墙施工过程中的短板，所以从来也没有像其他工业生产那样把效率和质量放到至高无上的位置上。因此，我们看到自动化生产在幕墙行业中的应用程度是很低的。流水线倒是在用，但运行效率低下，也没比作坊式的加工强到哪儿去。究其原因，无外乎两点：一是幕墙产品的种类繁多，而每种规格的批量又很小，通常的自动化设备并不适用。另外品种一多，流水线的针对性就差，效率自然就低了;二是幕墙的施工过程影响因素很多，常常是计划没有变化快，生产流水线的生产节奏经常被打断。在这些问题面前，生产效率的问题根本就不算什么。 BIM技术在建筑项目的建设过程中最大的优势是强化了建设相关方的协作，并通过虚拟建造验证的手段消除了很多建造过程的未知风险，使计划贴近实际、实际符合计划。在这种情况下，幕墙行业受益颇多。最起码可以解决工厂生产的均衡性问题，使我们有机会去关注“效率”和“质量”这两个本应该非常重要的问题。 当然，BIM技术如果只有这点作用就不用写这篇文章了。那么，BIM技术在幕墙产品的工业化生产中又能干点什么呢? 3.1 BIM技术对幕墙生产效率的提升 开始接触到幕墙生产线（词条“生产线”由行业大百科提供）的时候就觉得非常奇怪，明显感觉是形似而实不至。无论是工序设计、工位布置还是工装设备的使用都很随意，与正规机械行业的工厂化生产相差很远!但时间长了就发现幕墙生产有特殊情况。以单元式幕墙板块的生产需求为例，一般一条线的日生产量设定在50块左右。这是因为现场的施工安装速度也大致是这个范围，工厂做的太多了也没用，占用资金还占用地方。 如果仔细计算一下这种生产配置条件下的效益，就会发现其单位生产面积创造的产值实际上是特别的低。想想看，随便一条单元式幕墙板块的生产线至少110米长，20米宽，加上辅助面积总共需要3000平米以上，但一天的产值只有2~3万。如果不考虑土地的升值因素，幕墙加工厂根本就没有投资价值。所以要想可持续发展，那就必须大幅度提高幕墙生产效率。 幕墙产品的加工生产的自动化程度还很低，因此存在很大的改进空间。但其生产却受到项目施工速度的限制，也必须要保证合拍。考虑到这种行业特点，幕墙的加工生产就必须走柔性生产的路子，简单地说就是不同项目的共线生产。在一条生产线中，按照一定的时间间隔，生产不同项目的单元板块。在满足项目供应的情况下，最大幅度地降低生产资源的投入。 对于幕墙产品来说，不同项目的共线生产难度在于两个方面，一是不同项目材料多不通用，材料组织困难;另外一个是不同项目的板块尺寸、工艺方法可能差异较大，造成工位间距离差异较大，甚至工位的数量都不相同。这对生产线的快速调整带来困难。 BIM技术中对幕墙加工生产最直接的帮助是“信息流”对生产组织的引领。项目部的生产指令相当于订单，在对应的BIM模型中，可以统计出需要生产的板块型号、规格、数量以及供货时间。这些数据导入工艺设计系统中，生成相关的工艺文件。与传统做法不同的是，在工艺设计文件中，核心的内容仍然是载有信息的三维数字模型。这样在接下来的生产过程中，载有信息的数字模型便发挥了“信息流”的作用： 在生产计划和调度方面，可以利用三维数字模型精确统计所需的材料以及材料的供应时间需求，有效减少材料的周转时间，降低单个项目的材料仓储需求;可以通过三维数字模型所携带的加工信息来统计所需的生产设备种类及数量，以便组织和布置均衡的流水生产;此外，还可以通过三维数字模型所携带的位置信息规划高效率的制成品的智能仓储及物流方案，以提高场地利用效率，解决产量提高后辅助区域不足的问题; 在零件方面方面，可以利用三维数字模型所携带的信息解决不同板块分解零件的柔性生产的问题。结合二维码标签，还可以将一个单元板块组装所需的零件分拣到一起，以提高后续组装工作的效率; 在板块组装方面，三维数字模型所携带的信息解决每个工位的工艺文件管理问题。可以由模型信息触发，提示每个工位应选择的工装设备、工作内容、工作标准等，使得产品更换时操作人员可以快速适应，从而实现组装线柔性生产的可能; 除此之外，BIM技术对幕墙加工生产还有一个间接帮助。前面提到，BIM技术有利于幕墙标准化工作的推进。而标准化则是自动化生产的前提。虽然幕墙产品个性化的特点很强，但一些关键的要素是可以标准化的。比如对于加工生产而言，标准化的要素就包括标准的加工方法、工艺及工装要求、检验的标准及检验方法等内容。所以当生产遵循这些要素的幕墙产品时，就可以使用针对性的自动化设备和工艺装备，从而有机会使生产效率大幅提升。 在常规的单元板块生产中，相较于加工，组装工作所花费的时间更多，自动化生产的价值也更大。比较麻烦的是不同产品共线生产时，生产线中的工位及其负责的内容有可能不同。但对整个单元板块组装过程分解后发现，组框和打胶（词条“打胶”由行业大百科提供）这两个工位相对固定，耗时也较多。所以这两处的自动化改造价值就比较高，可以以传送带和机器人构成无人化的作业站。中间的工位仍可采用以人工为主辅以机器人的方式，设计成带有缓冲作业点的弹性（词条“弹性”由行业大百科提供）连接段，可以按照具体生产内容的不同进行增减配置。根据这种思路，幕墙单元板块的柔性生产在硬件布置上是完全可能的。当然，要维系这条柔性生产线的持续运行，还要解决众多零件的管理、分拣、配送等问题，又要涉及到大量的信息传输和处理。不过BIM技术的核心就是以数字模型为载体携带大量信息，因而最基础的幕墙零件三维模型也具备这一特点，也就极大地方便了后续的信息使用和管理工作。 3.2 BIM技术对幕墙生产质量的提升 有人说建筑是遗憾的艺术，因为不是定型产品，又没办法做样件，会有很多遗憾和不足，发现的时候木已成舟、楼已盖好、为时晚矣。其实，幕墙也差不多，幕墙也很难拿一套定型产品到处使用。虽然有机会做样件，但仍然不能像别的工业产品，可以来回试验、反复推敲，直至最终拿出一个完美的产品。 “数字仿真”是一个解决这类问题的有效手段。BIM技术的基础是三维数字模型，“数字仿真”是其的天然优势。事实上，在建筑设计层面和施工层面，利用BIM的“数字仿真”技术已经非常成熟了。而在幕墙领域，这项技术甚至都可以扩展到生产加工层面，为提高幕墙产品的生产质量提供帮助。 在广泛使用数控加工设备后，幕墙产品的加工质量缺陷越来越多地集中在工艺设计缺陷和人为错误上。我们经常会听到发到现场的零件因为连接点没有操作空间而无法安装，只能在临时在现场配钻;又或是某个零件的尺寸与工地实际需求不符，造成大面积的幕墙不能安装。所以很多要求高的项目往往需要在工厂进行预拼装，来提前发现问题。但这样又会严重拖延生产进度，所以也很难推广。 其实通过BIM模型和“数字仿真”技术是可以很好的解决这一问题的。如果整个建筑全建设周期都是应用BIM技术的话，BIM模型就是一个可以反应建筑真实情况的动态模型。在幕墙的深化设计过程、现场施工过程，模型都会随需要进行调整。到了生产加工阶段，BIM模型已经是按照现场建筑的实际情况进行修正过的模型，所以也不存在现场测量定尺或是配做的问题，完全是通过修正过的模型传递尺寸。只要是模型没问题，后面的零件加工也都不会有问题。而且三维模型本身就有非常好的直观性，况且还可以利用“碰撞检查”的功能来实现自动检查，所以很容易发现和找出设计上的错误，这就从源头上消除了幕墙加工生产的人为差错。 工艺设计缺陷的问题也可以通过“数字仿真”技术来解决。零件在断面设计的过程中就可以同步进行零件设计，利用“数字仿真”来模拟加工和组装的过程，从而进行加工工艺的优化以及发现工艺设计的缺陷。在必要的时后，还可以利用3d打印来制造拼接样件进行工艺验证，从而修改断面或更改拼接工艺，以达到消除工艺缺陷的目的。 实际上BIM技术还有一个好处是有利于工人的培训和对生产任务的认知。我们曾经有个项目在施工过程中发现个别板块轻微渗漏。经过现场拆解和认真分析后发现是在不该打胶的地方打了胶。由于技术交底没有着重强调，加工图纸上也比较含糊，所以即便是有经验的检验人员也忽视了这个不起眼的细节，结果给后续工作带来被动。三维模型的好处是建模的过程中是不存在模棱两可的东西的，有就是有，没有就没有，所以也就不会出错。而对于操作工人而言，看三维模型更加直观，能够帮助更好的理解生产的内容。 4 展望 这些年，BIM技术在建筑行业中的推广应用速度很快。从趋势上看，上有政府支持，下有开发商积极尝试，相信用不了多长时间绝大多数建设项目都会采用这项技术。但在最基础的生产和施工层面，却还没有找到与这项技术的契合点，BIM技术也只是看上去很美。所以这一段时间，BIM如何“落地”便成了大家关注的重点。 随着建筑工业化的进程快速推进，幕墙行业也迎来的工业化转型的大好时机。而BIM技术的特点与幕墙产品柔性生产的需求契合度很高，完全可以在这一领域率先取得突破，从而改变幕墙行业的生产方式，完成工业化的升级改造。相信这一天很快就会到来。 参考文献 [1] 清华大学BIM课题组,《中国建筑信息模型标准框架研究》 [2] 刘延林,《柔性制造自动化概论》中国幕墙网 2016年会论文集系列 未尽许可不得转载 违者必究
玻璃之家是专注于玻璃,幕墙玻璃,玻璃幕墙工程十大品牌的新闻资讯和玻璃,幕墙玻璃,玻璃幕墙工程各十大品牌的装修效果图和网上购物商城，敬请登陆玻璃之家：http://boli.jc68.com/
