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。

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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、工程验证

以钢结构装配施工为对象，在DELMIA集成平台上，依据工装组件划分结果，将虚拟装配施工过程中的工装、施工工具等相关装配施工资源加入仿真环境，并依据规划好的装配施工工艺指令，分层、分步的对装配工艺规划过程中的操作进行可视化操作与演示，交互式地实现对每一步装配施工操作的全面可视化分析，对整个装配施工协调过程中的可达性、可拆卸性和可维护性进行全面的分析，检验装配施工工艺方案的可行性。最终，依据仿真结果输出电子装配施工工艺文件指导装配施工现场，使得装配施工过程更加直观，显著提高了安装工艺规划和现场执行效率。

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

六、结束语研究复杂产品三维装配工艺与装配仿真技术，实现三维装配工艺规划、装配工艺过程的三维仿真和装配过程的可视化，实现装配信息从装配设计向装配工艺有效传递与共享，是提高装配工艺设计效率、减少装配工艺设计返工、提高装配质量和效率的关键，是提高复杂产品开发数字化水平的必要途径。

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三维装配工艺设计与仿真的实施流程

运用基于P-BIM系统的MBD/MBE（基于模型的定义/企业）技术优势1、工业化基因1）、建筑业中的钢结构和幕墙专业与制造业很相似。2）、MBD技术使幕墙工业推进至更高的工业标准。3）、幕墙P-BIM设计应选择顶级工业制造软件CATIA作为工业设计领域的顶级

设计软件，其拥有极强的几何造型能力和准确的建模功能，同时具备稳

定的参数化建模环境，可以方便地将模型生成图纸和提取数据。1）、P-BIM/MBD与参数化设计。2）、结构化数据。3）、效率。4）、数据提取。5）、数据料单，从EBOM到PBOM。2、复杂幕墙可建造性3、可视化1）、幕墙通过土建板边将荷载传递到主体，P-BIM可以检查结构边梁尺寸及

幕墙预埋件位置，避免后期幕墙安装时与主体结构发生碰撞。2）、P-BIM能处理好幕墙与精装的空位关系问题，如二次隔墙与幕墙龙骨的对

位关系、幕墙开启扇与房间的位置关系等。3）、幕墙与机电专业协调。4）、幕墙与标识的专业协调。5）、幕墙与景观的专业协调4、造价与成本5、专业协调6、未来P-BIM将直接促使建筑行业各个领域的变革和发展，颠覆传统幕墙行业的思维模式，改变现有的流程产生模式。我们期待出现新的生产方式和行业规则。基于CATIAV6平台的复杂幕墙系统P-BIM实施双曲面铝单板正立面图基于CATIAV6平台的复杂幕墙系统P-BIM实施双曲面铝单平面图双曲面铝单板曲率分析图双曲面铝单展开图采用新技术、新工艺、新设备一、逆向工程

传统作业模式通常采用全站仪、水准仪、经纬仪、尺等专业仪器进行测量。生成的记录则作为判定工程质量或进入到下一道工序的依据。测量周期长、效率低。

新技术——三维激光扫描（快速、精准、为实测实量提供支持）1）三维激光扫描仪器（如天宝TX8扫描仪）是“实景复制”技术，在保证扫描精度的前提下，通过扫描方式，可以对选定的工程部位进行完整、真实的采集。

2)三维激光扫描的数据应用

三维激光扫描生成的点云数据经过专业软件处理（如天宝RealWorks），即可转换为BIM模型数据，进而可立即与设计的CAD模型、BAM模型进行精度对比，寻找施工现场与设计模型的不同点。

传统测量手段采用新技术、新工艺、新设备

3)统一的数据管理方式

经过数据采集与转换后，现场情况可以很完整地以BIM模型、点云模型的形式在统一集成的信息平台中整合，并根据现场工程师需要开展相关管理工作。

天宝TX8具有360o×317o的视场角和每秒100万点的数据获取速度，可以在3分钟时间内完成一次典型的测量任务。TX8在其整个120米测程范围内都可以保持高测量精度，在可选升级配置中，其测程更可以扩展至340米。

天宝TX8三维激光扫描器采用三新技三术、三新工三艺、三新设三备二、三机器三人放三样天宝RT三S7三73三bi三m快速三放样三机器三人新技三术——快速三放样三机器三人BI三M放样三机器三人可提供三连续三的测三量信三息，三实现三设计三数据三的精三确放三样。利三用其快速三、精三准、三智能三、操三作简三便、三劳动三力需三求少三的优三势，将BI三M模型三中的三数据三直接三转化三为现三场的精准三点位。在三施工三现场三，可三对距三离30三00米内三（距三离棱三镜）三的位三置进三行测三量采用三新技三术、三新工三艺、三新设三备基于MB三D的三三维装三配BO三M重构三技术三维BO三M重构三技术三是基三于MB三D装配三模型三的装三配工三艺划三分，三在MB三D装配三模型三模式三下，BO三M以结三构树三的形三式表三达产三品信三息，以三零部三件对三象为三中心三，把三所有三的产品三设计三数据三、工三艺数三据和三生产三数据三组织三在BO三M结构三树上，再三构建三产品三不同三时期BO三M时，三主要三信息三来源三于基三于MB三D装配三模型三中的三内容三，MB三D装配三模型三则由三一系三列MB三D零件三模型三组成三的装三配零三组件三结构三树加三上以三文字三表达三的注释和属性三数据组成三，MB三D装配三模型三、MB三D零件三模型三以编三号的三形式三形成三层次三的父三子结三点反三映在BO三M结构三树上。根据MB三D模型三中的三工艺三约束三信息三，建三立产三品设三计BO三M、工三艺计三划BO三M、制三造BO三M，并三将EB三OM转化三为PB三OM，PB三OM再转三化为MB三OM，即三模型三重构，形三成完三备的三层次三化的三装配三工艺三文件三，最三终形三成树三状装三配工三艺结三构树三，即MB三OM结构三树，三用它三来指三导装三配生三产。采用三新技三术、三新工三艺、三新设三备基于MB三D的三三维装三配BO三M重构三技术三理论三体系三图基于P-三BI三M的建筑三幕墙数字三化装三配项三目实施三案例幕墙装三配节三点图幕墙装三配节三点图幕墙装三配分三解图基于P-三BI三M的建筑三室内三装饰数字三化装三配项三目实施三案例装配三分解三图装配三分解三图装配三分解三图综合三机电基于P-三BI三M的参数三化钢三结构数字三化装三配项三目实施三案例海南三海免三观澜三湖国三际购三物中三心设计三改造三前建三筑现三场照三片设计三改造三前建三筑现三场照三片6轴等三离子三相贯