装配式建筑智慧建造的现状及发展趋势

叶斌

（中国建筑第二工程局有限公司华东公司）

1 装配式建筑的现状

1.1 国家倡导的装配式建筑

目前，在我国，装配式建筑尚处于发展阶段。政府相继出台相关政策，对装配式建筑的支持力度不断增强。在2016年国家就出台了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，提出“力争用十年左右时间使装配式建筑占新建筑建筑面积的30%”。目前，重点推进该政策的地区装配式建筑的比例已经达到20%以上。在2020年初的抗击新冠疫情中，依托装配式建筑的高效率和全国人民的“云监工”，火神山医院和雷神山医院在十天的时间内竣工，解决了特殊时期收容新冠病人的难题。其高效率、低成本、少污染的绿色建筑理念彰显了我国的强大。

目前，越来越多的企业完成了从传统建筑模式向装配式建筑技术的过渡，装配式建筑设计将在我国建筑上占据越来越大的比重。

1.2 装配式建筑与智慧建造

装配式建筑在很多人的眼里就像是“搭积木”。装配式建筑是指要把建筑所需要的墙体、板件等预制构件在工厂的车间中按标准进行生产制造，然后将制造好的标准构件运输到施工现场，通过机械进行拼接安装。为了保证建筑的顺利拼接，所有的预制构件必须满足互换性要求，即生产为标准件。装配式建筑标准化设计也是该理念应用最广泛的地方。

在预制构件生产到施工场地的物流运输，施工现场的机械拼接，施工后的物业运维，都需要运用智慧建筑的理念[1]。

2 装配式建筑智慧建造的信息化与智能化

2.1 BIM技术标准化与信息化

BIM技术是建筑信息模型，以三维数字建模技术为基础，集成建筑工程项目的各种相关信息，对整体建筑信息数据的掌控有重要意义。它在很大程度上能够检测出设计初期出现的问题所在，实现控制成本的目的。通过该平台能使用高分辨率的可视化功能，可将早期的建筑模型及其设计轮廓进行呈现，有助于设计人员的进一步设计。在整体施工流程的优化以及管线综合排布方面，能够大幅度的减少工作人员的二次工作量。由此可见，在装配式建筑智慧建造中，BIM技术是重中之重。

在BIM建模中，首先搭建BIM模型。在满足数量计算的条件下，建立LOD300的模型，该模型中包含墙、板、梁、柱等基本组件。然后，添加工程项目名称并设立尺寸参数。接下来，通过Revit组件建立明细表，并对不同的组件进行筛选、汇总。最后，在明细表中加入数量计算公式，对其工项数量进行计算。通过这些流程，将智慧建造平台进行搭建，保证了工程全生命周期信息化工作的严谨与流畅。

装配式建筑数字建造的BIM信息模型是所有生产活动的基础。装配式设计需求标准化的部件才能实现现场拼接的目的，需要将所需部件的数据通过BIM软件生成标准化的数据集和构件库，建立信息化的建筑模型。在设计之前，提前制定BIM信息化工作标准，并建立相关的BIM部件族库，机电管线设置标准及量算标准等[2]。将设计阶段与建筑全过程的生产阶段相结合，不断进行仿真预演，完成各阶段的信息交互，实现BIM信息化工作。将设计、生产、施工、运维、拆除各个阶段统筹兼顾，节省了后期进行修改的繁琐，以及人力、物力的消耗，实现了效率最大化。这是装配式建筑优于传统建筑的地方。

为了进一步提升效率，在BIM标准件的设计阶段应用程序组件思维设计模式，提高设计师的工作效率，实现数据库模型标准化，构建设计模型数据库、埋件模型数据库和钢筋模型数据库。在施工的过程中，可以不断积累数据，然后在现有库的基础上对新的目标特征进行优化和修改，同时，能够通过云计算自动在系统中匹配相似的数据，实现在现有基础上的快速调整优化。

2.2 装配式建筑智慧建造的应用系统

装配式建筑智慧建造依托于智慧建造平台，大范围的应用了现代信息技术和智能技术。

现代装配式建筑一般分为五个阶段，分别是设计阶段、生产阶段、物流运输阶段、现场施工与管理阶段以及物业运维阶段。

①在设计阶段，通过BIM技术进行标准化协同设计，通过云计算和互联网大数据等手段，将传统数据中心不同架构、不同品牌的型号部件进行整合，形成统一的平台，并建立标准固件库，降低了工程师的劳动量，能够使工程师投入更多精力在设计效果上，提高建筑质量。

②在生产阶段，通过RFID识别技术和二维码，实现了生产管理和质量监管人员结构优化，甚至可以通过手机终端对生产的产品进行实时监控。大大减少了重复劳动，在提高产品生产的真实性、准确性的前提下，解放了工人的劳动力，提高了工作效率。

③在物流运输阶段，通过GPS/北斗定位系统，结合大数据计算，进行车辆实时跟踪监控，生成最优化的运输路线，完成最佳线路导航、话务指挥、紧急情况调度等任务，不但节约了运输成本，还保障了运输阶段的安全性。

④在现场施工阶段，通过计算机进行复杂的数据计算，结合物联网技术，将施工场地布置进行动态优化，将起重机等机械进行合理布局，从而使操作人员和监管人员能够更好地操控和监管机械，减少物料运输的时间成本，提高机械使用效率，减少无效的二次搬运，加快现场拼装环节速度。

⑤在物业运维阶段，通过物联网技术将各种设备与主控终端相连，实现扁平化管理，将各个不同的基础部件运维进行有机融合，节约人力物力[3]。

3 装配式建筑智慧建造的发展趋势

目前，装配式建筑智慧建造发展势头正猛，随着社会科技的进步，其信息化和智能化程度必将越来越高。除此之外，集成化和最优化也是其发展的趋势。

当前，在装配式建筑中应用的信息化与智能化技术还存在一定不足。比如，在生产阶段只是应用了RFID等物联网技术，在生产监控方面还需要人工进行监管。随着智能化程度的提高，通过机器视觉、人工智能技术的应用，可以在生产过程中由机器智能取代人进行监管并且辅助决策，实现生产过程全自动。在物流运送方面，无人车的应用或许能将物料运输效率和安全性再次提升，甚至在现场施工中，也可以通过机器人替代人工，通过网络终端实现统一调度。

另外，集成化和最优化的设计思想能够相当程度地简化工作流程，有效降低二次返工的风险，将会对装配式建筑智慧建造产生一定的影响。集成化指的是各个流程中不同应用系统的有机融合，多种应用系统共同作用于一种流程，协同工作，优势互补，完善工作系统的缺陷。最优化则是指方案最优化、作业最优化。在设计方案的时候就能通过大数据将不同设计方案进行整合，从而定出最优秀的方案，实现成本最优化、安全区最优化、性能最优化、运输最优化、施工最优化。

4 展望与思考

不论是国家支持的力度，还是对环境的友好度，都让我们看到了装配式建筑智慧建造的广阔前景，然而还存在很多亟待解决的问题，这是装配式建筑智慧建造发展过程中不可忽视的问题。

①智慧建造目前依托于互联网信息与人工智能。这两者都是成本较高的技术，很难在全国各个地区普及，很多廉价的人工劳动力要远比智能化的科技节省成本。成本问题得不到解决的话，很难在装配式建筑智慧建造上寻求新的突破。

②装配式建筑各个流程是在不同的单位完成的，在生产过程中如何保证各个工厂的施工工艺、加工精度、加工速度等，还缺乏有效的监管措施，尤其是由此导致的安全性问题，更是不可忽视。