我國地下裝配式建筑智慧建造發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望

羅立娜，林燦城，黃旭煒，李榮智

（廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程學(xué)院）

1 引言

當(dāng)今中國的建筑業(yè)正面臨著一場(chǎng)深刻的變革，裝配化、信息化、綠色化、智能化建設(shè)的工業(yè)化建造技術(shù)和工程模式正在一步步改變著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律。目前，最主要的問題就是建筑業(yè)大而不強(qiáng)、污染嚴(yán)重、組織方式落后以及勞動(dòng)力短缺等，只有積極推進(jìn)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，實(shí)現(xiàn)建筑智能化建設(shè)，才能最大程度解決傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來的各種問題，而建筑行業(yè)要實(shí)現(xiàn)智慧建設(shè)，僅僅具備工業(yè)化的發(fā)展基礎(chǔ)是不夠的，還要和5G技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈以及AI等各種新型數(shù)字技術(shù)相結(jié)合才能達(dá)到最終目的。

2 地下裝配式建筑

2.1 地下裝配式建筑的概念

裝配式建筑指先在工廠的生產(chǎn)流水線中將某一建筑物的一部分或全部預(yù)制完成，然后再通過交通工具運(yùn)輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場(chǎng)，最后使構(gòu)件經(jīng)過可靠的連接來組裝而成的建筑方式，而在地下工程使用預(yù)制構(gòu)件的建造方式就稱為地下裝配式建筑，地鐵盾構(gòu)隧道就是一種典型的地下裝配式隧道，它符合裝配式建筑的設(shè)計(jì)理念。

2.2 地下裝配式建筑的特點(diǎn)

地下裝配式建筑有以下兩個(gè)主要特點(diǎn)：

①改變了地下工程的管理模式，建筑業(yè)的管理手段轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒⒁惑w化平臺(tái)管理模式，由過去的粗放化管理轉(zhuǎn)變?yōu)榧s化管理，管理效率得到了明顯的提升。

②由于地下裝配式建筑的各部品部件均由預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠加工制造，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，減少了現(xiàn)澆鋼筋混凝土養(yǎng)護(hù)及技術(shù)間歇時(shí)間，同時(shí)裝配式建筑的施工模式不受季節(jié)影響，全年均可正常施工，大大提升了現(xiàn)場(chǎng)施工效率[1]。

2.3 裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)

裝配式建筑的迅速發(fā)展不僅僅促進(jìn)了建筑產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和新材料、新技術(shù)的充分運(yùn)用，更對(duì)未來建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大且深刻的影響。相比較于傳統(tǒng)式建筑，裝配式建筑有著許多優(yōu)點(diǎn)和好處，例如，裝配式建筑既可以滿足國家低碳、四節(jié)一環(huán)保的政策，也可以滿足人們對(duì)生活的日益增長的需求，并且保證了構(gòu)件的安全質(zhì)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境效益[2]。

裝配式建筑主要采用的是建材生產(chǎn)及加工完成后的主體安裝，而這種主體安裝的方式最重要的環(huán)節(jié)就是安裝，需要依靠機(jī)械完成現(xiàn)場(chǎng)施工，能夠明顯地提高建筑工程的施工效率，減少工程所帶來的生產(chǎn)成本，有效減輕工人施工的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且現(xiàn)場(chǎng)施工過程中可以忽略季節(jié)和溫度等外界環(huán)境因素變化所帶來的影響，同時(shí)可更加有效合理地安排整個(gè)施工過程，提高工人的勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

2.4 裝配式建筑的綠色理念

裝配式建筑通過精確預(yù)制設(shè)計(jì)、批量工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)集成施工的三合一建設(shè)體系，達(dá)到未來建筑四節(jié)一環(huán)保的綠色理念，以此開辟了建筑行業(yè)發(fā)展的新道路［3］。裝配式綠色建筑雖然有著巨大的發(fā)展空間和廣闊的發(fā)展前景，但目前人們普遍缺乏對(duì)綠色建筑的認(rèn)知，所以現(xiàn)階段應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)行業(yè)人員的培訓(xùn)，加大綠色建筑的宣傳力度，提升公眾對(duì)綠色建筑的認(rèn)同感，擴(kuò)大綠色建筑在行業(yè)里的市場(chǎng)規(guī)模，增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 現(xiàn)狀與問題

3.1 地下裝配式建筑智慧建造

5G技術(shù)與工業(yè)的深度融合為工業(yè)體系革命帶來巨大潛力，產(chǎn)業(yè)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化也因此有了新的途徑，未來裝配式的智能建筑發(fā)展方向就是集成化、精細(xì)化、智能化和最優(yōu)化[4]。地下裝配式的智能化建設(shè)主要從預(yù)制件設(shè)計(jì)規(guī)范、制作流程簡(jiǎn)單化、構(gòu)件間連接節(jié)點(diǎn)施工簡(jiǎn)單化、構(gòu)件組合多樣化、減少模具種類、運(yùn)輸方便、現(xiàn)場(chǎng)安裝快捷等方面展開。

3.2 地下裝配式建筑造價(jià)成本

地下裝配式建筑在我國屬于新興行業(yè)，其中面臨最大的一個(gè)問題是預(yù)制構(gòu)件的造價(jià)成本較高，因?yàn)槟壳拔覈膱D紙?jiān)O(shè)計(jì)和裝配式施工工藝的結(jié)合度還不夠，導(dǎo)致生產(chǎn)和施工時(shí)的費(fèi)用增多，而且工廠生產(chǎn)的地下裝配式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土隧道管片中鋼筋含量相對(duì)較多，因此加大了生產(chǎn)的成本。

3.3 地下裝配式建筑工序管理

相較傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑，地下裝配式建筑結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的澆筑過程，所以它更具有靈活性和可塑性，且為了更好地適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)的施工，需要在施工開始前先對(duì)建筑物各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分、歸類并布置，并對(duì)地下裝配式建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。在裝配前還需對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和驗(yàn)收，并需要由專業(yè)的技術(shù)人員來負(fù)責(zé)指揮整個(gè)吊運(yùn)和裝配過程，以確保有效地落實(shí)地下裝配式建筑結(jié)構(gòu)。

3.4 地下裝配式建筑裝備技術(shù)水平

想要更好的發(fā)展地下裝配式建筑體系，可以通過建立技術(shù)平臺(tái)系統(tǒng)，研發(fā)有利于裝配式建筑技術(shù)發(fā)展的體系和裝備，研制更好的運(yùn)輸車輛，使大型預(yù)制構(gòu)件達(dá)到安全、便捷、高效運(yùn)輸?shù)哪康?，另外，吊裝機(jī)具、調(diào)整設(shè)備、測(cè)控方式、安全防護(hù)設(shè)施等與施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度有關(guān)的工藝設(shè)備，也需要進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

4 對(duì)策與建議

4.1 發(fā)展數(shù)字設(shè)計(jì)

在實(shí)際建設(shè)和運(yùn)行過程中，為了保證智能化技術(shù)的整體發(fā)展，需要在實(shí)際的地下建設(shè)施工中完成各種綜合建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備及部品部件的整體裝飾與安排，更好地完成數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)操作，積極應(yīng)用建筑信息模型技術(shù)。在施工階段來進(jìn)行現(xiàn)澆的裝配式預(yù)制模型的整合，等待現(xiàn)澆的節(jié)點(diǎn)深化以后，再利用BIM的可視化應(yīng)用技術(shù)，通過模擬施工現(xiàn)場(chǎng)來進(jìn)行組裝，這樣操作可以在很大程度上避免預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)發(fā)生位置上的重合。

4.2 應(yīng)用智慧地下工程

為了更好的提升項(xiàng)目的建設(shè)效果，需要開發(fā)智能穿戴、智能監(jiān)控等移動(dòng)終端軟件來實(shí)現(xiàn)一體化創(chuàng)新，相關(guān)軟件可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵、噪聲、人員等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，從而完成具體的控制，優(yōu)化管理目標(biāo)，提高整體施工效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。以智能攝像及感應(yīng)裝置為基礎(chǔ)，自動(dòng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工人員戴上安全帽、安全帶等安全工具，及時(shí)捕捉各類異常行為。與人工智能技術(shù)相結(jié)合，對(duì)地下機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行控制，監(jiān)督發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的各種不安全行為。

4.3 降低裝配式建筑成本

研究表明，綠色裝配式建筑成本較高的是因?yàn)镻C機(jī)制造成本高[5]，所以，PC的組成構(gòu)件成本控制是最為關(guān)鍵的地方。對(duì)于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要制定較為合理的生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮和科學(xué)安排各個(gè)生產(chǎn)周期的變化，做到資源全面均衡以及減少預(yù)制廠占用的時(shí)間。在運(yùn)輸環(huán)節(jié)上，則需要合理安排預(yù)制組成構(gòu)件的生產(chǎn)基地，細(xì)心選擇各個(gè)部件的供應(yīng)商，使預(yù)制組成構(gòu)件的運(yùn)輸成本得到降低。

4.4 發(fā)展地下裝配式綠色建筑

當(dāng)前首要任務(wù)是提升人們對(duì)地下裝配式綠色建筑的普遍認(rèn)同感，再根據(jù)各個(gè)地區(qū)不同的發(fā)展情況因地制宜，與地下裝配式綠色建筑的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，制定今后短期和長遠(yuǎn)的發(fā)展策略，健全完善地下裝配式綠色建筑有關(guān)產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)管理制度，設(shè)立綠色建筑評(píng)估指標(biāo)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)志，嚴(yán)格遵守各個(gè)方面的規(guī)定。

5 未來展望

5.1 加強(qiáng)質(zhì)量管理問題

強(qiáng)化品質(zhì)管理、大力發(fā)展裝配式建筑，首先要解決：現(xiàn)有科技水平低、缺乏安裝的技術(shù)工人、構(gòu)件未標(biāo)準(zhǔn)化、懸掛與外滲等問題。其次在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝過程中應(yīng)采取一定的技術(shù)措施及手段，使其達(dá)到加強(qiáng)構(gòu)配件生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝過程中的質(zhì)量管理問題，增強(qiáng)裝配式建筑與超低能耗被動(dòng)式建筑的結(jié)合，強(qiáng)化裝配式建筑與設(shè)計(jì)施工總承包模式的結(jié)合。

5.2 提高信息化應(yīng)用水平

建設(shè)產(chǎn)業(yè)化和建筑信息化之間的關(guān)系不僅僅是互補(bǔ)，還能互相促進(jìn)。BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享，有利于安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本的協(xié)調(diào)管理，并且持續(xù)改善和創(chuàng)新3D打印技術(shù)，降低其生產(chǎn)的成本，提高資源的利用率，縮短施工的工期，還可以極大地提高裝配式行業(yè)的總體效益。

5.3 深化綠色市場(chǎng)配套改革

目前，我國的裝配式地下綠色建筑還尚處于起步階段，從政策制定、政府指導(dǎo)、市場(chǎng)推動(dòng)到工程實(shí)踐，都是一個(gè)長期的過程[6]，但與此同時(shí)，裝配式地下綠色化建筑也有其固有的特點(diǎn)，其管理模式具有一定的特殊性，所以應(yīng)優(yōu)先采取總承包的模式。對(duì)此，應(yīng)積極深入推進(jìn)建筑市場(chǎng)的改革，完善招投標(biāo)制度，以及加強(qiáng)改進(jìn)、細(xì)化評(píng)標(biāo)的細(xì)則和方法。

5.4 打通全產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建大型企業(yè)集團(tuán)

目前，地下裝配式建筑工業(yè)化項(xiàng)目規(guī)劃、可行性研究、勘察設(shè)計(jì)、施工生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、施工安裝等技術(shù)都由各企業(yè)主體獨(dú)自完成，所以企業(yè)之間的專業(yè)溝通有限，管理協(xié)調(diào)難度較大，既無法做到整體利益最大化，也不能實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的“做大做強(qiáng)”，因此我們要在技術(shù)、管理等方面，從根本上突破裝配式全產(chǎn)業(yè)鏈，扶持和壯大一批大型企業(yè)集團(tuán)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、可研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、安裝以及管理一體化?？傊?，系統(tǒng)性的研究地下裝配式建筑的發(fā)展過程、現(xiàn)狀及存在的問題，有助于地下裝配式建筑相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。