裝配式建筑智慧建造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

葉斌

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司華東公司）

1 裝配式建筑的現(xiàn)狀

1.1 國(guó)家倡導(dǎo)的裝配式建筑

目前，在我國(guó)，裝配式建筑尚處于發(fā)展階段。政府相繼出臺(tái)相關(guān)政策，對(duì)裝配式建筑的支持力度不斷增強(qiáng)。在2016年國(guó)家就出臺(tái)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出“力爭(zhēng)用十年左右時(shí)間使裝配式建筑占新建筑建筑面積的30%”。目前，重點(diǎn)推進(jìn)該政策的地區(qū)裝配式建筑的比例已經(jīng)達(dá)到20%以上。在2020年初的抗擊新冠疫情中，依托裝配式建筑的高效率和全國(guó)人民的“云監(jiān)工”，火神山醫(yī)院和雷神山醫(yī)院在十天的時(shí)間內(nèi)竣工，解決了特殊時(shí)期收容新冠病人的難題。其高效率、低成本、少污染的綠色建筑理念彰顯了我國(guó)的強(qiáng)大。

目前，越來(lái)越多的企業(yè)完成了從傳統(tǒng)建筑模式向裝配式建筑技術(shù)的過(guò)渡，裝配式建筑設(shè)計(jì)將在我國(guó)建筑上占據(jù)越來(lái)越大的比重。

1.2 裝配式建筑與智慧建造

裝配式建筑在很多人的眼里就像是“搭積木”。裝配式建筑是指要把建筑所需要的墻體、板件等預(yù)制構(gòu)件在工廠的車間中按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)制造，然后將制造好的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)機(jī)械進(jìn)行拼接安裝。為了保證建筑的順利拼接，所有的預(yù)制構(gòu)件必須滿足互換性要求，即生產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)件。裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)也是該理念應(yīng)用最廣泛的地方。

在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)到施工場(chǎng)地的物流運(yùn)輸，施工現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械拼接，施工后的物業(yè)運(yùn)維，都需要運(yùn)用智慧建筑的理念[1]。

2 裝配式建筑智慧建造的信息化與智能化

2.1 BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與信息化

BIM技術(shù)是建筑信息模型，以三維數(shù)字建模技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息，對(duì)整體建筑信息數(shù)據(jù)的掌控有重要意義。它在很大程度上能夠檢測(cè)出設(shè)計(jì)初期出現(xiàn)的問(wèn)題所在，實(shí)現(xiàn)控制成本的目的。通過(guò)該平臺(tái)能使用高分辨率的可視化功能，可將早期的建筑模型及其設(shè)計(jì)輪廓進(jìn)行呈現(xiàn)，有助于設(shè)計(jì)人員的進(jìn)一步設(shè)計(jì)。在整體施工流程的優(yōu)化以及管線綜合排布方面，能夠大幅度的減少工作人員的二次工作量。由此可見(jiàn)，在裝配式建筑智慧建造中，BIM技術(shù)是重中之重。

在BIM建模中，首先搭建BIM模型。在滿足數(shù)量計(jì)算的條件下，建立LOD300的模型，該模型中包含墻、板、梁、柱等基本組件。然后，添加工程項(xiàng)目名稱并設(shè)立尺寸參數(shù)。接下來(lái)，通過(guò)Revit組件建立明細(xì)表，并對(duì)不同的組件進(jìn)行篩選、匯總。最后，在明細(xì)表中加入數(shù)量計(jì)算公式，對(duì)其工項(xiàng)數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)這些流程，將智慧建造平臺(tái)進(jìn)行搭建，保證了工程全生命周期信息化工作的嚴(yán)謹(jǐn)與流暢。

裝配式建筑數(shù)字建造的BIM信息模型是所有生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)。裝配式設(shè)計(jì)需求標(biāo)準(zhǔn)化的部件才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)拼接的目的，需要將所需部件的數(shù)據(jù)通過(guò)BIM軟件生成標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)集和構(gòu)件庫(kù)，建立信息化的建筑模型。在設(shè)計(jì)之前，提前制定BIM信息化工作標(biāo)準(zhǔn)，并建立相關(guān)的BIM部件族庫(kù)，機(jī)電管線設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)及量算標(biāo)準(zhǔn)等[2]。將設(shè)計(jì)階段與建筑全過(guò)程的生產(chǎn)階段相結(jié)合，不斷進(jìn)行仿真預(yù)演，完成各階段的信息交互，實(shí)現(xiàn)BIM信息化工作。將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維、拆除各個(gè)階段統(tǒng)籌兼顧，節(jié)省了后期進(jìn)行修改的繁瑣，以及人力、物力的消耗，實(shí)現(xiàn)了效率最大化。這是裝配式建筑優(yōu)于傳統(tǒng)建筑的地方。

為了進(jìn)一步提升效率，在BIM標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)階段應(yīng)用程序組件思維設(shè)計(jì)模式，提高設(shè)計(jì)師的工作效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)模型標(biāo)準(zhǔn)化，構(gòu)建設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)庫(kù)、埋件模型數(shù)據(jù)庫(kù)和鋼筋模型數(shù)據(jù)庫(kù)。在施工的過(guò)程中，可以不斷積累數(shù)據(jù)，然后在現(xiàn)有庫(kù)的基礎(chǔ)上對(duì)新的目標(biāo)特征進(jìn)行優(yōu)化和修改，同時(shí)，能夠通過(guò)云計(jì)算自動(dòng)在系統(tǒng)中匹配相似的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的快速調(diào)整優(yōu)化。

2.2 裝配式建筑智慧建造的應(yīng)用系統(tǒng)

裝配式建筑智慧建造依托于智慧建造平臺(tái)，大范圍的應(yīng)用了現(xiàn)代信息技術(shù)和智能技術(shù)。

現(xiàn)代裝配式建筑一般分為五個(gè)階段，分別是設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段、物流運(yùn)輸階段、現(xiàn)場(chǎng)施工與管理階段以及物業(yè)運(yùn)維階段。

①在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同設(shè)計(jì)，通過(guò)云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等手段，將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心不同架構(gòu)、不同品牌的型號(hào)部件進(jìn)行整合，形成統(tǒng)一的平臺(tái)，并建立標(biāo)準(zhǔn)固件庫(kù)，降低了工程師的勞動(dòng)量，能夠使工程師投入更多精力在設(shè)計(jì)效果上，提高建筑質(zhì)量。

②在生產(chǎn)階段，通過(guò)RFID識(shí)別技術(shù)和二維碼，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理和質(zhì)量監(jiān)管人員結(jié)構(gòu)優(yōu)化，甚至可以通過(guò)手機(jī)終端對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。大大減少了重復(fù)勞動(dòng)，在提高產(chǎn)品生產(chǎn)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性的前提下，解放了工人的勞動(dòng)力，提高了工作效率。

③在物流運(yùn)輸階段，通過(guò)GPS/北斗定位系統(tǒng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)計(jì)算，進(jìn)行車輛實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控，生成最優(yōu)化的運(yùn)輸路線，完成最佳線路導(dǎo)航、話務(wù)指揮、緊急情況調(diào)度等任務(wù)，不但節(jié)約了運(yùn)輸成本，還保障了運(yùn)輸階段的安全性。

④在現(xiàn)場(chǎng)施工階段，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將施工場(chǎng)地布置進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，將起重機(jī)等機(jī)械進(jìn)行合理布局，從而使操作人員和監(jiān)管人員能夠更好地操控和監(jiān)管機(jī)械，減少物料運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間成本，提高機(jī)械使用效率，減少無(wú)效的二次搬運(yùn)，加快現(xiàn)場(chǎng)拼裝環(huán)節(jié)速度。

⑤在物業(yè)運(yùn)維階段，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種設(shè)備與主控終端相連，實(shí)現(xiàn)扁平化管理，將各個(gè)不同的基礎(chǔ)部件運(yùn)維進(jìn)行有機(jī)融合，節(jié)約人力物力[3]。

3 裝配式建筑智慧建造的發(fā)展趨勢(shì)

目前，裝配式建筑智慧建造發(fā)展勢(shì)頭正猛，隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，其信息化和智能化程度必將越來(lái)越高。除此之外，集成化和最優(yōu)化也是其發(fā)展的趨勢(shì)。

當(dāng)前，在裝配式建筑中應(yīng)用的信息化與智能化技術(shù)還存在一定不足。比如，在生產(chǎn)階段只是應(yīng)用了RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在生產(chǎn)監(jiān)控方面還需要人工進(jìn)行監(jiān)管。隨著智能化程度的提高，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)、人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可以在生產(chǎn)過(guò)程中由機(jī)器智能取代人進(jìn)行監(jiān)管并且輔助決策，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程全自動(dòng)。在物流運(yùn)送方面，無(wú)人車的應(yīng)用或許能將物料運(yùn)輸效率和安全性再次提升，甚至在現(xiàn)場(chǎng)施工中，也可以通過(guò)機(jī)器人替代人工，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度。

另外，集成化和最優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想能夠相當(dāng)程度地簡(jiǎn)化工作流程，有效降低二次返工的風(fēng)險(xiǎn)，將會(huì)對(duì)裝配式建筑智慧建造產(chǎn)生一定的影響。集成化指的是各個(gè)流程中不同應(yīng)用系統(tǒng)的有機(jī)融合，多種應(yīng)用系統(tǒng)共同作用于一種流程，協(xié)同工作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，完善工作系統(tǒng)的缺陷。最優(yōu)化則是指方案最優(yōu)化、作業(yè)最優(yōu)化。在設(shè)計(jì)方案的時(shí)候就能通過(guò)大數(shù)據(jù)將不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行整合，從而定出最優(yōu)秀的方案，實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)化、安全區(qū)最優(yōu)化、性能最優(yōu)化、運(yùn)輸最優(yōu)化、施工最優(yōu)化。

4 展望與思考

不論是國(guó)家支持的力度，還是對(duì)環(huán)境的友好度，都讓我們看到了裝配式建筑智慧建造的廣闊前景，然而還存在很多亟待解決的問(wèn)題，這是裝配式建筑智慧建造發(fā)展過(guò)程中不可忽視的問(wèn)題。

①智慧建造目前依托于互聯(lián)網(wǎng)信息與人工智能。這兩者都是成本較高的技術(shù)，很難在全國(guó)各個(gè)地區(qū)普及，很多廉價(jià)的人工勞動(dòng)力要遠(yuǎn)比智能化的科技節(jié)省成本。成本問(wèn)題得不到解決的話，很難在裝配式建筑智慧建造上尋求新的突破。

②裝配式建筑各個(gè)流程是在不同的單位完成的，在生產(chǎn)過(guò)程中如何保證各個(gè)工廠的施工工藝、加工精度、加工速度等，還缺乏有效的監(jiān)管措施，尤其是由此導(dǎo)致的安全性問(wèn)題，更是不可忽視。