關(guān)于裝配式建筑發(fā)展的幾點(diǎn)思考

丁 勇

(建研科技股份有限公司設(shè)計(jì)軟件事業(yè)部，北京100013)

60年代，世界大戰(zhàn)之后為解決“房慌”而興起于歐洲、日本的裝配式建筑，并沒有與建筑信息相結(jié)合。進(jìn)入80年代，隨著人口的增加以及對住房的改進(jìn)需求，裝配式建筑在我國也逐漸推廣開來，尤其是工業(yè)廠房、民用建筑的生產(chǎn)更是大量采用裝配式，1987年還批準(zhǔn)了《建筑數(shù)模協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和《廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》。近兩年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)BIM(建筑信息模型)的普及，BIM軟件對建筑信息數(shù)據(jù)的管理有了一個(gè)質(zhì)的飛越，信息化會(huì)推動(dòng)工業(yè)化發(fā)展，裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)有了統(tǒng)一制式，對BIM的發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用。

機(jī)械領(lǐng)域的進(jìn)步與研究自近代以來就是土木建筑的參考對象，這是一種領(lǐng)域與另一種領(lǐng)域各自發(fā)展后形成的關(guān)系，機(jī)械生產(chǎn)進(jìn)入平臺級的腳步是裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)所要跟隨的前瞻性目標(biāo)。機(jī)械配件的信息化在方案、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配、維護(hù)階段的應(yīng)用，更是裝配式建筑構(gòu)件未來所要達(dá)到的管理水平。機(jī)械領(lǐng)域軟件公司致力于為機(jī)械設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化整合提供整套的解決方案，也是BIM軟件追求的多專業(yè)協(xié)同的參考目標(biāo)。

本文主要目的是參照現(xiàn)階段機(jī)械領(lǐng)域的幾個(gè)信息化與工業(yè)化關(guān)鍵概念，思考建筑主要是裝配式建筑發(fā)展方向與解決的問題。

1 裝配式建筑的方案設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)的過程是復(fù)雜的，涉及到方方面面的問題，但建筑的作用一般只有一個(gè)，是做住宅、辦公、商場、還是劇院。此過程一般都是建筑外觀設(shè)計(jì)，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，考慮到建筑信息化，主要是建立項(xiàng)目的工程信息。最好還能給詳細(xì)設(shè)計(jì)軟件提供統(tǒng)一的設(shè)計(jì)模板，模板可以是一個(gè)配置文件，可以是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，里邊規(guī)定了本項(xiàng)目中應(yīng)用的一些構(gòu)件屬性的限制值。比如使用的入戶門寬不能小于多少，梁、柱的承載力不能小于多少等等。設(shè)計(jì)室負(fù)責(zé)人將從設(shè)計(jì)師的草圖中挑出相對較好的創(chuàng)意，通過各種繪圖軟件進(jìn)行精細(xì)效果圖的繪制，建筑項(xiàng)目的信息化從這里的開始。

2 裝配式建筑的詳細(xì)設(shè)計(jì)與并行化

設(shè)計(jì)精細(xì)的效果圖的目的是為了進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，數(shù)字模型工程師能夠使用BIM軟件使建筑模型由精細(xì)效果圖變?yōu)槿S建筑信息模型。這種模型包含各種基本的建筑構(gòu)件以及構(gòu)件的尺寸、材料、強(qiáng)度等等物理特性。在裝配式建筑的詳細(xì)設(shè)計(jì)的過程中，基本包括三個(gè)專業(yè):建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備。BIM軟件的發(fā)展使建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備進(jìn)行并行設(shè)計(jì)成為可能。

2.1 構(gòu)件的詳細(xì)設(shè)計(jì)、分析與制造流程

裝配式建筑的模型的建立是一個(gè)建筑信息模型，應(yīng)包括裝配體、子裝配體和單個(gè)設(shè)備等相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，都會(huì)與三維模型的數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起，包含在一個(gè)統(tǒng)一的建筑信息模型中，同時(shí)連裝配體如何裝配，裝配的順序都會(huì)有所說明。在裝配式建筑的設(shè)計(jì)過程中，有包括建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)工藝、構(gòu)件裝配工藝、后期的構(gòu)件維護(hù)工藝人員參與其中。經(jīng)過BIM軟件系統(tǒng)仿真后獲得結(jié)果，知道滿足需要為止。流程如圖1所示:

圖1 裝配式建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)過程

模型中使用的構(gòu)件(也就是裝配體)分為兩部分:

(1)軟件中已有的構(gòu)件，軟件中使用的構(gòu)件一部分是軟件中已經(jīng)保存的構(gòu)件，這部分構(gòu)件的物理特性在各種工況下已經(jīng)得到驗(yàn)證，或者已經(jīng)應(yīng)用到即有的實(shí)際工程中;

(2)模型中要添加的新產(chǎn)生的構(gòu)件信息會(huì)在軟件中保存(并可導(dǎo)出到其他BIM軟件)，進(jìn)入到其他的BIM軟件進(jìn)行整體與單體分析，流程如上圖所示，得到滿意結(jié)果后，新產(chǎn)生的構(gòu)件變成已有構(gòu)件。

整體建筑模型完成后，所有的構(gòu)件信息，包括統(tǒng)計(jì)量都會(huì)發(fā)布到制造端。針對每一個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生一個(gè)二維碼，記錄構(gòu)件本身的全部建筑信息，包括樓層、尺寸、材料等等建筑信息，等制造端完成構(gòu)件后，構(gòu)件貼上二維碼，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場組裝。

2.2 設(shè)計(jì)領(lǐng)域的改變——并行化

并行工程已經(jīng)在制造業(yè)十分成熟了，但在建筑行業(yè)，并行工程的提法還很少見，并行技術(shù)是綠色建筑與市場競爭的必然選擇，建筑設(shè)計(jì)的并行化是面對建筑領(lǐng)域的綠色倡導(dǎo)，同時(shí)降低成本，縮短時(shí)間的唯一捷徑。

實(shí)現(xiàn)并行工程，需要建立一個(gè)并行工程集成管理環(huán)境(如圖2所示)。其中關(guān)鍵方面包括以下幾點(diǎn):

(1)建筑軟件(包括建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè))的信息化。BIM軟件的大力發(fā)展，為并行工程提供統(tǒng)一的協(xié)同平臺與數(shù)據(jù)管理平臺，便于各個(gè)專業(yè)充分在數(shù)據(jù)層面表達(dá)自己的設(shè)計(jì)。

圖2 建筑并行工程設(shè)計(jì)環(huán)境示意圖

(2)建筑的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程改變。詳細(xì)設(shè)計(jì)過程變成一個(gè)類似敏捷開發(fā)的過程，逐次修正迭代。一個(gè)項(xiàng)目在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段由眾多專業(yè)的工程師參加，每個(gè)專業(yè)都會(huì)對模型做出本專業(yè)的修正，但每次修正表現(xiàn)在整體的模型上不一定總是積極的，出現(xiàn)消極沖突的時(shí)候，就需要相關(guān)專業(yè)的人員對修正進(jìn)行討論迭代，趨向于共同解決消極修正，以此避免建設(shè)過程中的設(shè)計(jì)沖突返工。

(3)分布式管理、統(tǒng)一協(xié)調(diào)、持續(xù)的跟蹤，也就是人的作用。隨著并行工程的進(jìn)行，工程內(nèi)部系統(tǒng)復(fù)雜程度進(jìn)一步加劇，問題也多樣化，分布式管理便于信息收集、統(tǒng)一協(xié)調(diào)，并與信息整理，持續(xù)跟蹤便于問題的解決。

隨著BIM(建筑信息模型)技術(shù)的大力推廣，相信并行工程一定會(huì)得到重用。

3 裝配式建筑的全壽命周期中的BIM與射頻技術(shù)

裝配式建筑的統(tǒng)一制式，有利于BIM軟件的管理，同時(shí)裝配式建筑的大空間的移動(dòng)離不開BIM(建筑信息模型)技術(shù)和射頻技術(shù)的大力支持，射頻技術(shù)是BIM數(shù)據(jù)從虛擬三維計(jì)算機(jī)空間輸出到現(xiàn)實(shí)的捷徑，兩者都是裝配式建筑轉(zhuǎn)向綠色全壽命周期建筑的關(guān)鍵技術(shù)(如圖3所示)。

圖3 裝配式建筑、BIM、射頻技術(shù)示意圖

3.1 BIM 技術(shù)

BIM技術(shù)是建筑工程全壽命周期的核心管理技術(shù)，避免在虛擬的三維空間中產(chǎn)生階段性的信息孤島。建筑設(shè)計(jì)多專業(yè)協(xié)同與建筑全壽命周期的數(shù)據(jù)管理是BIM技術(shù)的優(yōu)勢，裝配式建筑需要的管理系統(tǒng)正式這樣管理系統(tǒng)。BIM以裝配式建筑全壽命周期的數(shù)據(jù)為核心，對裝配體、子裝配體和單個(gè)設(shè)備等相關(guān)的所有數(shù)據(jù)繼續(xù)管理，同時(shí)提供通用有限元分析軟件的接口，便于導(dǎo)入數(shù)據(jù)到分析軟件進(jìn)行建模計(jì)算，也可以實(shí)現(xiàn)一些耦合軟件，在整體與構(gòu)件之間做分析。

3.2 射頻技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

射頻技術(shù)能隨時(shí)隨地的記錄構(gòu)件的幾何、物理信息。因裝配式建筑是在工廠內(nèi)生產(chǎn)，項(xiàng)目地組裝，會(huì)涉及到構(gòu)件的生產(chǎn)、倉儲、物流、安裝與驗(yàn)收，各個(gè)環(huán)節(jié)都需要能隨時(shí)識別出構(gòu)件的身份，避免產(chǎn)生階段性的信息孤島，減少人工信息錄入出錯(cuò)的可能性，有利于BIM模型信息及時(shí)更新。同時(shí)射頻技術(shù)有利于工程材料的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理，極大方便構(gòu)件的動(dòng)態(tài)運(yùn)輸。

3.3 維護(hù)的技術(shù)難點(diǎn)

在裝配式建筑的全壽命周期中，建筑的維護(hù)、加固是不可忽視的問題，輕型裝配式物流中心倉庫有過替換的實(shí)際工程，但是又太多裝配式建筑還沒有發(fā)揮出這一優(yōu)勢。如何找到那個(gè)合理的“千斤頂”是裝配式建筑能夠像機(jī)械一樣做替換的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

本文主要研究了裝配式建筑在發(fā)展方向以及在設(shè)計(jì)、維護(hù)與全壽命周期的過程中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。參照機(jī)械領(lǐng)域現(xiàn)有的一些技術(shù)，提出了對裝配式建筑發(fā)展的幾點(diǎn)看法，尤其是并行工程。并行工程用到建筑領(lǐng)域以前幾乎是微乎其微的，可能是建筑行業(yè)的先天優(yōu)勢決定的，建筑行業(yè)從最開始的搭建木棚就是串行，并沒有什么不妥。隨著計(jì)算機(jī)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，BIM軟件與射頻技術(shù)的發(fā)展，并行工程未來會(huì)使裝配式建筑得到極大的發(fā)展，希望裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)盡快到來，組合建筑、制造建筑已經(jīng)不再是遙不可及的目標(biāo)。

[1]姜立，張志遠(yuǎn)，張雷，楊志勇.BIM技術(shù)在PKPM建筑工程軟件系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2012，4(2):78-87.

[2]丁勇，姜立，王琳，葉敏青.關(guān)于BIM建筑軟件的若干思考.見高承勇等，編.信息化推動(dòng)工程建設(shè)工業(yè)化——第四屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集，上海，2013:167-171.

[3]周文波，蔣劍，熊成.BIM技術(shù)在與之裝配式住宅中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù)，2012，377(41):72-74.

[4]陳志偉，易紅.基于并行工程的綠色設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)[J].華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，17(4):30-33.

[5]張興.并行工程在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30(15):40-47.

[6]潘雪增.并行工程原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1997.1-13.

[7]韓曉建，鄧家褆等.機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程建模[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，(18):66-72.

[8]李天華，袁永博，張明媛.裝配式建筑全壽命周期管理中BIM與RFID的應(yīng)用[J].工程管理學(xué)報(bào)，2012，26(3):28-30.