基于智能建造技術(shù)的裝配式建筑施工管理研究

張洋

0 引言

裝配式建筑是建筑行業(yè)工業(yè)化轉(zhuǎn)型的重要體現(xiàn)，它將大量傳統(tǒng)施工過程中需要在現(xiàn)場進行的工作轉(zhuǎn)移到工廠內(nèi)進行，極大地釋放施工現(xiàn)場的人員、環(huán)境等壓力，有效提高了建設(shè)效率。因此在激烈的市場競爭環(huán)境下，以及全球“低碳”的發(fā)展背景中，裝配式建筑正在逐漸成為我國建筑行業(yè)的發(fā)展導(dǎo)向。

智能建造技術(shù)是以BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以“信息化”與“智能化”為原則，構(gòu)建智能的管理平臺和智慧的管理環(huán)境，以技術(shù)促改革，創(chuàng)新施工管理理念，使其與信息化、工業(yè)化深度融合，進而提高管理效率與管理效果。

裝配式建筑與智能建造技術(shù)的結(jié)合是大勢所趨，前者是建造方式上的創(chuàng)新，后者是管理理念上的創(chuàng)新，二者的結(jié)合必將大大提高建設(shè)工程管理質(zhì)量。然而就當(dāng)前發(fā)展情況而言，雖然近年來裝配式建筑得到了大力發(fā)展，但總體水平相對于某些發(fā)達國家還處于起步階段，與智能建造技術(shù)的結(jié)合水平也較低。因此，對智能建造技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的應(yīng)用方式進行研究十分必要，可以為我國建筑行業(yè)向工業(yè)化、信息化轉(zhuǎn)型提供有力支撐。

1 裝配式建筑施工管理現(xiàn)狀及問題

裝配式建筑在我國發(fā)展時間尚短，還沒有跳出傳統(tǒng)工程項目管理的圈子，依舊延續(xù)著傳統(tǒng)的管理模式，沒有形成一套特有的管理方法。因此研究智能建造技術(shù)與裝配式建筑的結(jié)合，有必要首先明確管理現(xiàn)狀及存在的問題。

1.1 管理組織設(shè)置不合理

現(xiàn)階段，大多數(shù)裝配式依舊使用傳統(tǒng)的組織管理模式，沒有進行創(chuàng)新。裝配式建筑不同于普通的建筑工程項目，其施工過程與設(shè)計、生產(chǎn)過程聯(lián)系緊密，施工單位在拿到設(shè)計院的圖紙后，往往不能直接應(yīng)用于項目，需要進行深化設(shè)計，完成構(gòu)件的拆分與標(biāo)準(zhǔn)化工作，然后將深化設(shè)計后的圖紙交予生產(chǎn)單位按圖生產(chǎn)，最后再由生產(chǎn)單位派出車輛送往施工現(xiàn)場進行吊裝。由以上過程可以看出，裝配式建筑的建設(shè)需要各單位的緊密配合，而傳統(tǒng)的施工管理模式下，設(shè)計、施工、生產(chǎn)工作相分離，導(dǎo)致管理組織的設(shè)置較為片面，沿用這套管理組織對于裝配式建筑的影響較大，容易出現(xiàn)信息溝通不暢的現(xiàn)象，無法對項目的順利進行做出統(tǒng)一規(guī)劃，不能覆蓋裝配式建筑的絕大多數(shù)流程，難以發(fā)揮裝配式建筑一體化施工的優(yōu)勢。

1.2 產(chǎn)業(yè)鏈不健全

裝配式建筑在建設(shè)過程中需要建設(shè)單位、施工單位、設(shè)計單位、生產(chǎn)單位的深度溝通，各方需要就裝配式構(gòu)件的初步設(shè)計、深化設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化拆分、運輸調(diào)度等問題達成統(tǒng)一認識，這需要一套完善健全的產(chǎn)業(yè)鏈（如圖1 所示）。而現(xiàn)實情況下，設(shè)計、施工、生產(chǎn)往往相分離，業(yè)主分別與各單位簽訂合同并負責(zé)溝通協(xié)調(diào)工作，這導(dǎo)致各單位之間的交流不足，施工單位對于項目整體的把握不完整，不能整合全產(chǎn)業(yè)鏈資源，發(fā)揮全產(chǎn)業(yè)鏈集成優(yōu)勢。

圖1 裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

1.3 構(gòu)件運輸規(guī)劃不充分

不同于傳統(tǒng)過程項目物資運輸調(diào)度過程，裝配式建筑在現(xiàn)場不需要過多原料，而是將構(gòu)件的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到了工廠內(nèi)進行，預(yù)制構(gòu)件廠將生產(chǎn)好的構(gòu)件按照施工場地需求分批次運輸至現(xiàn)場進行裝配，保證正常施工。然而由于預(yù)制構(gòu)件體積較大，運輸成本較高，并且施工現(xiàn)場往往難以提供充足的場地供構(gòu)件堆放。這對構(gòu)件的運輸提出了三方面的要求，一是要滿足施工現(xiàn)場的日常使用，即待使用的構(gòu)件必須在開工之前運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，否則會延誤工期；二是盡量保證“零庫存”，即盡量使得構(gòu)件隨用隨運，減少在施工現(xiàn)場的堆放，這樣既可以減少工地的用地壓力，也可以降低材料堆放、保存產(chǎn)生的費用；三是要做好對不同構(gòu)件生產(chǎn)廠家的規(guī)劃，根據(jù)現(xiàn)實情況，一個構(gòu)件廠的生產(chǎn)力往往可能無法滿足施工現(xiàn)場的構(gòu)件需求，這使得施工方需要向不同的生產(chǎn)廠家進行采購，因此要對廠家進行規(guī)劃，進而保證構(gòu)件生產(chǎn)與運輸費用最低。而在實際工程進行中，施工單位往往是根據(jù)經(jīng)驗進行排產(chǎn)，構(gòu)件生產(chǎn)、運輸規(guī)劃的不充分，出現(xiàn)了資源浪費、資金超支以及工期延誤等現(xiàn)象。

1.4 管理信息化程度不高

裝配式建筑的建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，設(shè)計、施工、采購、生產(chǎn)聯(lián)系密切，需要各單位進行充分的信息共享，然而目前裝配式建筑管理信息化程度還不高，信息技術(shù)覆蓋面還不充分，往往根據(jù)主觀判斷進行生產(chǎn)工作。當(dāng)前市面上已經(jīng)存在許多建筑行業(yè)的管理類軟件，但尚沒有一款針對裝配式建筑的管理平臺，無法體現(xiàn)裝配式建筑的特點，也無法形成良好的管理環(huán)境。此外，BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為裝配式建筑提供了極好的管理手段，然而這些技術(shù)當(dāng)前在裝配式建筑中的應(yīng)用還不廣泛。

2 智能建造技術(shù)在裝配式建筑施工管理的應(yīng)用

2.1 深化設(shè)計過程

不同于傳統(tǒng)的項目管理類型，裝配式建筑的設(shè)計與施工過程密不可分，甚至可以將深化設(shè)計過程看作施工過程的一部分。深化設(shè)計是指在設(shè)計單位的圖紙完成后，對預(yù)制構(gòu)件進行深入分析，對構(gòu)件拆分、預(yù)埋件布置、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計等展開的工作，這不單是設(shè)計院的任務(wù)，而是需要設(shè)計、施工、生產(chǎn)等單位共同完成。既要考慮國家規(guī)范、承載力要求，也要考慮施工過程的難易程度，還要結(jié)合生產(chǎn)單位的生產(chǎn)能力，是一項十分復(fù)雜的工作，智能建造技術(shù)可以幫助參建各方高效完成。

（1）構(gòu)件拆分中的應(yīng)用

合理的構(gòu)件拆分是實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的首要條件，預(yù)制構(gòu)件拆分對建筑功能、結(jié)構(gòu)受力狀況、工程造價等都會產(chǎn)生影響，因此在進行構(gòu)件拆分的過程中需要考慮眾多因素。BIM 技術(shù)可以將二維圖紙翻成三維模型，進而直觀地展示建筑細節(jié)，保證構(gòu)件信息在項目全生命周期中的完整與流通，還可以更進一步利用BIM 軟件實現(xiàn)構(gòu)件受力情況分析，便于深化設(shè)計人員進行荷載計算，明確最優(yōu)方案，進而節(jié)約成本，增加經(jīng)濟效益，提高預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)品質(zhì)。

（2）預(yù)埋件布置中的應(yīng)用

預(yù)埋件是預(yù)先安裝在隱蔽工程中的連接件，作用是用于以后連接和固定其他構(gòu)件。由于裝配式建筑的構(gòu)件主要是在工廠中進行生產(chǎn)，因此在生產(chǎn)時需要提前明確預(yù)埋件在構(gòu)件中的位置。BIM 技術(shù)可以對預(yù)埋件進行有限元分析，確保預(yù)埋位置不會影響結(jié)構(gòu)受力情況，還可以統(tǒng)籌各單位的設(shè)計模型，檢查是否產(chǎn)生管線與預(yù)埋件的碰撞，防止出現(xiàn)返工。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計中的應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計是實現(xiàn)裝配式建筑工業(yè)化生產(chǎn)的重要思路，即將構(gòu)件拆分之后，形成相同規(guī)格、相同尺寸的部分，以實現(xiàn)工廠的批量生產(chǎn)。裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的核心是“少規(guī)格、多組合”，即保證標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計后的構(gòu)件具有通用性，并且在施工現(xiàn)場可以完成拼裝，不會影響工程質(zhì)量。BIM 技術(shù)可以提供一個標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的平臺，充分檢驗構(gòu)件拆分的可行性與協(xié)調(diào)性，也能檢驗構(gòu)件內(nèi)部的空間關(guān)系是否合理，避免了交叉碰撞，從而保證預(yù)制構(gòu)件的批量生產(chǎn)，提高裝配式建筑生產(chǎn)效率，促進裝配式建筑更好發(fā)展。

2.2 施工過程中的應(yīng)用

智能建造技術(shù)作為新一代信息技術(shù)，為工程項目施工管理提供了有力支撐，改變了傳統(tǒng)的施工管理方法（如圖2 所示）。BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，可以建立一個多方協(xié)作的管理平臺，使得參建各方能夠充分協(xié)調(diào)，共同解決建設(shè)過程中遇到的各種問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效流通，提高建設(shè)質(zhì)量。

圖2 智能建造技術(shù)在裝配式建筑施工過程中的應(yīng)用示意圖

（1）BIM 技術(shù)的應(yīng)用

BIM 技術(shù)的核心是建筑信息模型，即將建筑的各類信息集成在三維模型上，使得每一塊構(gòu)件中不僅包含結(jié)構(gòu)、規(guī)格信息，也包含各類非結(jié)構(gòu)信息，參建各方都可以在該模型上提取自己需要的數(shù)據(jù)，減少了工作量，提高了合作效率。BIM 3D 模型是BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)，除了可以直觀展示模型并提供信息之外，還可以實現(xiàn)模型的實時更新，提高了項目可視化程度，保證各方有效把控項目進展情況。在BIM 3D 基礎(chǔ)上衍生出的BIM 4D 模型，可以提取項目全生命周期中的進度情況，發(fā)現(xiàn)實際進度與計劃進度之間的偏差，進而進行調(diào)整。在裝配式建筑中，BIM 4D 可以實現(xiàn)施工單位與構(gòu)件生產(chǎn)單位之間的溝通，保證構(gòu)件按時按量運輸。BIM 5D 技術(shù)用于跟蹤項目預(yù)算進展情況，并進行成本分析的相關(guān)活動，BIM 5D 與三維模型和四維進度相鏈接，允許同時查看進度與成本情況，直觀地發(fā)現(xiàn)成本產(chǎn)生偏差的原因，提高項目成本計算效率以及成本變化的準(zhǔn)確性和可預(yù)測性，起到節(jié)約成本的作用。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過將感應(yīng)設(shè)備和識別設(shè)備布置在物體內(nèi)部，實時提取物體信息的一種技術(shù)，裝配式建筑作為建筑行業(yè)工業(yè)化發(fā)展的代表，更是與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著深度結(jié)合的空間。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑施工管理過程中的應(yīng)用主要分為三個部分。一是對材料進場和庫存的管理，微電子新品芯片可以為每一個制作好的預(yù)制構(gòu)件生成一個專屬的二維碼，利用無線射頻技術(shù)清楚地了解到該構(gòu)件的具體信息，如尺寸、規(guī)格、構(gòu)件名稱、安裝位置等，同時將所有構(gòu)件信息鏈接至物聯(lián)網(wǎng)平臺，實時掌握構(gòu)件安裝情況。二是對建筑結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，通過在構(gòu)件內(nèi)部，以及構(gòu)件連接處提前布置傳感器，實現(xiàn)對于應(yīng)力、應(yīng)變、位移等的監(jiān)測，可以有效把握施工過程中構(gòu)件受力的變化情況，判斷是否需要采取加固、拆除等措施。三是對施工安全進行監(jiān)督，在進行危大工程施工時，通過在結(jié)構(gòu)脆弱處布置傳感器，安裝自動報警系統(tǒng)，可以實現(xiàn)危險提前預(yù)警，避免安全事故的產(chǎn)生，同時在施工電梯、腳手架等施工設(shè)備中也可采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測溫度、振動等信息，實現(xiàn)對施工安全的全面管理，進而降低安全事故發(fā)生的概率，提高項目進度。

（3）大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用

裝配式建筑的建設(shè)是一個復(fù)雜的過程，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這為大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用提供了條件。大數(shù)據(jù)技術(shù)是通過對規(guī)模巨大的資料在合理時間內(nèi)進行整理與處理，將其轉(zhuǎn)換為用來分析的原始資料，最終為決策提供有力支持。在裝配式建筑中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用往往與BIM 技術(shù)緊密結(jié)合。施工現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括構(gòu)件和設(shè)備的工程信息，以及質(zhì)量、進度、成本、安全各方面的管理信息，都可以通過BIM 技術(shù)進行集成，形成一個全數(shù)據(jù)模型，為數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、集成、存儲、共享提供條件。大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析流程往往遵循以下步驟：首先通過對BIM 模型中的數(shù)據(jù)進行提取，形成一個分類存儲的數(shù)據(jù)倉庫，隨后基于數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析工作，為施工階段的各類決策提供支持。

3 推進智能建造技術(shù)與裝配式建筑深度結(jié)合的策略

3.1 不斷加強政策支撐

近年來，國家出臺了一系列的政策法規(guī)推進裝配式建筑與智能建造技術(shù)的大力發(fā)展，可以看出，裝配式建筑與智能建造技術(shù)正在逐漸成為我國建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。但是由于發(fā)展時間尚短，發(fā)展經(jīng)驗不足，裝配式建筑與智能建造技術(shù)相結(jié)合的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)還處于空白階段，因此從國家層面來看，有必要不斷加強政策支撐，提高智能建造技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用水平，進而加速我國建筑產(chǎn)業(yè)向工業(yè)化、智能化的轉(zhuǎn)變。

3.2 大力培養(yǎng)高端人才

在產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的時代，把握數(shù)字經(jīng)濟，實現(xiàn)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型的當(dāng)務(wù)之急是培養(yǎng)與引進智能建造方面的人才。我國的智能建造技術(shù)還處于起步階段，還沒有系統(tǒng)的培養(yǎng)方案，相關(guān)人才較為缺乏，智能建造專業(yè)技術(shù)人員既要有土木工程師的技術(shù)能力，又要具備智能新土木人才的復(fù)合知識結(jié)構(gòu)，因此高端人才的培養(yǎng)任重而道遠，需要行業(yè)與國家的大力推進。

3.3 創(chuàng)新管理體制機制

當(dāng)前開展的裝配式項目大多依舊延續(xù)著傳統(tǒng)的項目管理體制機制，導(dǎo)致設(shè)計、施工相分離，沒有根據(jù)裝配式建筑的特點進行調(diào)整。因此在裝配式建筑施工開始之前，應(yīng)該深入分析參建各方的關(guān)系，創(chuàng)新項目管理的體制機制，盡量采取EPC 總承包模式，將業(yè)主、設(shè)計單位、施工單位、生產(chǎn)單位等都納入管理體制中來，建立全產(chǎn)業(yè)鏈的模式，使得各方能夠通暢地進行信息交流，共同解決項目進行過程中遇到的困難，進而提高裝配式項目施工質(zhì)量。

3.4 深度融合信息技術(shù)

部分裝配式項目的管理人員對于新一代信息技術(shù)與管理理念認識不足，施工管理過程缺乏科學(xué)性與全局統(tǒng)籌意識，因此需要參建方正確認識智能建造技術(shù)，深入學(xué)習(xí)新技術(shù)帶來的新管理方法，實現(xiàn)創(chuàng)新與改革。在施工過程中，要積極融入BIM、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提高建設(shè)項目的智能性，進而提高建設(shè)效率，保證建設(shè)質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，智能建造技術(shù)作為新一代的信息技術(shù)，其與裝配式建筑的結(jié)合可以顯著改善傳統(tǒng)施工管理過程存在的弊端，提高工程項目施工管理過程的效率，有效保障工程質(zhì)量，對于促進我國建筑產(chǎn)業(yè)向工業(yè)化、智能化的轉(zhuǎn)變有著重要作用。然而由于智能建造技術(shù)與裝配式建筑在我國發(fā)展實踐較短，還需要經(jīng)過長期實踐的檢驗，才能明確二者最完善的結(jié)合方式，進而對建設(shè)工程項目帶來最積極的影響。