智能建造概论 课件 第5章 智能生产

第5章

智能生产5.1智能生产概念5.2基于BIM的部品部件深化设计5.3智能化部品部件生产管理5.4智能化部品部件存储与运输管理5.5智能化生产工厂5.6智能深化设计应用软件5.1智能生产概念5.1.1智能生产的特征（1）生产现场无人化，真正做到“无人”工厂。（2）生产数据可视化，利用大数据分析进行生产决策。（3）生产设备网络化，实现车间“物联网”。（4）生产文档无纸化，实现高效、绿色制造。（5）生产过程智能化，打造智能工厂的“神经”系统。1.智能生产的主要特征（1）加快建筑工业化升级（2）加强技术创新（3）提升信息化水平（4）培育产业体系（5）积极推行绿色建造（6）开放拓展应用场景（7）创新行业监管与服务模式2.智能生产发展目标5.1.2智能生产框架及技术“工业4.0”核心是以智能制造引领第四次工业革命，其本质是依托信息物理系统（CyberPhysicalSystem，CPS），实现生产的高度数字化、网络化和机器自组织，从而将制造业全面升级为自适应、高效率、可持续的智慧工厂。该战略旨在通过深度融合信息通信技术与网络空间虚拟系统——信息物理系统，推动制造业向智能化转型，并在商业流程与价值链中整合客户及合作伙伴资源。其技术基础为信息物理系统及物联网。“工业4.0”项目主要分为三大主题：一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统与网络化分布式生产设施。二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动及3D技术在工业生产过程中的应用。三是“智能物流”，通过互联网、物联网、物流网整合现有资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，使需求方能够快速获得服务匹配，得到物流支持。1.工业4.0是德国政府提出的国家级高科技战略在自动化工厂基础上，通过运用信息物理技术、大数据技术、虚拟仿真技术、网络通信技术等先进技术，建立一个能够实现排产、智能生产协同、设备智能互联、资源智能管控、质量智能控制、支持智能决策等功能的高度灵活的个性化、数字化、智能化的生产系统。该系统可贯穿产品的原料采购、设计、生产、销售、服务全生命周期。智能工厂具有丰富的内涵，不同行业的智能工厂需要建立不同的智能工厂框架结构。从制造业生产模式角度归类出三种智能工厂框架结构：①在流程制造领域，从生产过程数字化到智能工厂；②在离散制造领域，从智能制造单元到智能工厂；③在消费品领域，从个性化定制到智能工厂。从数据角度归类出自下而上的三层次智能工厂框架结构：①整合工厂数据，实现数据共享；②基于虚拟仿真技术对数据进行分析处理，实现产品定制；③改变现有商业模式，创造新价值。2.实现智能生产，必须依托智能工厂的合理架构5.1.3建筑工业化建筑工业化是指用现代化的制作、运输、安装和科学管理等大工业生产方式代替传统、分散的手工业生产方式来建造房屋。建筑工业化的内容包括四个方面：建筑设计标准化、构配件生产工厂化、施工机械化和管理科学化。建筑工业化，首先应从设计入手，建立新型结构体系，包括钢结构体系、预制装配式结构体系等，要让大部分的建筑构件，包括成品、半成品，实行工厂化作业。工业化建筑体系包括专用体系和通用体系。第一类，预制装配式建筑，采用构配件定型生产的装配施工方式：按照统一标准在工厂批量生产构件，运输至现场后机械化装配成房屋。这种方法可以被称为“工厂化”。第二类，现场机械化施工建筑，包括大模板建筑、滑模建筑等，主要采用工具模板定型的现场浇筑施工方式。建筑工业化是我国建筑业的发展方向。建筑工业化具有诸多优势：提升建筑业的科技水平和地位，改变传统建筑业的操作方式和施工工艺，提高施工效率，降低建设成本；提高工人的技术水平，降低劳动强度；提高工程质量，减少质量问题；提高施工文明程度，减少事故发生频率；还能带动相关产业的发展，促进冶金业、建材业、农业和装饰装修等行业的发展，加快实现建筑业的整体现代化。1.建筑工业化的概念5.1.3建筑工业化（1）提升工程建设效率

建筑工业化采用设计施工一体化，遵循统一标准，实现构配件工厂化批量生产和现场快速装配，以机械化操作提升效率。相比传统方式，工期可缩短30%以上。（2）提升工程建设品质

工厂化预制确保构配件质量可控，如预制挂板瓷砖黏结强度是现场操作的9倍。预制装配式建筑抗震性更优，日本地震中预制结构无一倒塌。（3）低碳低能耗，实现可持续发展

我国建筑能耗占全社会总能耗49.5%，单位面积能耗较高。为履行碳排放承诺，建筑工业化助推低碳发展，显著降低能耗、水耗、垃圾和污水，如能耗降低37.15%，整体节能60%以上。（4）节约建造成本，提升综合效益

标准化生产降低建造成本，工程造价降10%以上，工期缩短30%以上。同时节约时间成本和运维成本，因建造标准提升和质量改善。2.建筑工业化的特点5.1.3建筑工业化早在1956年，国务院出台《关于加强和发展建筑工业的决定》。1978年，原国家建委召开建筑工业化规划会议，设定1985年和2000年目标，但未完成。目前，建筑工业化进展缓慢，建筑业仍以粗放型为主，资源浪费严重，标准化程度低，制约发展。主体企业有五类：房地产开发、全产业链、混凝土预制构件、钢结构、部品一体化企业。建筑工业化是建筑业转型升级的必由之路，核心在于预制化和集成化。实施主体为施工总承包企业，需突破施工、企业边界和信息三大局限，实现系统、组织和信息集成。

2020年7月，住建部等部门印发指导意见，目标到2025年建立政策产业体系，提高工业化、数字化、智能化水平；到2035年取得显著进展，实现建筑工业化，迈入智能建造强国。2020年8月，九部委推动新型建筑工业化，以信息化带动工业化，实现工程高效益、低消耗。2022年“十四五”规划强调产业链现代化，装配式建筑比例达30%以上，打造产业互联网平台和智能建造基地。

“碳达峰”和“碳中和”目标为建筑工业化与智能建造融合提供动力，需推动转型升级，应用数字化技术，形成DCCO模式，集成物联网、大数据、BIM等技术。新型建筑工业化以智能建造为依托，实现专业化、协作化生产，优化资源，提升品质。智能建造核心是部品部件工业化制造，通过智能制造管理系统和数据技术驱动，建立标准促进发展。建筑部品包括预制混凝土、钢结构等类型，制造阶段分深化设计、生产管理、存储运输。智能制造需围绕数字技术，以BIM、5G等为基础建设工业互联网，实现全产业链数据集成。实现建筑工业化与智能生产需依托智能工厂架构，以智能生产为核心全面推进。3.我国建筑工业化发展现状5.2基于BIM的部品部件深化设计5.2.1深化设计定义专家学者已对装配式建筑标准化设计做了一定的研究，标准化设计作为装配式建筑的首要特征，是建筑部品部件生产及施工的必要前提，具有提高品质、缩短工期、提高效益、降低成本等优势。这里的部品部件深化设计是指进入生产阶段时，基于施工图并利用BIM技术进行的详细设计。此外，作为建筑结构组成部分的部品部件通常称为构件。标准化部品库是采用建筑信息模型手段对标准化部品部件进行数字化表示的模型集合。部品部件深化设计的主要内容包括确定安装专业的构件分段分节方案、起重设备方案、安装临时措施、构件编号要求、吊装方案等；土建专业的钢筋开孔、连接器和连接板、混凝土浇筑孔、流淌孔等技术要求；机电设备专业的预留孔洞技术要求；以及幕墙及擦窗机专业的连接技术要求等。具体方法是，以“产品”思维进行建筑设计，将建筑按构件组成逻辑进行层级划分，基于BIM技术实现“零件级”数字化建模，将建筑零件模型组成建筑部件模型，建立构件模型数字资产。构件库中的模型可在标准化、系列化、多样化设计前提下重复利用，按模式化、系列化原则进行参数化驱动，并按不同建筑产品体系归类汇总。5.2.2应用系统深化设计因专业不同而采用不同软件，遵循的设计规则各具特点，但均需符合相应设计标准规范。装配式PC构件基于BIM的深化设计软件主要包括专业PC构件设计工具，例如Revit、PKPM-BIM平台等；钢结构深化设计则常用Tekla等软件。此外，协同设计管理平台（如广联达BIM云协同平台）可实现跨专业实时协作与模型共享。基于BIM的深化设计软件可显著提升设计效率。以PC构件为例，软件内对建模对象进行统一定义，系统内置通用的部件库，如门、窗、墙、楼板、楼梯、阳台等通用部件，设计人员可直接调用构件库中的模型资源完成构件或部品部件的组合设计，实现快速建模。对于特殊预制构件，可在设计时进行定制，新增的部品部件自动扩充至系统部件库，并可即时生成建筑清单明细。BIM设计软件内置设计标准与规范检查功能，可自动校验部品部件是否符合设计标准。以机电深化设计为例，软件提供专业部品部件库，还可通过专业区分楼层标识，快速过滤出专业的部品部件，并进行深化修改。相对于软件用于专业设计工作，平台则侧重于协同工作。例如，设计平台可基于同一模型构件的跨专业远程协作，不同专业用户可实时进入同一场景，快速沟通并汇总问题，实现高效协同。5.3智能化部品部件生产管理装配式建筑是将预制构件在构件厂进行生产加工,再运输到施工现场,吊装就位后通过拼装而成。与传统建筑相比,其优点是减少大量湿作业,改善施工环境,缩短工期,降低垃圾排放,提升建筑品质。智能化部品部件生产管理并非靠单一系统完成,而需将设计、生产、管理和控制的实时信息引入企业的生产和计划中,实现信息流的无缝集成,采用ERP、PDM、MES、PCS集成产品数据管理、生产计划与执行控制,是实现智能化制造的一个有效解决方案。业务系统ERP解决生产什么的问题,制造执行系统MES解决如何生产的问题,过程控制系统PLC解决怎样生产的问题,三者之间相互高效协作,达到智能化的效果。智能化生产管理的信息集成是通过ERP、PDM、MES、PCS的信息流集成得以实现的。该模式利用PDM技术统一管理产品数据、流程和工程变更:一方面PDM将产品几何信息推送至ERP系统;另一方面PDM需从ERP系统实时获取生产计划数据,以保障ERP的有效运行。在ERP系统应用基础上,通过集成制造执行系统MES,解决现场生产试制问题,使生产管理系统能够兼容多种生产模式。5.4智能化部品部件存储与运输管理智能化存储管理指的是建筑部品部件成品后在成品库中的智能化管理过程。智能化运输管理指构件从成品库到施工现场之间的智能化物流管理。智慧物流聚焦提升上下游客户体验，实现物流全过程自动化、智能化、网络化，对车辆派送、路线、跟踪、监控等全过程进行专业化、数字化的管理。5.5智能化生产工厂无人工厂又称自动化工厂、全自动化工厂，指全部生产活动由电子计算机控制，生产一线配备机器人而无须工人的工厂。在该工厂中，生产指令和原料自输入端进入，经产品设计、工艺设计、生产加工和检验包装，最后于输出端形成最终产品。所有工作均由计算机控制的机器人、数控机床、无人运输小车及自动化仓库完成，人员不直接参与生产。无人工厂实现信息化技术与实体生产深度融合，具备装备智能化、设计数字化、生产自动化、管理现代化特征，保障生产单元高效协同、全面感知与柔性生产。5.6智能深化设计应用软件深化设计是指施工单位在建设单位提供的施工图或合同图基础上，对其进行细化、优化和完善，形成各专业的详细施工图纸，同时将各专业设计图纸进行集成、协调、修订与校核，以满足现场施工及管理需要的过程。深化设计贯穿整个施工过程，在各分部分项工程乃至整个项目实施过程中均发挥重要作用，具有以下显著价值：（1）减少设计中的模糊和不确定性，有助于识别和解决潜在的设计问题，并确保设计方案的可落地性。（2）考虑施工的实际要求和限制，能够针对具体的施工方法和工艺提供有效的选择依据，优化施工过程，提高施工效率。（3）帮助识别并解决施工工艺上的潜在问题和风险，提前制定应对策略，降低项目实施风险，提升项目整体质量与效益。（4）为项目管理与协调提供基础依据，通过详细的设计图纸和说明，为施工人员、供应商及其他相关方提供明确指导，确保各方准确理解并实施设计意图。目前建筑领域常用的智能化深化设计软件，见表5-1。1.应用场景广联达BIMMAKE主要面向BIM工程师及技术工程师，提供施工全过程的BIM建模与深化设计专业化应用。其中，钢筋深化设计是将结构施工图中的钢筋平法信息及节点详图中的钢筋信息汇总整合至BIM模型，按各构件逐一表达钢筋信息。该产品支持单构件钢筋排布、搭接接头种类及位置设置，以及多构件交叉节点的钢筋排布与绑扎顺序，确保深化后的钢筋全面无遗漏，符合现行国家与地方规范，便于现场加工与施工，降低加工及绑扎安装难度。钢筋形状、长度满足加工机械与施工安装要求，断料模数与组合充分考虑现场原材利用率，输出的图、表可直接指导钢筋加工与绑扎。2.主要功能（1）钢筋下料算法优化。依据现场原材模数设置，按照图集规范规定的搭接布置范围和连接规则，确定每根钢筋的合理下料长度与接头位置。（2）钢筋节点算法优化。基于施工现场翻样深化的计算规则标准进行钢筋计算，处理多构件钢筋穿插位置关系，避免碰撞。（3）钢筋深化算量，输出汇总统计表。依据项目设置和调整后的钢筋模型，计算整个项目的钢筋数据，形成完整的钢筋数据模型，再依据生成的钢筋模型提取工程总控量。（4）钢筋深化编辑。提供了更适用于钢筋深化设计的二维展开线编辑工具，便于钢筋深化工程进一步调整钢筋模型。（5）钢筋详图设计。输出每个构件所含钢筋的根数、位置、长度、搭接关系图和钢筋排布图，直观指导现场绑扎，如图5-1所示。图5-1钢筋排布2.主要功能（6）输出钢筋加工料单、加工料牌，指导现场实际加工下料。钢筋配料单，如图5-2所示。图5-2钢筋配料单2.主要功能（7）支持构件编号，生成钢筋定位图，指导吊装和运输。钢筋定位，如图5-3所示。图5-3钢筋定位2.主要功能（8）结构及钢筋模型支持三维效果输出。支持在手机、网页等多端轻量化浏览，用于技术交底。钢筋模型三维交底，如图5-4所示。图5-4钢筋模型三维交底2.主要功能（9）输出的钢筋加工数据可直接对接智能加工机械，如图5-5所示。图5-5钢筋图形描述3.典型流程钢筋深化设计的核心流程，如图5-6所示。图5-6钢筋深化设计的核心流程（1）创建结构模型并录入钢筋信息通过导入预算钢筋模型，或基于结构施工图识别CAD智能创建土建模型，并将施工图中的钢筋信息完整录入模型中的各个结构构件，确保设计阶段的施工图信息由BIM模型全面继承。在进行钢筋深化业务时，需要考虑的模型信息范围包括：①构件业务分类信息，如结构柱、剪力墙、框架梁、连梁、结构板等。②构件几何尺寸与空间定位信息，如截面尺寸、所属楼层、高度定位等。③构件钢筋属性信息，如柱纵筋、箍筋、拉筋属性等。（2）基于模型划分施工段结合施工段划分方案，对结构模型进行施工段划分，并按施工段顺序在钢筋甩筋方向设置甩筋长度。3.典型流程（3）按照施工深化规则设置深化算法软件将钢筋设计图集做法与施工常用做法内置，用户可依据项目及当地规范要求对钢筋