中國幕墻網 2016年會論文集系列 未盡許可不得轉載 違者必究
1 引言
長久以來，幕墻行業與工業化之間一直存在不小的距離。即便是在“建筑工工業化”口號響起的今天，仍然有人質疑幕墻工業化的道路到底能不能走通。很多人在心底有一個疑問，幕墻產品的生產附加價值很低，工業化生產的價值在哪里?
這個問題還真不好回答。以我們現在的幕墻建造模式來看，工廠化的生產與現場加工相比，無論從生產效率、生產成本上講都沒有明顯的優勢。這就是殘酷的現實。不過，傳統的幕墻建造模式就要走到頭了。建筑工業化已是大勢所趨，上有政府大力引導，下有地產商積極嘗試，建筑工業化進程已經進入了快車道。所以幕墻企業首先要面對會不會掉隊、能不能生存的問題。至于工業化生產的價值，看看汽車工業就知道了。
2 BIM（詞條“BIM”由行業大百科提供）技術與幕墻工業化的關系
曾幾何時，我們對歐洲的門窗（詞條“門窗”由行業大百科提供）標準化工作贊不絕口，覺得這是工業化的基礎和前提條件。也曾為建筑幕墻的個性化太過突出而傷過腦筋，總覺得幕墻的工業化難度太大，遙不可及。但現在，工業4.0的概念倒是提供了一個新思路：利用信息技術和智能化生產，就正好能夠契合幕墻產品個性化生產的需求。
傳統的幕墻生產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要以大量的人力資源去應付設計、生產、施工技術問題，另一方面卻不能像工業產品那樣通過反復試制樣機來改進和消除技術缺陷，很難再進一步地提高效率和質量。很早就有人期望通過標準化產品來解決問題，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技術出現后，這扇大門就打開了。
“BIM”技術的前身叫“虛擬建筑”，實際上是一個用于建筑三維建模的設計工具。后來以這個數字模型為載體，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計、建造及運營管理全過程信息流的載體，使得不同專業之間的數據共享變得更加容易和簡單。
就幕墻生產環節而言，“BIM”技術搭建起了“個性化”與“標準化”之間溝通的橋梁。利用“參數化設計”的方法，從原理上已經解決了“個性化的建筑外觀”與“標準化幕墻構件”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雜的項目，無一不是利用BIM技術來解決大量異型零件的生產問題。利用BIM模型和二次開發的專用軟件自動生成幕墻生產所需的加工圖及相關工藝文件，甚至還可以鏈接到CAM軟件形成自動化設備的加工數據，直接用于生產加工。
當然，這只是生產方面一個最基礎的應用。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環節持續性差、生產節奏不穩定的問題;而利用三維模型與相關仿真軟件結合，可以很容易地實現“數字化樣機”的制作，有效地規避產品設計和制造環節的缺陷。使用于建筑的幕墻產品可以和工業產品一樣具備可靠的性能和穩定的質量。
另外，BIM技術也在開始促進幕墻標準化工作的發展和推進。以前，鋁合金型材開模的成本很低，所以很多企業開模比較隨意，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現狀。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工作，所以就會促使企業逐步重視標準化“族庫”的積累。由于包含“族庫”的BIM模型為項目建設的相關方共享，所以“族庫”的意義就不只是為了BIM建模方便，同時也對企業建立形成自身技術風格和特點的品牌創造了條件。因此，也促進了企業在產品開發過程中更注重標準化工作的推進和企業級技術平臺的建設。而隨著BIM技術的廣泛應用、數據共享程度越來越高，幕墻專業相關的“模型”及“族庫”等具體內容也迫切需要建立統一的標準和規則，這對幕墻行業而言，無疑是使標準化推進工作再上一個臺階的絕好機會。
3 BIM技術在幕墻工業化生產中的應用
工業化生產追求的核心就是效率和質量兩大要點。在這個中心思想的指導下，標志化的動作就是自動化和流水線。幕墻產品的生產環節比較特殊，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生產那樣把效率和質量放到至高無上的位置上。因此，我們看到自動化生產在幕墻行業中的應用程度是很低的。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：一是幕墻產品的種類繁多，而每種規格的批量又很小，通常的自動化設備并不適用。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，生產流水線的生產節奏經常被打斷。在這些問題面前，生產效率的問題根本就不算什么。
BIM技術在建筑項目的建設過程中最大的優勢是強化了建設相關方的協作，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，幕墻行業受益頗多。最起碼可以解決工廠生產的均衡性問題，使我們有機會去關注“效率”和“質量”這兩個本應該非常重要的問題。
當然，BIM技術如果只有這點作用就不用寫這篇文章了。那么，BIM技術在幕墻產品的工業化生產中又能干點什么呢?
3.1 BIM技術對幕墻生產效率的提升
開始接觸到幕墻生產線（詞條“生產線”由行業大百科提供）的時候就覺得非常奇怪，明顯感覺是形似而實不至。無論是工序設計、工位布置還是工裝設備的使用都很隨意，與正規機械行業的工廠化生產相差很遠!但時間長了就發現幕墻生產有特殊情況。以單元式幕墻板塊的生產需求為例，一般一條線的日生產量設定在50塊左右。這是因為現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配置條件下的效益，就會發現其單位生產面積創造的產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。所以要想可持續發展，那就必須大幅度提高幕墻生產效率。
幕墻產品的加工生產的自動化程度還很低，因此存在很大的改進空間。但其生產卻受到項目施工速度的限制，也必須要保證合拍�？紤]到這種行業特點，幕墻的加工生產就必須走柔性生產的路子，簡單地說就是不同項目的共線生產。在一條生產線中，按照一定的時間間隔，生產不同項目的單元板塊。在滿足項目供應的情況下，最大幅度地降低生產資源的投入。
對于幕墻產品來說，不同項目的共線生產難度在于兩個方面，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，甚至工位的數量都不相同。這對生產線的快速調整帶來困難。
BIM技術中對幕墻加工生產最直接的幫助是“信息流”對生產組織的引領。項目部的生產指令相當于訂單，在對應的BIM模型中，可以統計出需要生產的板塊型號、規格、數量以及供貨時間。這些數據導入工藝設計系統中，生成相關的工藝文件。與傳統做法不同的是，在工藝設計文件中，核心的內容仍然是載有信息的三維數字模型。這樣在接下來的生產過程中，載有信息的數字模型便發揮了“信息流”的作用：
在生產計劃和調度方面，可以利用三維數字模型精確統計所需的材料以及材料的供應時間需求，有效減少材料的周轉時間，降低單個項目的材料倉儲需求;可以通過三維數字模型所攜帶的加工信息來統計所需的生產設備種類及數量，以便組織和布置均衡的流水生產;此外，還可以通過三維數字模型所攜帶的位置信息規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，解決產量提高后輔助區域不足的問題;
在零件方面方面，可以利用三維數字模型所攜帶的信息解決不同板塊分解零件的柔性生產的問題。結合二維碼標簽，還可以將一個單元板塊組裝所需的零件分揀到一起，以提高后續組裝工作的效率;
在板塊組裝方面，三維數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，提示每個工位應選擇的工裝設備、工作內容、工作標準等，使得產品更換時操作人員可以快速適應，從而實現組裝線柔性生產的可能;
除此之外，BIM技術對幕墻加工生產還有一個間接幫助。前面提到，BIM技術有利于幕墻標準化工作的推進。而標準化則是自動化生產的前提。雖然幕墻產品個性化的特點很強，但一些關鍵的要素是可以標準化的。比如對于加工生產而言，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容。所以當生產遵循這些要素的幕墻產品時，就可以使用針對性的自動化設備和工藝裝備，從而有機會使生產效率大幅提升。
在常規的單元板塊生產中，相較于加工，組裝工作所花費的時間更多，自動化生產的價值也更大。比較麻煩的是不同產品共線生產時，生產線中的工位及其負責的內容有可能不同。但對整個單元板塊組裝過程分解后發現，組框和打膠（詞條“打膠”由行業大百科提供）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成無人化的作業站。中間的工位仍可采用以人工為主輔以機器人的方式，設計成帶有緩沖作業點的彈性（詞條“彈性”由行業大百科提供）連接段，可以按照具體生產內容的不同進行增減配置。根據這種思路，幕墻單元板塊的柔性生產在硬件布置上是完全可能的。當然，要維系這條柔性生產線的持續運行，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技術的核心就是以數字模型為載體攜帶大量信息，因而最基礎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的信息使用和管理工作。
3.2 BIM技術對幕墻生產質量的提升
有人說建筑是遺憾的藝術，因為不是定型產品，又沒辦法做樣件，會有很多遺憾和不足，發現的時候木已成舟、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品到處使用。雖然有機會做樣件，但仍然不能像別的工業產品，可以來回試驗、反復推敲，直至最終拿出一個完美的產品。
“數字仿真”是一個解決這類問題的有效手段。BIM技術的基礎是三維數字模型，“數字仿真”是其的天然優勢。事實上，在建筑設計層面和施工層面，利用BIM的“數字仿真”技術已經非常成熟了。而在幕墻領域，這項技術甚至都可以擴展到生產加工層面，為提高幕墻產品的生產質量提供幫助。
在廣泛使用數控加工設備后，幕墻產品的加工質量缺陷越來越多地集中在工藝設計缺陷和人為錯誤上。我們經常會聽到發到現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拼裝，來提前發現問題。但這樣又會嚴重拖延生產進度，所以也很難推廣。
其實通過BIM模型和“數字仿真”技術是可以很好的解決這一問題的。如果整個建筑全建設周期都是應用BIM技術的話，BIM模型就是一個可以反應建筑真實情況的動態模型。在幕墻的深化設計過程、現場施工過程，模型都會隨需要進行調整。到了生產加工階段，BIM模型已經是按照現場建筑的實際情況進行修正過的模型，所以也不存在現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”的功能來實現自動檢查，所以很容易發現和找出設計上的錯誤，這就從源頭上消除了幕墻加工生產的人為差錯。
工藝設計缺陷的問題也可以通過“數字仿真”技術來解決。零件在斷面設計的過程中就可以同步進行零件設計，利用“數字仿真”來模擬加工和組裝的過程，從而進行加工工藝的優化以及發現工藝設計的缺陷。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技術還有一個好處是有利于工人的培訓和對生產任務的認知。我們曾經有個項目在施工過程中發現個別板塊輕微滲漏。經過現場拆解和認真分析后發現是在不該打膠的地方打了膠。由于技術交底沒有著重強調，加工圖紙上也比較含糊，所以即便是有經驗的檢驗人員也忽視了這個不起眼的細節，結果給后續工作帶來被動。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的內容。
4 展望
這些年，BIM技術在建筑行業中的推廣應用速度很快。從趨勢上看，上有政府支持，下有開發商積極嘗試，相信用不了多長時間絕大多數建設項目都會采用這項技術。但在最基礎的生產和施工層面，卻還沒有找到與這項技術的契合點，BIM技術也只是看上去很美。所以這一段時間，BIM如何“落地”便成了大家關注的重點。
隨著建筑工業化的進程快速推進，幕墻行業也迎來的工業化轉型的大好時機。而BIM技術的特點與幕墻產品柔性生產的需求契合度很高，完全可以在這一領域率先取得突破，從而改變幕墻行業的生產方式，完成工業化的升級改造。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 2016年會論文集系列 未盡許可不得轉載 違者必究
