裝配式PC工廠的智能制造思考與實踐

【摘要】現階段裝配式建筑仍采用現澆混凝土的思維方式，在設計和生產階段標準化程度和自動化程度較低，沒有體現工業化快速生產的優勢。結合國家政策及市場需求，智能制造已經成為裝配式建筑行業的未來發展趨勢。可通過BIM技術、工業互聯網、大數據、AI計算與決策等信息技術應用同工業制造機器人等自動化設備相結合，實現裝配式建筑設計、生產、施工智能化水平的跨越式發展。

【關鍵詞】裝配式建筑; PC構件; 智能制造

【中圖分類號】TU741.2【文獻標志碼】B

［定稿日期］2022-12-07

［作者簡介］侯飛（1994—），男，本科，工程師，研究方向為裝配式建筑智能制造、裝配式建筑工廠工藝規劃設計、裝配式建筑工程建筑設計、裝配式構件生產和安裝。

0 引言

隨著社會經濟發展，建造模式及管理模式不斷優化、升級、迭代，新型建筑工業化與智能制造協同發展已成為建筑業發展的必然趨勢。近年來，國家各部委相繼出臺了促進新型建筑工業化與智能制造協同發展政策，如2020年和2022年相繼出臺的《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》和《“十四五”建筑業發展規劃》等相關政策均明文提出了智能建造和新型建筑工業化協同發展方向和要求。作為裝配式建筑部品部件供應商，如何有效融合部品部件生產與智能技術，實現PC構件的智能生產和提質增效是值得思考和探索重要課題。

1 裝配式建筑智能制造發展現狀

1.1 智能制造定義

以BIM和IOT平臺為基礎，實現裝配式建筑管理業務與生產業務之間、生產業務與基礎信息管理平臺之間信息數據互通互聯，形成數據自動閉環收集，在數據中心形成云端報表和智能決策看板。同時，可在大數據、AI計算、工業互聯網以及智能工廠的基礎上，開展標準化、自動化、數字化建設，實現智能化的客戶引導、體驗與交互，實現智能排程、設備與生產過程智能化，實現智能存放與運輸供應管理智能化（圖1）。

1.2 智能制造現狀

1.2.1 標準化程度低

國內裝配式建筑經過半個多世紀的發展，已經廣泛運用于房屋、市政、工業、公共等建筑，但在發展過程中仍然存在許多不足之處，設計、生產、施工、監理等多方單位均沒有形成一整套完整且契合實際的的裝配式建筑技術標準化體系來指導PC構件標準化設計、生產、施工和驗收，各方市場主體“各自為戰”，大有“百家爭鳴、百花齊放”之勢。標準化程度不高，不同項目甚至同一項目的不同樓棟，其疊合樓板的尺寸、配筋、水電點位都不盡一致，造成PC構件在設計、生產、施工各環節均突顯不同矛盾，此種情況阻礙了裝配式建筑標準化推行、實施，也在一定程度上制約了裝配式建筑智能制造的發展、升級。

1.2.2 生產效率低

國外裝配式建筑整體發展較為先進，通過設計生產一體化管理軟件實現PC構件從設計到制造再到施工所有環節數據互聯互通，已基本實現PC構件工廠化、自動化生產。我國裝配式發展初期，在政策的引導下引入了一批國外自動化PC構件生產線，同時提倡全流程BIM管理，但現階段建筑設計、結構設計、PC構件深化設計以及水電設計對BIM的精度和深度要求不一致，導致各環節均需建立獨立BIM模型，造成各環節數據獨立且存在數據孤島的問題。基于此種情況，PC工廠需投入大量人力完成數據傳輸工作，但此種方式的周期長、效率低，準確率無法得要有效保證，導致整體生產效率低下。

1.2.3 生產成本高

裝配式建筑設計、生產與施工是一體化管理流程，同時各環節的需求又各有不同，現階段初始建筑設計技術人員對裝配式技術體系了解不夠深入，對預制構件生產企業所采用的設備、工藝、實際情況缺乏完整的了解。經過深化設計的PC構件普遍存在的不同項目構件尺寸通用性不強，配筋種類較多，尺寸標準化程度不高，無法實現批量生產。而模具通用性不強，水電埋件設置規則不一致，導致預制構件生產成本增加，失去了裝配式建筑其本身所具備模塊化生產、施工效率高、建造成本低的優勢。

2 裝配式智能制造實踐

2.1 標準化設計

BIM建模技術是建筑領域產品建模及應用技術，是以三維模型為基礎，對建筑全生命期各環節的的需求信息進行機構化展示和表達，同時支持建筑各參與方進行信息共享［1］。建筑行業智能化發展，必須要具備標準化以及模數化特點，實現標準化設計后，裝配式部品部件即可進行批量化生產，還可同步提升整體建造效率以及節約建造成本。因此要通過BIM正向設計、全專業全過程協同設計，實現智能的PC構件深化設計、裝配式方案設計和裝配式建筑整體設計。

標準化設計不能以標準設計一以概之，要通過模數化進行模塊化組合，達到建筑產品單元多元化。因此可通過統一的部品部件庫以及BIM模型，在充分考慮PC工廠資源配置、生產工藝以及現場施工工藝等情況下，形成PC工廠標準化設計準則。實現標準化設計，需要通過初期建設相較統一的數字設計平臺，通過資源合理配置，實現裝配式建筑設計、生產、施工各環節數據銜接；并通過規范BIM模型和數據儲存要求，實現對設計、生產的技術支撐、指導［2］。

2.2 精益化生產

精益生產作為一種管理思想和管理體系，其目的就是消滅生產過程中存在的一切不必要浪費，實現以最優的資源投入獲得最大的利益，再通過不斷改善、提升周而復始。PC工廠可通過精簡PC構件設計、生產、施工、管理過程中一切沒有附加產值的工作，實現品質提升、成本降低、效率提高。

精益生產作為信息化生產的基礎，需通過精益生產管理優化、完善管理體系及流程，明確智能制造的最終目標。可通過6S、工藝改進、標準制定、持續改善等環節逐步提升整體生產效率，減少作業、管理浪費（圖2）。

2.3 信息化管理

信息化管理是利用先進通信技術將設計軟件、生產管理系統、生產控制系統、設備控制系統等信息系統有機聯結，實現技術信息數據互聯互通。同時，信息化管理也是PC構件生產過程實現自動化和智能化的基礎和必要條件。

信息化管理系統主要基于過程數據收集實現產品生產過程的制度化、規范化和透明化，解決生產操作過程的隨意性。并通過過程質量控制，確保PC構件生產過程質量可控、信息可追溯。質量管理信息化本身無法直接提升產品質量，但通過此種模式可使質量管理效率得到提升，從而減少PC構件產品的不合格率［3］（圖3）。

2.4 智能化制造

以滿足客戶需求、提升工作效率為目的，通過標準化、自動化和數字化建設，實現PC構件客戶、訂單、計劃、生產、交付全流程的自動交互與數據傳輸。

2.4.1 生產計劃智能化

系統匯總客戶需求訂單，綜合考慮生產所需的全部要素，通過大數據分析以及云計算自動形成總體生產計劃、材料計劃、采購計劃并自動推送至供應商。同時系統可對訂單需求的人、機、料等生產資源進行自動分配，降低資源浪費，實現生產的最優配置。

2.4.2 生產過程智能化

生產管理系統將生產計劃、構件圖紙、工藝參數、物料清單等信息下發至設備管理系統。鋼筋設備依據物料清單完成原材料的自動剪切、折彎、焊接、成網等。其次利用工業機器人完成自動布模、模具平面相對坐標、鋼筋網片自動放置和自動放置預埋件等，并將信息傳遞至下工序，實現組模智能化。隨后系統依據生產進度自動生成混凝土計劃傳遞至攪拌系統按需生產并配置生產線，布料設備根據組模工序模臺構件布模坐標信息實現自動布料、自動振搗和拉毛，實現布料“無人化”。最后設備管理系統根據模臺構件信息智能調度模臺運輸、暫存、入窯和出窯，減少時間等待浪費，提升養護窯利用率。

2.5 智慧化施工

以客戶服務為中心，搭建智能信息化系統，實現智能物流、智能交付、智能裝配。通過數字模型解決PC構件物流運輸、貨物簽收、訂單結算、吊裝指導以及安裝質量檢測等問題，實現PC構件施工過程智慧化。

客戶可通過手機APP、小程序等在線下單，真正實現按需生產；搭建客戶可視化平臺，開放廠內相關視頻監控，可實時查看訂單進展情況，實現客戶全流程參與，增強客戶體驗。

應用自動識別對比技術和GPS技術等物聯網技術，搭建物流信息數據平臺，實現運輸線路自動規劃、物流位置自動查詢、到達時間精確預測、物流異常及時預警等，提升物流效率和服務水平。其次，通過將傳統票據電子化，改變常規交易模式，實現客戶線上下發訂單、產品簽收、結算確認和供應評價。最后，以數字化模型為載體，集成設計、生產、安裝信息，將實際與虛擬相結合，通過數據共享，實現PC構件全生命周期的數字化、精細化和可視化管理（圖4）。

3 結束語

綜上所述，裝配式建筑在“雙碳”以及建筑業轉型升級的時代特性下，智能化協同發展是既定目標也是發展方向。本文對裝配式建筑的智能制造建設提出了一種解決方案和實施路徑，可通過標準化設計、信息技術管理和自動化設備應用，逐個擊破裝配式建筑智能制造發展過程中的“痛難點”，最后通過共享和集成數據，實現PC構件設計、生產、施工全生命周期的數據互聯互通，最終實現裝配式建筑智能制造的目標。

參考文獻

［1］ 馬智亮，楊之恬.基于BIM技術的預制構件生產管理系統框架研究［C］.//第一屆全國BIM學術會議論文集.2015：127-131.

［2］ ［作者不詳］.全國首個裝配式建筑智能制造“云平臺”上線 ［J］. 智能城市，2020，6（17）：70.

［3］ 周沖，鄭義，劉根民，等.信息化在預制構件生產過程質量管理中的應用［J］.施工技術，2020，49（5）：76-79.