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。

 

 

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。

 

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。 

 

 

 

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。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。