裝配式建筑助力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

文｜本刊記者 陳昕

2020年7月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等13 部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》），明確提出了推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)思想、基本原則、發(fā)展目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施?！吨笇?dǎo)意見》明確七項重點(diǎn)任務(wù)，具體包括加快建筑工業(yè)化升級、加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、提升信息化水平、培育產(chǎn)業(yè)體系、積極推行綠色建造、開放拓展應(yīng)用場景、創(chuàng)新行業(yè)監(jiān)管與服務(wù)模式。

2020年12月，全國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作會議提出，2021年要加快發(fā)展“中國建造”，推動建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。加快推動智能建造與新型建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展，建設(shè)建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。完善裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)體系，大力推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑。

隨著現(xiàn)代化建筑業(yè)的不斷發(fā)展，對建筑物本身的施工周期、經(jīng)濟(jì)效益、綠色環(huán)保提出了更加嚴(yán)格的要求，建設(shè)企業(yè)、施工企業(yè)不得不通過謀求新型的施工材料、精密化的加工儀器、先進(jìn)的施工機(jī)械、創(chuàng)新型的施工工藝來最大限度地滿足現(xiàn)場施工要求。裝配式建筑因其高效率、規(guī)范化、環(huán)保等特點(diǎn)漸漸進(jìn)入了人們的視野。

“十四五”時期“積極推廣裝配式建筑和綠色建筑”成普遍共識，裝配式建筑和綠色建筑是建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要抓手。推進(jìn)以裝配式建筑為代表的新型建筑工業(yè)化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型建筑工業(yè)化道路，是解決我國建筑業(yè)長期以來大而不強(qiáng)、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同水平不高、產(chǎn)業(yè)組織碎片化、建造方式粗放落后等突出問題的必然選擇。

綠色拼裝 引領(lǐng)行業(yè)革新

要實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的前提條件就是構(gòu)配件的預(yù)制化。裝配式建筑中構(gòu)配件的預(yù)制化可細(xì)分為以預(yù)制樓板、預(yù)制條板墻等土建結(jié)構(gòu)板塊的預(yù)制和機(jī)電管線及模塊化的預(yù)制。預(yù)拼裝是作為檢查設(shè)計的合理性、驗證工藝的可靠性、檢核加工構(gòu)件的精確性，保證施工質(zhì)量的一種有效措施。傳統(tǒng)預(yù)拼裝采取已加工完成后構(gòu)件，在既選定場地進(jìn)行預(yù)拼裝，其拼裝過程需要耗費(fèi)大量的人力物力，時間成本、經(jīng)濟(jì)成本較低，且存在安全風(fēng)險。虛擬預(yù)拼裝技術(shù)是基于Revit軟件建立高精度的BIM 構(gòu)件模型，包括圖紙信息、物理數(shù)據(jù)、鋼筋信息、預(yù)埋件信息、預(yù)留孔洞信息等參數(shù)信息，借助NavisWorks 等軟件將各個構(gòu)件的安裝工藝進(jìn)行虛擬預(yù)拼裝。與傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝相比，基于BIM 技術(shù)的虛擬預(yù)拼裝可以極大的節(jié)約時間及經(jīng)濟(jì)成本，避免安全隱患，達(dá)到相同的應(yīng)用效果。

虛擬預(yù)拼裝技術(shù)應(yīng)用可針對工程具體精度要求及特點(diǎn)分為兩種形式，區(qū)別在于以設(shè)計圖紙為精確建?；A(chǔ)或以實(shí)際生產(chǎn)構(gòu)件為精確建?；A(chǔ)，前者適用于一般精度要求的工程，例如整體式裝配剪力墻工程，或一般鋼結(jié)構(gòu)工程，而對于大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)等有較高精度要求的工程可先采用以設(shè)計圖紙為精確建?；A(chǔ)，再采用以實(shí)際生產(chǎn)構(gòu)件為建?；A(chǔ)。前者與后者相比優(yōu)勢在于較大的節(jié)省時間成本，而后者較好的考慮了生產(chǎn)加工誤差對于施工效果的影響。具體應(yīng)用則需要以合理工藝為指導(dǎo)，與設(shè)計圖紙位置相匹配，進(jìn)行模擬預(yù)拼裝，當(dāng)所有構(gòu)件預(yù)拼裝完成后，檢驗整個過程及結(jié)果是否滿足拼裝要求。在整個預(yù)拼裝實(shí)施過程中，應(yīng)將施工誤差及構(gòu)件加工誤差考慮在內(nèi)，原則上以現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范要求為底限，實(shí)際生產(chǎn)、施工水平為依托。

施工模擬 提高建筑質(zhì)量

目前我國裝配式建筑仍處于推廣階段，許多施工企業(yè)對裝配式混凝土建筑的施工技術(shù)和管理缺乏經(jīng)驗，而裝配式建筑施工技術(shù)環(huán)環(huán)相扣、牽一發(fā)而動全身，如果對技術(shù)理解不到位，可能對工程質(zhì)量和效率造成很大影響。在這種情況下，技術(shù)交底就成為了承上啟下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，詳盡準(zhǔn)確的技術(shù)交底有利于工程的順利開展，促進(jìn)“減費(fèi)增效”。

實(shí)際上，除圖紙解說外，裝配式建筑施工方案交底通常包括安裝流程、套筒灌漿工藝等不便于用語言描述的內(nèi)容。為充分理解裝配式建筑施工所涉及到的新型、復(fù)雜工藝，通常需要作業(yè)人員擁有良好的空間想象能力和較為豐富的施工經(jīng)驗，但由于施工作業(yè)人員文化水平參差不齊，技術(shù)交底需要同時對工程技術(shù)人員、一線工人、非專業(yè)工作人員進(jìn)行，僅僅依靠傳統(tǒng)的圖紙表達(dá)搭配口頭闡述的方式無法達(dá)到預(yù)期效果，不利于工程的開展。

為解決上述問題，采用信息化技術(shù)對施工方案進(jìn)行模似，對于采用新技術(shù)和工序復(fù)雜的部位，運(yùn)用三維軟件進(jìn)行工序與工藝的模擬，以可視化形式對施工過程中的難點(diǎn)和要點(diǎn)進(jìn)行說明，這對施工管理人員和勞務(wù)班組理解方案具有極大的幫助作用?？梢允共僮魅藛T更為直觀地了解整個施工工序的安排，清晰把握施工過程，為合理組織施工和提高建筑質(zhì)量創(chuàng)造前提。

AR 技術(shù)（Augmented Reality 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）。AR 技術(shù)不僅能夠展現(xiàn)真實(shí)世界的信息，還能將虛擬信息同時顯示出來，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。在視覺化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，利用顯示器把真實(shí)世界與圖形多重合成在一起，便可以看到真實(shí)的世界圍繞著它。在現(xiàn)場中將虛擬圖像投射在現(xiàn)實(shí)物體上，實(shí)現(xiàn)對各個部件和分項的檢查驗收，同時通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)交底可以更真實(shí)的反映出施工工序的全過程。

（a）凈高分析

（b）項目方案討論

（c）三維可視化交底

VR 技術(shù)（Virtual Reality 虛擬現(xiàn)實(shí)）。VR技術(shù)是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中去。利用VR 技術(shù)結(jié)合BIM 模型，使體驗者在虛擬施工現(xiàn)場中任意漫游，便于發(fā)現(xiàn)模型中存在的隱形缺陷，減少由于事先規(guī)劃不周造成的損失，從而提高施工質(zhì)量。與傳統(tǒng)展示方式相比，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中可以自由行走，并與模型對象進(jìn)行交互，使體驗者獲得身臨其境的真實(shí)感受，增強(qiáng)體驗效果，降低傳統(tǒng)的實(shí)體施工樣板方面的投入。

結(jié)合BIM+VR 技術(shù)，設(shè)計成果移交給施工階段后將不再是傳統(tǒng)的圖紙加文檔數(shù)據(jù)，而是虛擬建造出來的項目模型，真實(shí)地還原了設(shè)計意圖，施工人員對設(shè)計中重難點(diǎn)結(jié)構(gòu)段也可以清晰的獲取設(shè)計意圖，并且快速分析出更加利于施工的施工方案，提高設(shè)計工作的效率。在施工過程中，不同專業(yè)不同結(jié)構(gòu)段的技術(shù)人員在傳統(tǒng)施工中往往會存在施工先后順序、施工配合協(xié)作、施工經(jīng)驗不足等種種問題，給項目的安全質(zhì)量帶來嚴(yán)重的影響。通過在BIM 模型轉(zhuǎn)換的虛擬場景進(jìn)行漫游、查看、測量等操作可以提前與施工各方進(jìn)行溝通，做好施工方案，為施工的安全進(jìn)行提前做好準(zhǔn)備。

MR（Mixed Reality 混合現(xiàn)實(shí)）。以BIM 數(shù)據(jù)為核心，將建筑信息模型、協(xié)同管理與混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，建筑模型可以錨定和重新錨定在物理環(huán)境中。借助MR 技術(shù)，設(shè)計師、工程師及施工人員，可以在項目中任何有利于觀察的位置檢查模型。借助BIM 和MR 技術(shù)進(jìn)行建筑綜合管線排布，可以在項目實(shí)體中檢驗其排布合理性，并以此對施工班組進(jìn)行技術(shù)交底，減少返工，有效提高工程質(zhì)量，消除施工難點(diǎn)。

智能建造 推動行業(yè)轉(zhuǎn)型升級

以北京市北汽順通路保障房項目為例，該項目由中建一局建設(shè)發(fā)展有限公司（以下簡稱“中建一局發(fā)展公司”）承建，為國家重點(diǎn)研發(fā)計劃綠色建筑和建筑工業(yè)化重點(diǎn)專項科技示范工程，地上建筑面積約9.2 萬m2，共包含7 棟裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅及若干配套設(shè)施，各住宅單體預(yù)制率達(dá)到40%以上，裝配率達(dá)到60%以上。

該工程主要預(yù)制構(gòu)件類型包括預(yù)制夾心外墻、預(yù)制內(nèi)墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯、預(yù)制外墻角模等，預(yù)制構(gòu)件總計540種22464 件。由于各類構(gòu)件總數(shù)較大，各專業(yè)條件較復(fù)雜，應(yīng)用傳統(tǒng)二維設(shè)計模式不能很好地適應(yīng)深化設(shè)計的龐雜工作，也無法直觀的判斷碰撞、沖突情況。各類預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)較為復(fù)雜，二維技術(shù)交底考驗作業(yè)人員的想象力和工程經(jīng)驗，不利于工程的開展。同時，工廠及施工現(xiàn)場堆放構(gòu)件量大，人工很難合理的規(guī)劃生產(chǎn)進(jìn)度與運(yùn)輸、堆放進(jìn)度，一旦出現(xiàn)問題也很難進(jìn)行責(zé)任追溯。

該項目建設(shè)過程中主要應(yīng)用了Autodesk Revit、Autodesk Revit Live、Autodesk Navisworks、裝配式混凝土建筑施工管理平臺等系統(tǒng)。

Autodesk Revit 系統(tǒng)。系統(tǒng)可以幫助設(shè)計師構(gòu)建詳盡的建筑信息模型，并幫助設(shè)計師設(shè)計、建造和維護(hù)質(zhì)量更好、能效更高的建筑。中建一局發(fā)展公司自2014年開始依托該系統(tǒng)進(jìn)行裝配式建筑深化設(shè)計的研究，并形成了自主研發(fā)的三維參數(shù)化構(gòu)件、鋼筋、預(yù)埋件族庫，建立了基于BIM 進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計的工作方法。在裝配式混凝土建筑施工領(lǐng)域，該系統(tǒng)可用于預(yù)制構(gòu)件的精細(xì)深化設(shè)計、構(gòu)件碰撞檢查、三維展示等。

Autodesk Revit Live 系統(tǒng)。該系統(tǒng)是美國Autodesk 公司一款軟件，中建一局發(fā)展公司自2014年開始將該系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程同步VR 展示等。

Autodesk Navisworks 系統(tǒng)。該軟件能夠精確地再現(xiàn)設(shè)計意圖，準(zhǔn)確模擬四維施工進(jìn)度，超前實(shí)現(xiàn)施工項目的可視化。中建一局發(fā)展公司自2014年開始將該系統(tǒng)應(yīng)用于裝配式混凝土建筑施工領(lǐng)域，可用于預(yù)制構(gòu)件校核、模擬施工、三維展示等。

裝配式混凝土建筑施工管理平臺。該平臺為中建一局發(fā)展公司自行開發(fā)，自2017年起在公司各裝配式項目推廣應(yīng)用。裝配式混凝土建筑施工管理平臺能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行整合，提取有用信息，并使各部門能夠順暢地進(jìn)行信息交流，方便不同企業(yè)對工業(yè)化項目設(shè)計、深化、施工全過程的進(jìn)度、質(zhì)量、安全和人員配置等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和精準(zhǔn)管理，實(shí)現(xiàn)不同企業(yè)不同過程、不同階段的協(xié)同工作。同時，通過管理平臺大數(shù)據(jù)的整合分析，實(shí)現(xiàn)對施工質(zhì)量、安全等各項工作的持續(xù)改進(jìn)。

應(yīng)用范圍

本項目施工全過程采用了信息化技術(shù)。在裝配式建筑深化設(shè)計階段：

深化設(shè)計。利用Revit 平臺高效、高質(zhì)的完成預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計，在三維空間精確完成構(gòu)件內(nèi)的鋼筋與埋件的布置和避讓。

預(yù)拼裝和碰撞檢查。將在Revit 軟件中制作的預(yù)制構(gòu)件模型導(dǎo)入到Navisworks 中拼裝進(jìn)行碰撞檢查并生成報告，兩種軟件間可以一鍵互導(dǎo)，因此可以在發(fā)現(xiàn)問題后及時修改并進(jìn)行復(fù)查。

構(gòu)件糾錯。在Navisworks 中對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行校核，檢查構(gòu)件是否存在設(shè)計錯漏或缺陷。

裝配式建筑施工階段：

可視化交底。利用Navisworsks 生成施工模擬動畫對裝配式建筑工程進(jìn)行全方位展現(xiàn)，對施工細(xì)節(jié)進(jìn)行可視化的交底和方案論證，發(fā)現(xiàn)施工中存在或可能出現(xiàn)的問題。

可視化輔助施工。利用Revit Live 軟件進(jìn)行沉浸式VR 展示，模擬裝配式建筑關(guān)鍵施工工藝和整體流程，精準(zhǔn)展示各類型預(yù)制構(gòu)件安裝部位和安裝方式，更高效的幫助施工人員領(lǐng)會設(shè)計意圖。

同步交互。利用Revit Live 軟件展示功能和Revit 軟件設(shè)計功能進(jìn)行交互，項目部實(shí)時發(fā)現(xiàn)問題后通過Revit Live 反饋至總部Revit 中心模型中，總部技術(shù)人員提出解決方案后及時對Revit 模型進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，項目部人員再次開啟Revit Live 即可查看更新后的模型。

進(jìn)度和質(zhì)量管理。利用裝配式混凝土建筑施工管理平臺快速將模型文件中包含的預(yù)制構(gòu)件信息錄入，并對預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等過程的進(jìn)度和質(zhì)量進(jìn)行管控，所有信息均在平臺上進(jìn)行體現(xiàn)，進(jìn)度實(shí)時調(diào)控，嚴(yán)守質(zhì)量底線。

預(yù)制構(gòu)件管理。利用Revit 軟件和裝配式混凝土建筑施工管理平臺對預(yù)制構(gòu)件在施工現(xiàn)場存放的情況進(jìn)行規(guī)劃和管理，保證在安全的情況下使施工現(xiàn)場可以堆放足夠的預(yù)制構(gòu)件以滿足快速施工的要求，當(dāng)堆放構(gòu)件不足或過量時及時通知構(gòu)件廠改變發(fā)貨量。

應(yīng)用效果

信息化技術(shù)在本項目各環(huán)節(jié)的應(yīng)用成功減少了錯漏、返工，合理規(guī)劃進(jìn)度，從而節(jié)約了工程成本和周期，提升了工程質(zhì)量。在深化設(shè)計階段，利用信息化技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計，有效解決了傳統(tǒng)設(shè)計方法中預(yù)制構(gòu)件造型復(fù)雜、統(tǒng)計難、避讓難、工作量大等問題，和過往同等體量工程經(jīng)驗中的傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，工作效率提高55%以上，占用人力減少30%以上，由于人工干預(yù)減少，圖紙整體質(zhì)量大幅提升。

項目利用信息化技術(shù)對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行預(yù)拼裝，單層累計發(fā)現(xiàn)鋼筋碰撞80 余處，發(fā)現(xiàn)設(shè)計未留洞、留槽30 余處，有效避免了施工現(xiàn)場返工和材料浪費(fèi)，為項目節(jié)約工期約15 天，為項目節(jié)約直接成本近10 萬元，間接成本數(shù)十萬元。利用信息化技術(shù)對預(yù)制構(gòu)件錯漏情況進(jìn)行檢查，確保所有預(yù)留預(yù)埋位置準(zhǔn)確無誤，最終施工現(xiàn)場未出現(xiàn)因預(yù)制構(gòu)件預(yù)留預(yù)埋缺漏導(dǎo)致延誤工期的情況。

在施工階段，通過可視化交底，幫助項目工程技術(shù)人員和一線工人更好更快地掌握新工藝、新技術(shù)，促進(jìn)了項目在諸如套筒灌漿等關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)的規(guī)范施工，達(dá)到了質(zhì)量與效率的雙豐收。

可視化輔助施工，幫助工人快速識別構(gòu)件位置和安裝流程，只需掃描構(gòu)件上的二維碼，即可在三維模型中查看該預(yù)制構(gòu)件的位置，避免了吊錯構(gòu)件、吊錯位置，相比不使用信息化技術(shù)，提高了吊裝效率約15%，平均每周減少塔吊吊次5%～10%，空出的吊次可用于吊裝模板、鋼筋等，進(jìn)一步提高了施工效率。

信息化技術(shù)幫助項目部和總部使用統(tǒng)一模型，避免了信息交互的延后性，更保證了信息的真實(shí)無損。本項目施工條件變更后，總部技術(shù)人員和項目部技術(shù)人員協(xié)同對模型進(jìn)行修改，僅用很少時間就完成了所有調(diào)整，有力保障了本工程的實(shí)施。

進(jìn)度和質(zhì)量管理。預(yù)制構(gòu)件通過信息化平臺實(shí)現(xiàn)全程追蹤，運(yùn)輸者、驗收者、操作者均可實(shí)時查詢，保障質(zhì)量追溯的可行性；工程圖紙及時傳遞，所有信息詳盡準(zhǔn)確，平臺對質(zhì)量缺陷零容忍，保障了工程品質(zhì)。生產(chǎn)、出廠、入場驗收、吊裝，每道工序均需掃碼登記確認(rèn)，哪一步出了問題、耽誤了時間一目了然，幫助項目及時、合理的調(diào)整進(jìn)度計劃。

預(yù)制構(gòu)件管理。計算機(jī)輔助人腦進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件排布，讓項目能夠使用最小的面積放置足夠多的預(yù)制構(gòu)件，在預(yù)制構(gòu)件吊裝期間實(shí)時監(jiān)控，及時通知構(gòu)件廠調(diào)整生產(chǎn)計劃或運(yùn)輸特定型號的預(yù)制構(gòu)件至施工現(xiàn)場，保證項目堆場內(nèi)至少存放有1 層所需的全部預(yù)制構(gòu)件，最終本工程未出現(xiàn)因缺少預(yù)制構(gòu)件影響工期的情況。