裝配式建筑智慧建造信息化管理研究

趙俊杰，李德衛(wèi)，盧俊楠，汪勇超

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司）

1 引言

科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步助推建筑行業(yè)迅猛發(fā)展，城市建筑不斷刷新著新的高度，各種大型造型建設(shè)復(fù)雜的建筑正在成為一個(gè)個(gè)城市新地標(biāo)。正是由于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)被廣泛應(yīng)用到建筑工程領(lǐng)域，使建筑行業(yè)告別了傳統(tǒng)的高能耗、高成本、管理粗放、產(chǎn)品單一的局面。BIM技術(shù)因其具有可視化、三維模型、模擬預(yù)演等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代建筑管理中。在裝配式建筑中引入BIM技術(shù)，提高了裝配式建筑的質(zhì)量、降低資源能耗、節(jié)約了成本和工期[1-4]。

2 裝配式建筑

裝配式建筑施工方法就是按照建筑項(xiàng)目實(shí)際需求，在工廠內(nèi)進(jìn)行建筑構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)，然后將預(yù)制件運(yùn)輸至工地進(jìn)行裝配搭建。如樓梯、預(yù)制梁柱和內(nèi)外墻板等在工廠進(jìn)行預(yù)制，然后工地現(xiàn)場(chǎng)組裝，減少了工地的澆筑作業(yè)環(huán)節(jié)。裝配式建筑類型主要有板材類、骨架板材類、砌塊類、盒式和升層升板建筑。裝配式建筑采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，在保證工程質(zhì)量同時(shí)，降低成本、縮短工期，實(shí)現(xiàn)了建筑施工的低碳高效和綠色環(huán)保。BIM技術(shù)作為一種建筑施工與管理的科技化方法，在裝配式建筑施工中應(yīng)用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)建筑的高質(zhì)高效，確保項(xiàng)目構(gòu)建精確、布局合理、信息暢通。

3 裝配式預(yù)制構(gòu)件的分類

3.1 預(yù)制構(gòu)件的分類

在進(jìn)行裝配式建筑的施工過程中，采用工廠預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，因此，做好預(yù)制件的入場(chǎng)與管理工作至關(guān)重要。施工現(xiàn)場(chǎng)要按照構(gòu)件庫(kù)的設(shè)計(jì)原則，建設(shè)和管理好標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫(kù)，對(duì)工程項(xiàng)目不同類型的構(gòu)件按照要求進(jìn)行合理分類管理，發(fā)揮構(gòu)件庫(kù)的使用價(jià)值。

①裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件種類多，因此要對(duì)不同預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行分類搭配。對(duì)相同類型構(gòu)件進(jìn)行合并，并選擇通用性能較好的構(gòu)件，對(duì)于特殊形狀的構(gòu)件進(jìn)行另外分類。

②裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)類型較多，因此，對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系的預(yù)制件之間不能相互混用，在構(gòu)件庫(kù)內(nèi)要按照不同結(jié)構(gòu)類型對(duì)預(yù)制件進(jìn)行種類劃分。

3.2 預(yù)制構(gòu)件的分類方法

裝配式預(yù)制構(gòu)件主要分為砌塊建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑、升板升層建筑。其砌塊建筑適用于3層～5層建筑；板材建筑由大型內(nèi)外墻板、樓板、屋面板裝配而成；盒式建筑將所有房間分成承重盒子，再與墻板、樓板組成整體；骨架板材建筑由預(yù)制的骨架和板材組成；升板升層建筑多用于商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、工廠等。

在裝配式預(yù)制構(gòu)件的分類中，必須對(duì)預(yù)制構(gòu)件的性能和功能進(jìn)行全面了解，才能對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行進(jìn)一步分類。預(yù)制件可以分為以下幾種基礎(chǔ)的功能用途，預(yù)制板、預(yù)制柱、預(yù)制基礎(chǔ)、預(yù)制梁、預(yù)制剪力墻以及預(yù)制門窗等。此外，根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的類型和外形尺寸分為六類：

一類，4m以內(nèi)空心板、實(shí)心板；

二類，6m以內(nèi)的樁、屋面板、工業(yè)樓板、進(jìn)深梁、基礎(chǔ)梁、吊車梁；

三類，6m以上至14m的梁、板、柱、樁，各類屋架、桁架；

四類，天窗架、擋風(fēng)架、側(cè)板；

五類，裝配式內(nèi)、外墻板；

六類，隔墻板。

因此，施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件庫(kù)的建設(shè)應(yīng)考慮到不同的預(yù)制件結(jié)構(gòu)體系，保證詳細(xì)具體的劃分構(gòu)件，更好地提高和服務(wù)施工效率。

3.3 預(yù)制構(gòu)件的選擇

裝配式預(yù)制構(gòu)件應(yīng)參考預(yù)制構(gòu)件的顯著特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的選擇和分類。例如，預(yù)制梁的分類可以按照截面尺寸、截面形狀和跨度大小等進(jìn)行劃分。按照截面形狀的不同，可以分為工字形、十字形、T形和矩形截面梁。在對(duì)預(yù)制梁的截面尺寸進(jìn)行確定時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：梁截面尺寸選擇取決于梁的跨度，框架結(jié)構(gòu)的主梁截面高度h可按1/12～1/18的跨度來(lái)確定，梁凈跨與截面高度之比不宜小于4；梁的截面寬度不宜小于200mm，梁截面的高寬比不宜大于4。預(yù)制梁的截面形狀選取應(yīng)盡可能采用高腹板、窄翼緣的截面形式，同時(shí)腹板的壁厚可以取的小一些，因?yàn)楦拱逵星蟮膹?qiáng)度可以利用。因此，提高預(yù)制梁的通用性，降低相關(guān)預(yù)制梁尺寸種類等，使裝配施工高效便捷。

預(yù)制構(gòu)件庫(kù)可以為裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工高效化與標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)保障，構(gòu)件庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)化建立和科學(xué)化使用具有預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)跟蹤和查詢功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程進(jìn)度和物料情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效節(jié)約了施工成本，提高了工作效率。

4 預(yù)制構(gòu)件的編碼與信息創(chuàng)建

裝配式預(yù)制構(gòu)件分類與劃分，只是完成了構(gòu)件庫(kù)當(dāng)中的材料分類工作?；贐IM技術(shù)預(yù)制構(gòu)件庫(kù)實(shí)現(xiàn)信息化管理，采用BIM技術(shù)搭建構(gòu)建庫(kù)的信息化管理，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件從入庫(kù)、倉(cāng)儲(chǔ)到出庫(kù)的信息化流程。每一個(gè)預(yù)制構(gòu)件的二維碼為唯一識(shí)別碼，作為預(yù)制構(gòu)件庫(kù)中分類、存放與出庫(kù)的唯一標(biāo)識(shí)，可以查閱該預(yù)制構(gòu)件的設(shè)備詳細(xì)數(shù)據(jù)和裝配施工的狀態(tài)信息。

4.1 預(yù)制構(gòu)件的編碼

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的分類與統(tǒng)一管理，需要對(duì)所有預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行編碼。預(yù)制構(gòu)件的編碼需要遵循相關(guān)原則，預(yù)制庫(kù)管理人員可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)掃描預(yù)制構(gòu)件編碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的操作管理。預(yù)制構(gòu)件的編碼原則有以下幾個(gè)方面：

①預(yù)制構(gòu)件的編碼具有唯一性，通過掃描預(yù)制構(gòu)件編碼可以獲得其參數(shù)信息、存放位置、使用狀態(tài)等；

②構(gòu)件編碼要簡(jiǎn)明，采用統(tǒng)一規(guī)則對(duì)所有預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行編碼；

③編碼工作要統(tǒng)一規(guī)范，通過統(tǒng)一規(guī)則對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編碼，且保證每個(gè)構(gòu)件的編碼、信息清楚完整；

④構(gòu)件編碼實(shí)用性，方便管理人員便捷查找構(gòu)件存放位置和信息。

4.2 預(yù)制構(gòu)件信息創(chuàng)建

預(yù)制構(gòu)件編碼的創(chuàng)建可以保證每一個(gè)構(gòu)件具有獨(dú)特標(biāo)識(shí)，構(gòu)件庫(kù)管理人員以該編碼為載體，在計(jì)算機(jī)中對(duì)該構(gòu)件的參數(shù)信息進(jìn)行等級(jí)標(biāo)注。根據(jù)國(guó)家信息系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)信息建立要嚴(yán)格按照IFC標(biāo)準(zhǔn)。IFC標(biāo)準(zhǔn)指的是采用一套復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽象或者描述困難的實(shí)物進(jìn)行數(shù)字化的描述，該數(shù)據(jù)可以詳細(xì)精確表達(dá)構(gòu)件的具體信息。因此，IFC標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的分類和分層次描述，首先，對(duì)構(gòu)件的材料構(gòu)成和尺寸參數(shù)等進(jìn)行描述，對(duì)其種類進(jìn)行準(zhǔn)確的區(qū)分；其次，對(duì)構(gòu)件的可交互性進(jìn)行描述，確定預(yù)制構(gòu)件的使用場(chǎng)景和其他預(yù)制構(gòu)件的安裝匹配參數(shù)，提高預(yù)制構(gòu)件的安裝使用效率。

預(yù)制構(gòu)件庫(kù)的建設(shè)采用IFC標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠精確區(qū)分和描述預(yù)制構(gòu)件的詳細(xì)信息，可以實(shí)現(xiàn)在BIM系統(tǒng)中的信息傳遞和互通，相關(guān)權(quán)限部門可以獲取預(yù)制構(gòu)件的詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件在不同環(huán)節(jié)之間的信息實(shí)時(shí)共享，為下一步預(yù)制構(gòu)件的出庫(kù)、運(yùn)輸、裝配等提供了便利性。

5 預(yù)制構(gòu)件入庫(kù)與管理

預(yù)制構(gòu)件入場(chǎng)后的第一環(huán)節(jié)就是驗(yàn)收入庫(kù)，同時(shí)入庫(kù)驗(yàn)收也是對(duì)預(yù)制構(gòu)件的各參數(shù)的最后一次檢驗(yàn)校核。在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)已經(jīng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行了分類和編碼，但是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的分類標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有出入或者漏洞等，因此，需要在預(yù)制構(gòu)件入庫(kù)前，按照工程的結(jié)構(gòu)體系特性對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行檢查。預(yù)制構(gòu)件的編碼信息一般在工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)完成，入庫(kù)之前，相關(guān)人員要對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行逐一檢查，判斷預(yù)制構(gòu)件的編碼規(guī)范性和科學(xué)性。通過審核的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)入入庫(kù)信息錄入環(huán)節(jié)，將預(yù)制構(gòu)件的信息上傳至基于BIM的預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)在標(biāo)注好預(yù)制構(gòu)件在構(gòu)件庫(kù)的存放位置，便于進(jìn)行后續(xù)盤庫(kù)或者出庫(kù)管理。

構(gòu)件庫(kù)管理人員要及時(shí)對(duì)BIM環(huán)境下的預(yù)制構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行信息維護(hù)和權(quán)限配置等，方便預(yù)制構(gòu)件在使用過程中的信息流轉(zhuǎn)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤。只有科學(xué)合理地使用預(yù)制庫(kù)管理系統(tǒng)，才可以有效提高裝配施工管理的效率、降低不必要的工作量，發(fā)揮構(gòu)件庫(kù)信息化管理的高效作用。

6 結(jié)語(yǔ)

基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工可以滿足當(dāng)前社會(huì)快速發(fā)展對(duì)建筑施工的需求，其在保證建筑施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)的需要現(xiàn)場(chǎng)澆筑與施工的部分進(jìn)行工廠定制化生產(chǎn)，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的工程量和安全管理壓力。裝配式建筑采用BIM技術(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配預(yù)制構(gòu)件以及裝配全過程的數(shù)字化、信息化和動(dòng)態(tài)化的管理和監(jiān)測(cè)，使裝配式建筑施工更加精確高效，有效避免了建筑施工中物料浪費(fèi)、工序返工、工期延誤等問題。基于BIM技術(shù)的裝配式建筑實(shí)現(xiàn)了建筑施工的高效、綠色、環(huán)保目標(biāo)。