数字化装配建筑工艺设计与仿真与BIM技术的结合

昆明扶贫安居工程快装房钢结构EPC项目

基于P-BIM的集成式用数字化装配建筑三维装配工艺设计与仿真六组：张凯（45号）基于DELMIA（性能仿真）的数字化装配建筑三维装配工艺设计与仿真

一、重基础，强融合应用流程1.随着数字化技术在我国建筑行业中的应用不断深入，加工图、施工图已

经从三维数字化设计、数字化预装配向基于模型定义技术（ModelBased，

Definition，MBD）迈进，同时自动化加工、柔性工装、装配机器人、激

光扫描议仪等先进设备的引入，也使建筑成本装配化施工向数字化方向

逐渐完善。

2.设计和加工并行化程度越来越高，多专业协调、并行工作团队模式被

广泛采用。在设计阶段，生产、施工人员提前介入，进行设计与分析及

施工流程的模拟，在很大程度上提高了设计阶段的效率，缩短了施工周

期。

3.就装配化施工本身而言，我国大部分AEC企业还停留在依靠二维图纸进行深

化及装配施工，效率及精细化成度低下，不能以数字量传递，不能以模拟量

传递。4.当前迫切需要以装配化加工、施工三维数字模型和EBOM为基础，改变现有

的工艺协调加工体系，建立工艺数字模型，形成以工艺数字模型为核心的数

字化工艺设计体系，实现与设计并行的三维工艺设计和装配施工仿真，真正

实现基于模型（MBD）的数字化设计制造一体化。5.通过三维工艺设计、施工虚拟装配施工过程的仿真、数字人体装配施工过

程的仿真等先进的三维仿真手段对装配施工过程进行预演，检验、评价装

配组件的可装配性、工艺性、可维护性，完成装配施工的协调图表、装配

施工顺序图表、工艺指示单等，形成能直接指导现场装配施工的可视化文

档，以提高对装配组件制造准确度控制能力，避免装配组件在最后装配施

工时才发现问题。

二、三维装配工艺设计与仿真总体规划

1.基于MBD的三维装配组件设计，需要一个设计、制造活动能够高度协同的

数据管理体系的支撑，同时设计数据能够直接为工艺设计所用，工艺数字化系统是企业管理信息系统的重要组成部分，要实现工艺设计全过程的管理、数据分析和工艺流程，更重要的是为企业生产提供快速、准确的数据

源MBOM。2.通过导入装配组件设计各阶段产生的EBOM或DMU数据，装配施工资源数据，

通过可视化进行三维工艺分离面划分、装配施工流程布局、装配施工协调顺

序规划，产生装配施工流程图表、装配施工细节指令、使工艺与装配组件、

资源建立关联，构建单一PPR数据模型，并生成MBOM，同时还须规划加工厂、

和加工周转流程以及加工时等工艺相关内容，进而实现对工艺方案的评估，

减少加工生本。

3.在初始装配施工流程方案的基础上，结合评价优化基准，确定评价优化

模型对装配施工方案进行评价和优化，建立基于虚拟现实系统的可视化

装配施工细节规划虚拟环境，并通过仿真对装配施工过程进行验证。三、三维装配工艺设计过程1.三维工艺组件划分

1.1、扩大装配施工工作面，将工作分解、平行进行。1.2、装配施工工人施工通路更加开敞，装配施工劳动环境得到改善，便于机

械化作业，提高装配施工效率和装配施工质量。1.3、便于采用更加简单的装配施工定位方法，简化装配施工等设备的结构。1.4、使装配施工工作次序、流程得到有效分解。

基于DELMIA（性能仿真）的数字化装配建筑三维装配工艺设计与仿真的实施流程

2.装配生产线布局规划

划分形成的装配组件是针对项目的EBOM进行，只是制造数据集MBOM的一部分。完整的MBOM还包括工装工具等装配施工资源信息。在三维环境下，建

立装配作业建立的各装配施工型架、操作平台、工装夹具等装配施工资源三维

模型放置于装配施工环境中，从而进行装配施工的流程布局与优化。3.装配工艺规划装配施工组件划分及装配施工产地布局完成后，就进入详细装配施工流程

规划阶段。装配施工的过程是一个经验性很强的活动，装配施工顺序规划、

装配施工路径规划、装配施工指令（装配工序、工步）生成等，需要反复迭

代。根据经验总结，依托装配施工现场，分析与装配工艺规划有关的影响因素。4.装配工艺方案的评价与优化

装配施工方案的评价技术，直接关系到装配施工的工艺性、成本、性能以及质量的好坏，对装配施工方案的可行性和有效性需要进行评价和优化，在

评价和优化过程中，对装配施工工艺能力、装配设备能力等进行“装配工艺的

可行性评价”；对装配施工协调路线、装配施工成本、生产准备周期、装配施

工质量等进行“装配工艺的有效性评价”；并建立面向装配施工协调路线最短、

装配施工成本最低、生产准备周期最短、装配质量最好的装配工艺方案综合优

化模型。

四、装配仿真

1.装配干涉（碰撞)检查

本案从装配施工的角度考虑，装配施工过程中产生干涉的原因包括：设计

错误导致装配件形状、尺寸不合理，出现装配干涉；装配施工路径规划不合理

导致装配干涉；装配施工顺序的协调规划不合理导致装配干涉。基于装配施工

路径规划、装配施工顺序规划和干涉检查之间的密切关系，使装配干涉检查成

为判断路径规划是否合理、装配件能否按照预定路径顺利到达的最重要的考查

和判断依据，只有确认装配件在装配施工路径上的任意位置处均不与其他任何

装配组件以及工装夹具等装配资源发生干涉，才能确认该路径可以确保装配件

装配安全可达。在DELMIA中，进行装配干涉分析可以通过运动机构仿真进行动

态干涉检测实现。

基于DELMIA（性能仿真）的数字化装配建筑

三维装配工艺设计与仿真的实施流程

2.人机工效分析在虚拟装配施工中，利用人机工程技术，根据虚拟装配施工仿真环境，通

过对虚拟人体模型的控制，模拟施工现场装配人员在装配时的各种实际操作，

并基于此进行测试和分析，实现对已设计的虚拟装配施工方案进行人机工效

评估，以便及时发现产品在装配中可能遇到的问题。在DELMIA中有专门进行

人机工效仿真和分析的模块，可实现以下人机工效分析。

2.1、可达性、可视性分析：2.2、施工空间开敞性分析与评估2.3、装配施工作业姿态分析：

五、工程程验证以钢结构构装配施工工为对象象，在DELMIA集成平台台上，依依据工装装组件划划分结果果，将虚虚拟装配配施工过过程中的的工装、、施工工工具等相相关装配配施工资资源加入入仿真环环境，并并依据规规划好的的装配配施工工工艺指令令，分层层、分步步的对装装配工艺艺规划过过程中的的操作进进行可视视化操作作与演示示，交互互式地实实现对每每一步装装配施工工操作的的全面可可视化分分析，对对整个装装配施工工协调过程中的可达性性、可拆拆卸性和和可维护护性进行行全面的的分析，，检验装装配施工工工艺方方案的可可行性。。最终，，依据仿仿真结果果输出电电子装配配施工工工艺文件件指导装装配施工工现场，，使得装装配施工工过程更加加直观，显显著提高高了安装装工艺规规划和现现场执行行效率。。基于DELMIA（性能仿仿真）的的数字化化装配建建筑三维装配配工艺设设计与仿仿真的实实施流程程六、结束束语研究复杂产品品三维装装配工艺艺与装配配仿真技技术，实现三维装配配工艺规规划、装装配工艺艺过程的的三维仿仿真和装装配过程程的可视视化，实实现装配配信息从从装配设设计向装装配工艺艺有效传递与共享，，是提高高装配工工艺设计计效率、、减少装装配工艺艺设计返返工、提提高装配配质量和和效率的的关键，，是提高高复杂产产品开发发数字化水平的必必要途径径。基于DELMIA（性能仿仿真）的的数字化化装配建建筑三维装配配工艺设设计与仿仿真的实实施流程程运用基于于P-BIM系统的MBD/MBE（基于模模型的定定义/企业）技技术优势势1、工业化化基因1）、建筑筑业中的的钢结构构和幕墙墙专业与与制造业业很相似似。2）、MBD技术使幕幕墙工业业推进至至更高的的工业标标准。3）、幕墙墙P-BIM设计应选选择顶级级工业制制造软件件CATIA作为工业业设计领领域的顶顶级设计软件件，其拥拥有极强强的几何何造型能能力和准准确的建建模功能能，同时时具备稳稳定的参数数化建模模环境，，可以方方便地将将模型生生成图纸纸和提取取数据。。1）、P-BIM/MBD与参数化化设计。。2）、结构构化数据据。3）、效率率。4）、数据据提取。。5）、数据据料单，，从EBOM到PBOM。2、复杂幕幕墙可建建造性3、可视化化1）、幕墙墙通过土土建板边边将荷载载传递到到主体，，P-BIM可以检查查结构边边梁尺寸寸及幕墙预埋埋件位置置，避免免后期幕幕墙安装装时与主主体结构构发生碰碰撞。2）、P-BIM能处理好好幕墙与与精装的的空位关关系问题题，如二二次隔墙墙与幕墙墙龙骨的的对位关系、、幕墙开开启扇与与房间的的位置关关系等。。3）、幕墙墙与机电电专业协协调。4）、幕墙墙与标识识的专业业协调。。5）、幕墙墙与景观观的专业业协调4、造价与与成本5、专业协协调6、未来P-BIM将直接促促使建筑筑行业各各个领域域的变革革和发展展，颠覆覆传统幕幕墙行业业的思维维模式，改改变现有有的流程程产生模模式。我我们期待待出现新新的生产产方式和和行业规规则。基于CATIAV6平台的复复杂幕墙墙系统P-BIM实施双曲面铝铝单板正正立面图图基于CATIAV6平台的复复杂幕墙墙系统P-BIM实施双曲面铝铝单平面面图双曲面铝铝单板曲曲率分析析图双曲面铝铝单展开开图采用新技技术、新新工艺、、新设备备一、逆向向工程传统作业业模式通常采用用全站仪仪、水准准仪、经经纬仪、、尺等专专业仪器器进行测测量。生生成的记记录则作作为判定定工程质质量或进进入到下下一道工工序的依依据。测量周期长长、效率低低。新技术——三维激光扫扫描（快速、精准准、为实测测实量提供供支持）1）三维激光扫扫描仪器（如天宝TX8扫描仪）是是“实景复制制”技术，在保保证扫描精精度的前提提下，通过过扫描方式式，可以对对选定的工工程部位进进行完整、、真实的采采集。2)三维激光扫扫描的数据据应用三维激光扫扫描生成的的点云数据据经过专业业软件处理理（如天宝宝RealWorks），即可转换为BIM模型数据，进而可立立即与设计计的CAD模型、BAM模型进行精精度对比，，寻找施工工现场与设设计模型的的不同点。。传统测量手手段采用新技术术、新工艺艺、新设备备3)统一的数据据管理方式式经过数据采采集与转换换后，现场场情况可以以很完整地以以BIM模型、点云云模型的形形式在统一一集成的信信息平台中中整合，并根据现现场工程师师需要开展展相关管理理工作。天宝TX8具有360o××317o的视场角和和每秒100万点的数据获取取速度，可可以在3分钟时间内内完成一次次典型的测测量任务。。TX8在其整个120米测程范围内内都可以保保持高测量量精度，在在可选升级级配置中，，其测程更更可以扩展展至340米。天宝TX8三维激光扫扫描器采用新技术术、新工艺艺、新设备备二、机器人人放样天宝RTS773bim快速放样机机器人新技术——快速放样机机器人BIM放样机器人人可提供连续的的测量信息息，实现设设计数据的的精确放样样。利用其快速、精准准、智能、、操作简便便、劳动力力需求少的的优势，将BIM模型中的数数据直接转转化为现场场的精准点位。在施工现现场，可对对距离3000米内（距离离棱镜）的的位置进行行测量采用新技术术、新工艺艺、新设备备基于MBD的三维装配配BOM重构技术三维BOM重构技术是是基于MBD装配模型的的装配工艺艺划分，在在MBD装配模型模模式下，BOM以结构树的的形式表达达产品信息息，以零部件件对象为中中心，把所所有的产品设计数数据、工艺艺数据和生生产数据组组织在BOM结构树上，再构建产产品不同时时期BOM时，主要信信息来源于于基于MBD装配模型中中的内容，，MBD装配模型则则由一系列列MBD零件模型组组成的装配配零组件结结构树加上上以文字表表达的注释和属性数据组成，MBD装配模型、、MBD零件模型以以编号的形形式形成层层次的父子子结点反映映在BOM结构树上。根据MBD模型中的工工艺约束信信息，建立立产品设计计BOM、工艺计划划BOM、制造BOM，并将EBOM转化为PBOM，PBOM再转化为MBOM，即模型重重构，形成完备备的层次化化的装配工工艺文件，，最终形成成树状装配配工艺结构构树，即MBOM结构树，用用它来指导导装配生产产。采用新技术术、新工艺艺、新设备备基于MBD的三维装配配BOM重构技术理理论体系图图基于P-BIM的建筑幕墙数字化装配配项目实施案例幕墙装配节点点图幕墙装配节点点图幕墙装配分解解图基于P-BIM的建筑室内装装饰数