裝配式建筑及其信息化技術(shù)應(yīng)用的思考

趙香仕

摘? ? 要：通過(guò)對(duì)裝配式建筑在設(shè)計(jì)、制作、施工過(guò)程中存在問(wèn)題的思考，提出了BIM和VR技術(shù)解決裝配過(guò)程中存在問(wèn)題的途徑，供同類工程借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑;建筑信息模型（BIM）;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）;三板;EPC

1? 引言

傳統(tǒng)的建筑工程施工，工人需要在噪音和粉塵等重污染環(huán)境下作業(yè)，工作效率不高，還存在著嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，我國(guó)人口紅利優(yōu)勢(shì)的不斷弱化和人們生活水平不斷提高，愈來(lái)愈多的人都不愿意從事建筑施工，從年齡結(jié)構(gòu)上看，40歲以下建筑工人已是很少。隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境治理要求提高，揚(yáng)塵治理迫在眉睫，各級(jí)政府都把大氣治理目光緊盯建筑工地。建筑施工不僅造成環(huán)境污染，還浪費(fèi)大量的資源和能源。在這樣的背景下，建筑業(yè)粗放型施工改革勢(shì)在必行。預(yù)制裝配式建筑具有綠色環(huán)保、高效節(jié)能、降低成本、提高使用性能等優(yōu)點(diǎn)，裝配式建筑便應(yīng)運(yùn)而生。

2? 裝配式建筑概述

裝配式建筑是由主體結(jié)構(gòu)、內(nèi)外隔墻、水電管線集成、廚衛(wèi)部品各系統(tǒng)全面裝配而成，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修理念，其特點(diǎn)就是裝配化作業(yè)和高度集成。歐美各國(guó)和日本均有較長(zhǎng)的發(fā)展史。比如德國(guó)框架結(jié)構(gòu)建筑主要采用預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式結(jié)構(gòu)體系，裝配率達(dá)到80%，腳手架用量減少50%，節(jié)能可達(dá)到70%。德國(guó)的裝配式住宅主要采取疊合板、混凝土、剪力墻結(jié)構(gòu)體系，剪力墻板、梁、柱、樓板、內(nèi)隔墻板、外掛板、陽(yáng)臺(tái)板等構(gòu)件均采用裝配式。

3? 裝配式建筑存在的主要問(wèn)題

我國(guó)裝配式建筑發(fā)展還處于起步階段，北京、上海、江蘇、遼寧等地均有試點(diǎn)裝配式建筑，積累了很多經(jīng)驗(yàn)。但是，裝配化進(jìn)展并不順利，尤其主體結(jié)構(gòu)豎向承重構(gòu)件裝配式建筑存在不少問(wèn)題。比如豎向承重構(gòu)件預(yù)制不夠精準(zhǔn)，吊裝施工難度大，節(jié)點(diǎn)鋼筋連接可靠性不足，諸多原因使主體結(jié)構(gòu)裝配式難以得到推廣。江蘇省作為國(guó)家建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化試點(diǎn)省份，加快了裝配式建筑步伐，在全省范圍內(nèi)實(shí)施“三板”裝配化，預(yù)制構(gòu)件使用率不得低于60%，同時(shí)提出裝修一體化?！叭濉奔词穷A(yù)制樓板（疊合板）、預(yù)制內(nèi)墻板、預(yù)制樓梯板。實(shí)際上，除了預(yù)制樓梯板以外，疊合板和預(yù)制內(nèi)墻板也都不是新概念，若干年前均有過(guò)推廣與使用，現(xiàn)階段重新推廣，技術(shù)上尚沒(méi)有明顯改善。

《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)的深度應(yīng)滿足建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備等各專業(yè)以及構(gòu)件制作、安裝、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的綜合要求。設(shè)計(jì)單位初次接觸裝配式，經(jīng)驗(yàn)缺乏，設(shè)計(jì)質(zhì)量難以保證。預(yù)制內(nèi)墻板安裝手段原始，上下端充填砂漿質(zhì)量難以保證。構(gòu)件制作企業(yè)只提供600寬板一種規(guī)格，墻體長(zhǎng)度不合模數(shù)時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)裁切，也有的設(shè)計(jì)用構(gòu)造柱替代。強(qiáng)弱電管線沒(méi)有整體解決方案，只能在板上開(kāi)槽埋設(shè);預(yù)制樓梯板均沒(méi)有預(yù)埋件，需要二次采取錨固措施，浪費(fèi)大量人工財(cái)力。目前設(shè)計(jì)與施工技術(shù)與裝配式建筑理念并不相符。

4? BIM及VR信息化技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）就是建筑信息模型，VR（Virtual Reality）即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。BIM技術(shù)通過(guò)三維建模，將建筑工程全壽命周期中產(chǎn)生的相關(guān)信息添加在該三維模型中，對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、裝修、管理過(guò)程進(jìn)行控制和管理，并根據(jù)項(xiàng)目在各階段的完成情況，不斷對(duì)已有數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，最終可建立完整的多維數(shù)據(jù)模型。BIM與VR結(jié)合可以完成了建筑信息模型的動(dòng)態(tài)可視化。

5? BIM及VR信息化技術(shù)應(yīng)用探索

（1）建筑與裝修一體化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行，設(shè)計(jì)機(jī)電管線預(yù)留、洞口預(yù)留、預(yù)埋件埋設(shè)應(yīng)有系統(tǒng)性方案。從設(shè)計(jì)源頭抓起，貫穿到構(gòu)件制作和施工過(guò)程，減少二次開(kāi)槽、開(kāi)洞等作業(yè)。

（2）裝配式建筑不僅要求構(gòu)件裝配化，同時(shí)還要求部品化，比如廚、衛(wèi)整體工廠制作，防水等質(zhì)量完全可以得到保證。陽(yáng)臺(tái)、外墻實(shí)現(xiàn)預(yù)制化，只關(guān)注拼縫滲漏，也可使外墻防水質(zhì)量得到較大改善。

（3）“一體板”的推廣使用。墻板與飾面一體化，樓梯間、走廊、外墻等部位墻體面磚或石材裝飾可以采用“一體板”解決方案，盡量減少濕作業(yè)。石材等飾面材料可在工廠加工，厚度可以控制在10mm以內(nèi)，在墻體或保溫材料上薄貼，既節(jié)省石材材料又保證可靠的黏貼質(zhì)量。飾面材料也可以是真石漆或涂料，工廠制作質(zhì)量會(huì)大大提高。目前樓面做法大量的濕作業(yè)，可以研究預(yù)制裝配，面層采用面磚薄貼方法，施工盡可能采用干法施工。

（4）裝配式建筑在“三板”階段，除了少量的管線預(yù)埋、洞口留設(shè)，基本上是獨(dú)立的構(gòu)件安裝，施工起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是對(duì)于預(yù)制裝配剪力墻、柱、梁、外墻時(shí)就復(fù)雜的多。在設(shè)計(jì)階段BIM可以將原來(lái)平面的設(shè)計(jì)方式，轉(zhuǎn)化為三維的信息模型，設(shè)計(jì)師可以直觀的看到各個(gè)構(gòu)件排布、構(gòu)件的連接、管線的排布以及節(jié)點(diǎn)等細(xì)部構(gòu)造。在這個(gè)階段更好的進(jìn)行建筑、裝飾、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)協(xié)調(diào)融合。各專業(yè)還可以從建筑標(biāo)準(zhǔn)化、系列化構(gòu)件族庫(kù)和部品件庫(kù)中選擇相互匹配的構(gòu)件和部品件等模塊來(lái)組建模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)，查出錯(cuò)漏碰缺，有效的提高標(biāo)準(zhǔn)化程度、設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作效率。對(duì)于大型公共建筑，建筑空間豐富、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)電系統(tǒng)排布縱橫交錯(cuò)等情況下，BIM在設(shè)計(jì)階段會(huì)有更大優(yōu)勢(shì)。

（5）通過(guò)BIM搭建信息化管理平臺(tái)，使設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、構(gòu)件制作企業(yè)、施工企業(yè)技術(shù)各階段設(shè)計(jì)溝通更加高效。BIM可以提供尺寸、材質(zhì)、做法、數(shù)量的信息，也可以演示構(gòu)件、部品拆分與組裝過(guò)程。構(gòu)件制作企業(yè)可以通過(guò)這些信息，直觀地分析構(gòu)件的設(shè)計(jì)情況和要求，探討構(gòu)件設(shè)計(jì)與制作的合理性，提出構(gòu)件模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化方面的建議，真正做到少規(guī)格、多組合?？梢詫IM設(shè)計(jì)信息直接導(dǎo)入工廠中央控制系統(tǒng)，并轉(zhuǎn)化成機(jī)械設(shè)備可讀取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。構(gòu)件制作企業(yè)信息化管理系統(tǒng)可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)排產(chǎn)、物料采購(gòu)、模具加工、生產(chǎn)控制、構(gòu)件質(zhì)量、庫(kù)存和運(yùn)輸?shù)刃畔⒒芾恚赃_(dá)到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工管理信息共享。構(gòu)件制作企業(yè)可以更精準(zhǔn)的進(jìn)行構(gòu)件制造，施工企業(yè)可以在圖紙會(huì)審中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，發(fā)現(xiàn)不利于施工情況，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和構(gòu)件制作企業(yè)提出解決方案。

（6）BIM 可以進(jìn)行施工過(guò)程模擬，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。施工企業(yè)制定施工組織方案時(shí)，將項(xiàng)目計(jì)劃的施工進(jìn)度、人員安排等信息輸入BIM 信息平臺(tái)，軟件可以根據(jù)這些錄入信息進(jìn)行施工模擬，同時(shí)，BIM技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)不同施工組織方案仿真模擬，施工單位可以依據(jù)模擬結(jié)果選取最優(yōu)施工組織方案。吊裝等施工過(guò)程也可以輸入模型，模擬吊裝過(guò)程，檢查塔吊位置和吊裝路線合理性。

（7）施工單位可將施工過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)信息實(shí)時(shí)輸入到BIM信息平臺(tái)，全面監(jiān)控工程現(xiàn)場(chǎng)情況。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，BIM技術(shù)可以作為施工進(jìn)度監(jiān)督表并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，可以通過(guò)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度與原計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)安排人員調(diào)配和各類物資運(yùn)輸堆放。通過(guò)BIM平臺(tái)，可以將施工構(gòu)件需求信息準(zhǔn)確快捷傳遞給構(gòu)件制作企業(yè)，根據(jù)需求有序供給構(gòu)件，避免現(xiàn)場(chǎng)過(guò)多堆放和供給斷流現(xiàn)象。

（8）EPC工程建造的信息化管理，可基于BIM的一體化信息管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配全過(guò)程的采購(gòu)、成本、進(jìn)度、合同、物料、質(zhì)量和安全的信息化管理，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目資源全過(guò)程的有效配置。

6? 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑發(fā)展尚處于發(fā)展階段，即使“三板”也有很多問(wèn)題有待探討解決。BIM與VR給裝配式建筑實(shí)施提供了有益的解決方案，有廣闊的前景。通過(guò)BIM搭建平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作、施工有機(jī)融合，隨著信息技術(shù)在裝配式建筑中不斷應(yīng)用，BIM優(yōu)勢(shì)會(huì)不斷體現(xiàn)。