装配式建筑智慧建造的现状及发展趋势

■ 清华大学土木工程系教授、博士生导师 马智亮

随着国家产业结构调整和建筑行业对绿色节能建筑理念的倡导，装配式建筑受到越来越多的关注。众所周知，装配式建筑具有减少环境污染、缩短工期、提高建造质量等优点。2016年9月，国务院办公厅发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，提出“力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。”前些年我们讲信息化，现在讲数字化，那么，未来就是智能化，即智慧建造。装配式建筑最有条件率先走向智慧建造。下面，将从装配式建筑智慧建造目前的应用现状、应用系统的发展及发展趋势3方面，来作一阐述。

装配式建筑智慧建造的现状

为了了解装配式建筑智慧建造的现状，我们委托专业调研公司由PC 端、手机微信端和邮箱进行调查问卷链接推送，共收到267份问卷。被访对象单位类型包括政府部门、建设开发单位、勘察设计单位、科研单位等，被访对象来自华北、华东、华南、华中等全国多个地区。调查结果显示，在装配式建筑信息化应用情况中，装配式建筑标准化设计、装配式建筑施工与管理、装配式建筑部品生产与管理应用比例靠前，如图1所示。

在设计阶段，应用BIM 技术进行装配式建筑设计建模是最主要的应用点，应用最多、占比最高。其次是二维CAD 施工图设计、集成设计、基于平台的装配式建筑的协同设计等，如图2所示。

图1 被访对象所在单位装配式建筑信息化应用情况

图2 被访对象所在单位装配式建筑设计阶段信息化的主要应用点

在现场施工与管理阶段，装配式建筑的信息化应用还比较滞后，调查数据显示，虚拟预拼装、可视化技术交底、预制部件质量跟踪管理等占比较高。

在生产阶段，最主要的应用点占比最高的是深化设计，其次是生产管理、质量管理，占比都在40%以上，如图3所示。

在现场施工与管理阶段，装配式建筑的信息化应用还比较滞后，调查数据显示，虚拟预拼装、可视化技术交底、预制部件质量跟踪管理等占比较高，如图4所示。

在装饰装修阶段，信息化占比最高的是装修部品部件的三维标准化图集、模块化设计标准、部品族库，占比达68.16%，如图5所示。

图3 被访对象所在单位装配式建筑部品生产阶段的信息化应用点

图4 被访对象认为的装配式建筑现场施工与管理中可能存在的信息化应用点

图5 被访对象所在单位装配式装饰装修中的信息化应用点

装配式建筑智慧建造的应用系统

之所以能进行智慧建造，是因为应用了相关的信息系统。装配式建筑和一般的建筑有哪些不同和特色？我归纳为几点：首先是装配式建筑的技术特色，包括装配式建筑设计、构件深化设计、构件生产、装配式建筑施工。和一般的设计不同，装配式建筑要进行构件的拆分，要在工厂进行制造之前进行深化设计，如要考虑吊装的要求、构件要进行生产等；其次是装配式建筑的管理特色，包括构件的生产、库存、配送管理和现场施工管理，与一般的建筑也不一样。

为了使装配式建筑建造过程实现智慧建造，就需要应用相关的智能技术，从而实现感知、传输、计算、记忆、分析等功能。这些智能技术，感知有物联网技术、实时定位技术，传输有互联网技术、云计算技术，记忆有BIM 模型、GIS 数据，等等。另外，大数据、人工智能、3D 扫描、机器人等也都是一些实现智慧建造所必须具备的技术。（图6）

但是，这些技术在装配式建筑中如何利用？可以从两个角度来考虑：一是这些技术用在了哪个环节？从装配式建筑BIM 的应用点来看，可以分为设计、深化设计、构件生产、物流运输、现场施工、物业运维等多个阶段应用点，如图7所示。二是把这些技术集成应用，形成生产系统、技术系统和管理系统。我们可以把技术系统、管理系统按层次划分为设备层、资源层和应用层，如图8所示。

图6 智能技术及其相关技术

图7 装配式建筑中BIM 的应用点

图8 装配式建筑智慧建造应用系统框架

装配式建筑智慧建造的发展趋势

对于未来装配式建筑智慧建造的发展趋势，可以归纳为四点：集成化、精细化、智能化、最优化。

集成化。主要是两方面的集成：一个是应用系统一体化，包括应用系统使用单点登录、应用系统数据多应用共享、支持多参与方协同工作；另一个是生产过程一体化，包括设计-生产-施工一体化，可以采用EPC 模式、集成化交付模式等。

精细化。精细化也包括两个方面，一方面是管理对象细化到每一个部品部件。可借鉴制造业的材料表，在装配式建筑中也可以形成材料表，根据材料表在现场进行装配即可；另一方面是施工细化到工序，通过严格的流程化、管理前置化降低风险，做到精益建造。

智能化。在管理过程中，既然是智慧建造，就要通过系统取代人，至少是部分取代人，包含代替人去决策，或者辅助人的决策。其中，用到的数据包括BIM 数据、管理数据等。另外就是作业层，可以有类人工厂和现场的作业，实现智慧化，如在现场作业可能用到3D打印，在工厂里面普遍采用机器人，人工将会大量减少。

最优化。一是要有最优化的设计方案，设计对于建筑全生命期至关重要；二是最优化的作业计划，无论是进行生产还是施工，构件生产、施工都需要最优化，特别是在构件生产阶段，我们要实现柔性生产，动态调整作业计划；三是最优化的运输计划，以求达到最短运输路径。

以上这些，都是装配式建筑智慧建造今后的发展方向。（本文根据马智亮在中国数字建筑年度峰会（2019）上的演讲整理摘编，未经本人审阅）