装配式建筑智慧建造应用研究

袁海天

（中国建筑第二工程局有限公司华东分公司）

1 引言

2013年，德国首先提出“工业4.0”的概念：人们将迎来以信息物理融合系统为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。“机器自组织”要求机器不但智能，还要能沟通和协调。作为与工业联系最为紧密的建筑业，高度智慧的建筑建造必将成为未来的发展趋势[1]。

2 智慧建造相关概念

智慧建造是智慧城市、智能建筑发展的拓展和外延，指在建筑建造过程中利用智能技术及数字信息技术，通过搭建和应用智能化系统，提高建筑建造的智慧化水平；在减少人为操作的同时，实现安全建造，节约建造成本、提高建筑质量。

智慧建造以智能技术及数字信息技术为抓手进行架构：感知层，物联网、定位技术；传输层，互联网、云计算等技术；分析层，数据、人工智能等技术和移动终端、触摸终端等技术；记忆层，BIM、GIS等技术。此外，还有三维激光扫描、三维打印、机器人等技术。这些技术的综合利用使智能化系统具有灵敏感知、高速传输、精准识别、快速分析、优化决策、自动控制、替代作业等特征[2]。

智慧建造的应用主要有智慧组织、智慧设计、智慧制造和智慧施工。本文结合具体实践项目，重点介绍建筑工程项目的智慧施工。智慧施工可实现高质量施工、安全施工以及高效施工。

3 装配式建筑智慧建造具体实践和应用

3.1 项目概况

南京百水工业园保障房一期项目是南京市“十三五”规划建设首个开工的重点保障房工程，项目位于南京市栖霞区，建筑面积28.7万m2，包括19栋高层住宅及地下车库、4栋单体商业楼，配套设施有6个配电房以及门卫房。其中，19栋高层住宅楼均为装配式剪力墙结构。

3.2 智慧建造应用

本项目首先搭建了智慧工地数字项目管理平台，将项目信息集成汇总，包括项目概况、BIM建造、安全管理、劳务管理、质量管理、环境监测、监控系统、物料管理等内容，便于管理、方便查阅。具体应用有爬架荷载的实时监测、消防水的实时监测、BIM模型的构建等。

3.2.1 爬架荷载实时监测系统

传统爬架通过WiFi局域网控制爬架的升降，不能远距离实时监测爬架系统的荷载情况，此系统有一定的局限性。随着距离的增大，管理人员接收到的信号会逐渐减弱，甚至不能接收到信号。

爬架智能监测方案基于NB-IoT物联网技术，运用感知化、互联化、智能化的手段，全天24h监测各种物联网设备的动态运行状态，并将监测到的数据实时传至智能设备管理平台（见图1）。监测到预警信息时，系统可通过电话、短信、移动端等多种方式分级别、分权限实时推送给管理人员和相关主管部门。利用“感、传、知、用”等物联网技术，综合RFID、无线传感等技术，为监测爬架荷载提供技术支撑。本项目所用智能爬架控制监测系统由重力传感器、NB-LOT信号数据线、物联网云平台、手机app系统组成。在超极限荷载状态下保护停机，整体升降过程中超15%、30%动态荷载警示及停机保护，并在手机app中用不同的颜色加以区分。

图1 爬架智能监测方案

3.2.2 消防水系统智能监测方案

消防水系统智能监测系统基于NBIoT/LoRa物联网技术，运用感知化、互联化、智能化的手段，全天24h对消防水系统的管网压力、阀门开关、水箱液位、消火栓水压和位置进行智能动态监测，并将监测到的数据实时传至消防水系统智能监测平台，可解决管网无水或欠压、管道堵塞、管道破裂、阀门误关闭、消火栓被破坏、设备运行故障等状况出现时无法监管的问题，使消防设备状态可直观展现，提高救火效率，规避事故风险，降低管理成本，为消防安全监控管理提供高效辅助手段（见图2）。

图2 消防水系统智能监测系统

此方案的优点：

①消除消防安全隐患，解决了人工巡检和摄像头无法监测消防管网管道内部压力的问题，从根本上保障了消防水系统的可用性；

②降低设备被盗风险，通过对消火栓等设备定位和状态的及时报警，有效防止消防器材被盗；

③构建消防责任体系；

④快速覆盖消防盲点。

3.2.3 环境监测

环境监测系统与现场围挡喷淋系统关联，扬尘值超过允许范围会发出预警通知，同时自动开启围挡喷淋装置，有效降尘、节约用水，符合绿色施工的标准。

3.2.4 BIM技术

1）工程施工进度模拟

通过软件建立建筑、结构的BIM模型与施工进度相关文件，对施工过程与施工场地布置情况进行动态演示，直观整个施工过程，并进行可视化管理，同时也实现了4D施工进度模拟的目标。

2）预制构件拼装精细化

为达到构件整体拼装的严密性，避免因累计误差超过允许偏差值而使后续构件无法正常吊装就位等问题的出现，构件排产前通过3D实体模型进行图纸深化，对预拼装、结构冲突等问题进行预警。

3）机电管线碰撞分析

通过建立BIM模型，在施工前期进行管线碰撞检查、优化原有图纸设计、提高图纸阅读效率。同时，运用BIM技术交底，形象直观，能有效指导后续施工，达到管线综合的优化布置。

3.2.5 地坪研磨施工机器人

本项目通过使用地坪研磨施工机器人，解决人工地坪磨平效率低、耗费高、标准化程度低的问题，同时也保证了施工的安全性，减少扬尘。

3.2.6 生活区智能防火方案

生活区智能防火解决方案基于NBIoT物联网技术，运用感知化、互联化、智能化的手段，全天24h监测各种物联网设备的动态运行状态，并将监测到的数据实时传至家庭消防智能设备管理平台，为生活区消防管理难点区域提供火灾监控及预警的有效辅助手段。监测到预警信息时，系统可通过电话、短信、移动端等多种方式分级别、分权限实时推送给业主和相关主管部门。

此方案的优点：①消除消防安全隐患，全面降低火灾风险；②完善消防报警机制，使消防管理便捷。

3.2.7 安全教育体验区

设置BIM-VR安全教育体验区，VR技术融合3D影像投影技术，对施工现场的隐患排查、消防灭火等进行体验，做到沉浸式感受，让施工人员更直观了解当事故发生时如何处理，时刻铭记安全第一。

4 结语

综上所述，虽然智慧建造是近几年才出现的理念，但随着物联网、BIM等信息技术的高速发展、推广和应用，已经在部分工程项目中取得了成功经验。