基于Allplan平台的数据传递和转化研究
0 引言
工业化建筑相较于装配式建筑,不仅要求建筑采用装配式设计,更要求产业链后端生产和施工的信息化、集成化。Allplan软件 (又名Planbar) 是一款自带信息化平台的设计软件,其所包含的数据可建立一个贯穿首尾的信息化系统,并让信息和数据在系统各环节中传递,使所有项目参与方均可协同利用信息和数据。因此,信息化平台是工业化建筑得以实现的必备条件之一。
基于Allplan平台在设计阶段进行信息化三维建模,形成相应设计图纸及设计数据后,无缝传递至下游生产设备识别和读取,同时利用自动化流水线精确高效生产,实现数据从设计源头至构件生产的传递和转化。然而目前国内装配式建筑信息化利用率不高,前后端的数据接口不完善,且Allplan平台作为国外软件对于国内的适应性仍有不足之处,因此对其进行研究和改进是下阶段工业化建筑发展的关键点。
1 输出成果介绍分析
Allplan所包含的输出成果种类和形式较多,既有二维图纸和清单,三维可视化模型,也有信息化数据包,对应后期构件生产时人工和设备对于不同输出成果的需求。
1.1 三维模型
在工业化建筑设计阶段,同时会产生对应的三维可视化模型,设计人员对设计状态的把控,各单位协同设计,建设方的直观理解及施工单位对项目进度及状态管理均以三维模型为基础。
Allplan平台对三维模型可转化或接收为IFC, 3DMAX, SketchUP, Rhino等多种模型数据,供其他设计软件协同工作,以保证数据的一致性和可操作性。
1.2 二维图纸及清单
Allplan平台对二维图纸和清单拥有较自主的可编辑性,设计人员根据不同图纸和表单形式进行针对性地编辑,从而在三维设计完成的基础上实现一键出图和一键清单,免去在CAD图纸上进行二次设计,也避免了对预制构件材料用量手动统计出错的风险,可最大化保证信息化数据与二维数据的对应性。
基于Allplan平台自动生成的构件详图,根据三维信息化设计,二维图纸自动统计并显示相应的钢筋列表、预埋件列表及混凝土方量等表单信息,使图纸与构件模型一一对应且实时更新,体现了工业化建筑设计的高效性和准确性。
1.3 信息化生产数据
当前自动化流水线进行预制构件生产读取的数据主要分为Unitechnik和ProgressXML 2种。Allplan平台的数据输出对2种读取方式均可兼容,且可针对不同版本数据格式分类导出,基本涵盖了市面上所有的信息化设备接收平台。
此外,针对不同构件类型可选择对应的生产配置,基于不同结构体系灵活调整生产工艺,保证信息化数据的可传递、可转化和可利用。例如在双层墙生产数据设置中,考虑双面叠合墙板翻板工艺,数据包需包含2片单独生产的内外叶板的对应关系信息,避免翻板后出现2片墙板上下颠倒的情况。
钢筋加工方面,生产数据同样已包含钢筋网片数据。Allplan具有基于构件轮廓参数化铺设钢筋网片功能,根据钢筋网片族库快速设计构件钢筋,且能形成相应的网片加工数据,对接自动化网片焊接机,可有效提升构件的生产效率。
2 数据输出与生产匹配性分析
输出成果主要为三维模型、二维图纸、材料清单及构件生产数据信息。对于生产数据信息,自动化流水线生产设备均会配置一套中控系统,以此接收并传递Allplan输出的生产数据。图1为数据传递路径,通过Allplan形成的数据传递至ERP系统,而后通过主控计算机分配设备控制系统运行机械手进行生产。
因此在设计初期即确定中控系统,选择相匹配的数据格式,然后基于主控计算机功能进行预制构件排版和生产计划编制,构件排版方案根据构件尺寸、模台大小确定,将模台利用率最大化。
Allplan平台输出的二维图纸及材料清单需设计单位和生产单位基于各自需求进行定向化编辑,形成一套适用于双方的输出成果。例如,Allplan输出的二维图纸与国家装配式标准图集的设计深度、表达方式等的协调性,材料清单形式与生产单位BOM表内容及格式一致性,图纸样式和图框图签的规范性等。
Allplan平台输出尤为重要的一项是构件堆放和管理的数据信息。设计时根据需求选取构件信息并在构件完成生产时生成唯一编码附加在对应构件上,便于后端构件堆放和状态管理。拥有唯一标识码的预制构件可预先在Allplan平台进行堆放和运输状态模拟并优化方案,提高单车运输量,减少堆放和运输过程中人力和物力浪费。施工阶段,带有数据信息的预制构件可依据色块实时反映项目吊装状态,及时调整工程进度安排,保证项目有条不紊。
3 数据传递平台在项目中的应用
上海浦东新区惠南新市镇17-11-05, 17-11-08地块23号楼为上海第1栋采用Allplan信息化平台打造的工业化住宅示范楼。项目总建筑面积9 755.24m2,地上13层,地下1层,总建筑高度为37.700m。
项目采用叠合板式混凝土剪力墙结构体系,楼板采用叠合楼板,预制率高达50%,从设计理念到设计方法,均基于工业化的可变房型住宅设计。项目以Allplan为平台,通过模型数据的无缝传递,衔接设计、制造生产与施工环节,打造数字信息化建筑。
3.1 设计阶段
设计阶段,采用Allplan进行三维建模,并将其集成于信息化平台。基于三维模型开展装配式PC设计,将预制结构、现浇结构及钢筋信息进行参数化设计。对预制构件施工安装提前模拟,尤其是复杂节点的安装,确保构件、钢筋、模板间施工流畅性,避免现场对构件及钢筋切割造成安全隐患。
根据Allplan设计方式,形成相应的预制构件二维图纸、生产数据及统计清单等,通过Allplan平台无缝传递至生产端口,达到设计与生产的数据传递,保证数据的唯一性和可追溯性。
3.2 生产阶段
通过Allplan平台将设计数据传输至工厂主控计算机上,并将其转化为可用于自动加工生产的ProgressXML生产数据,此时每片预制构件的数据携带其身份信息进入构件生产池。
Allplan生成的可视化数据明细表可直观表达混凝土强度、构件尺寸、桁架型号和数量等信息。根据本文第2章节所述方法,有效组织安排生产计划、模台布置及后续的构件成品堆放、运输等工作。
3.3 施工阶段
基于Allplan的可视化模型,提前模拟预制构件吊装和安装工序,一方面用于验证预制构件、预埋件、钢筋的布置合理性,另一方面也可用于现场施工指导,便于一线工人实际操作。
同时将BIM模型与施工进度关联,在三维模型基础上加入时间维度,对项目工期进行有效掌控,使信息化平台各方及时了解施工进度,同时对工地现场材料进行有效分区管理,实现科学生产和高效管理,减少建筑能耗。
4 输出成果优化建议
针对Allplan平台的输出成果,结合多个项目应用案例,主要从与Allplan联系最紧密的设计和生产分析,对其输出模式、成果类型及数据传递转化3方面开展优化研究。
4.1 输出模式
Allplan平台的优势在于其稳定性和系统性贯穿工业化建筑全产业链,其输出的数据极为精确和稳定,不会出现图纸或方量与实际设计不符的情况,输出成果的安全性较高。
但Allplan输出的成果种类及数量极多,如二维图纸、钢筋总量、预埋件总量、混凝土方量等,每类成果均需单独指定输出,形成的成果文件数量较多,设计人员其进行一一指定,效率低且容易漏项。究其原因为Allplan平台的输出模式较为封闭,二次开发或附加插件的功能较弱,用户无法基于自身需求优化输出模式,建议优化例如集成式菜单式成果输出模式,根据需求选择性一键输出所有成果,成果输出效率可提高80%以上。
4.2 成果类型
由于Allplan为欧洲引进的信息化设计软件,其默认成果输出类型均依据欧洲构件生产单位需求定制,与中国行业现状存在偏差,因此输出成果类型需进行优化。
1) 表单信息成果与生产单位的BOM表形式差距较大,导致输出的表单信息无法直接用于构件材料的估算和采购,表单需二次加工,建议开发与BOM表相一致的表单类型。
2) 构件详图当前Allplan输出的图纸分为.dwg和.pdf 2种格式。其中.dwg格式图纸效果不尽完善,与传统设计图纸存在较大差距,而.pdf格式图纸无法进行编辑和修改,建议优化.dwg格式图纸效果,以符合相关制图标准和要求
4.3 数据传递转化
Allplan数据可无缝对接自动化流水线,目前国内构件生产单位的数据接收主要依靠进口流水线和主控系统,而国产化生产设备的数据接收和转化仍存在障碍。一方面由于国内设备生产技术和数据主控系统开发不成熟,另一方面也因为Allplan软件数据与国产设备的合作度不高,相应的数据传递和转化无法顺畅连接。
在设计与生产衔接方面,存在Allplan平台与生产设备主控系统的版本匹配性问题。设计软件追求创新性,新功能开发升级速度极快,每年均有4~5次版本迭代,而生产设备则追求稳定性,平台更新的不稳定性易导致设备故障、产能下降等不必要的损失。因此,确保数据的兼容性和稳定性,是所有基于BIM技术数据传递和转化技术需要考虑的因素。
5 结语
Allplan是当前工业化建筑较为成熟且畅通的数据传递和转化平台,诸多国内外应用案例均体现出其在构件深化设计及生产加工中的优越性
根据对Allplan平台的数据传递和转化研究分析,发现仍存在较多数据成果的优化可能性,在Allplan平台的后续开发升级及其他同类BIM信息化平台的研发上,本文可以给予相关的建议和帮助。
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