關于裝配式建筑發展的幾點思考

丁 勇

(建研科技股份有限公司設計軟件事業部，北京100013)

60年代，世界大戰之后為解決“房慌”而興起于歐洲、日本的裝配式建筑，并沒有與建筑信息相結合。進入80年代，隨著人口的增加以及對住房的改進需求，裝配式建筑在我國也逐漸推廣開來，尤其是工業廠房、民用建筑的生產更是大量采用裝配式，1987年還批準了《建筑數模協調統一標準》和《廠房建筑模數協調標準》。近兩年，隨著計算機技術的進步，國內BIM(建筑信息模型)的普及，BIM軟件對建筑信息數據的管理有了一個質的飛越，信息化會推動工業化發展，裝配式建筑的標準化設計與生產有了統一制式，對BIM的發展起到很好的促進作用。

機械領域的進步與研究自近代以來就是土木建筑的參考對象，這是一種領域與另一種領域各自發展后形成的關系，機械生產進入平臺級的腳步是裝配式建筑構件的生產所要跟隨的前瞻性目標。機械配件的信息化在方案、設計、生產、裝配、維護階段的應用，更是裝配式建筑構件未來所要達到的管理水平。機械領域軟件公司致力于為機械設計的機電一體化整合提供整套的解決方案，也是BIM軟件追求的多專業協同的參考目標。

本文主要目的是參照現階段機械領域的幾個信息化與工業化關鍵概念，思考建筑主要是裝配式建筑發展方向與解決的問題。

1 裝配式建筑的方案設計

建筑設計的過程是復雜的，涉及到方方面面的問題，但建筑的作用一般只有一個，是做住宅、辦公、商場、還是劇院。此過程一般都是建筑外觀設計，明確設計任務，考慮到建筑信息化，主要是建立項目的工程信息。最好還能給詳細設計軟件提供統一的設計模板，模板可以是一個配置文件，可以是一個數據庫，里邊規定了本項目中應用的一些構件屬性的限制值。比如使用的入戶門寬不能小于多少，梁、柱的承載力不能小于多少等等。設計室負責人將從設計師的草圖中挑出相對較好的創意，通過各種繪圖軟件進行精細效果圖的繪制，建筑項目的信息化從這里的開始。

2 裝配式建筑的詳細設計與并行化

設計精細的效果圖的目的是為了進行詳細設計，數字模型工程師能夠使用BIM軟件使建筑模型由精細效果圖變為三維建筑信息模型。這種模型包含各種基本的建筑構件以及構件的尺寸、材料、強度等等物理特性。在裝配式建筑的詳細設計的過程中，基本包括三個專業:建筑、結構、設備。BIM軟件的發展使建筑、結構、設備進行并行設計成為可能。

2.1 構件的詳細設計、分析與制造流程

裝配式建筑的模型的建立是一個建筑信息模型，應包括裝配體、子裝配體和單個設備等相關的所有數據，都會與三維模型的數據聯系在一起，包含在一個統一的建筑信息模型中，同時連裝配體如何裝配，裝配的順序都會有所說明。在裝配式建筑的設計過程中，有包括建筑構件設計、構件生產工藝、構件裝配工藝、后期的構件維護工藝人員參與其中。經過BIM軟件系統仿真后獲得結果，知道滿足需要為止。流程如圖1所示:

圖1 裝配式建筑構件的設計過程

模型中使用的構件(也就是裝配體)分為兩部分:

(1)軟件中已有的構件，軟件中使用的構件一部分是軟件中已經保存的構件，這部分構件的物理特性在各種工況下已經得到驗證，或者已經應用到即有的實際工程中;

(2)模型中要添加的新產生的構件信息會在軟件中保存(并可導出到其他BIM軟件)，進入到其他的BIM軟件進行整體與單體分析，流程如上圖所示，得到滿意結果后，新產生的構件變成已有構件。

整體建筑模型完成后，所有的構件信息，包括統計量都會發布到制造端。針對每一個構件產生一個二維碼，記錄構件本身的全部建筑信息，包括樓層、尺寸、材料等等建筑信息，等制造端完成構件后，構件貼上二維碼，運輸到現場組裝。

2.2 設計領域的改變——并行化

并行工程已經在制造業十分成熟了，但在建筑行業，并行工程的提法還很少見，并行技術是綠色建筑與市場競爭的必然選擇，建筑設計的并行化是面對建筑領域的綠色倡導，同時降低成本，縮短時間的唯一捷徑。

實現并行工程，需要建立一個并行工程集成管理環境(如圖2所示)。其中關鍵方面包括以下幾點:

(1)建筑軟件(包括建筑、結構、設備專業)的信息化。BIM軟件的大力發展，為并行工程提供統一的協同平臺與數據管理平臺，便于各個專業充分在數據層面表達自己的設計。

圖2 建筑并行工程設計環境示意圖

(2)建筑的詳細設計過程改變。詳細設計過程變成一個類似敏捷開發的過程，逐次修正迭代。一個項目在詳細設計階段由眾多專業的工程師參加，每個專業都會對模型做出本專業的修正，但每次修正表現在整體的模型上不一定總是積極的，出現消極沖突的時候，就需要相關專業的人員對修正進行討論迭代，趨向于共同解決消極修正，以此避免建設過程中的設計沖突返工。

(3)分布式管理、統一協調、持續的跟蹤，也就是人的作用。隨著并行工程的進行，工程內部系統復雜程度進一步加劇，問題也多樣化，分布式管理便于信息收集、統一協調，并與信息整理，持續跟蹤便于問題的解決。

隨著BIM(建筑信息模型)技術的大力推廣，相信并行工程一定會得到重用。

3 裝配式建筑的全壽命周期中的BIM與射頻技術

裝配式建筑的統一制式，有利于BIM軟件的管理，同時裝配式建筑的大空間的移動離不開BIM(建筑信息模型)技術和射頻技術的大力支持，射頻技術是BIM數據從虛擬三維計算機空間輸出到現實的捷徑，兩者都是裝配式建筑轉向綠色全壽命周期建筑的關鍵技術(如圖3所示)。

圖3 裝配式建筑、BIM、射頻技術示意圖

3.1 BIM 技術

BIM技術是建筑工程全壽命周期的核心管理技術，避免在虛擬的三維空間中產生階段性的信息孤島。建筑設計多專業協同與建筑全壽命周期的數據管理是BIM技術的優勢，裝配式建筑需要的管理系統正式這樣管理系統。BIM以裝配式建筑全壽命周期的數據為核心，對裝配體、子裝配體和單個設備等相關的所有數據繼續管理，同時提供通用有限元分析軟件的接口，便于導入數據到分析軟件進行建模計算，也可以實現一些耦合軟件，在整體與構件之間做分析。

3.2 射頻技術與物聯網技術

射頻技術能隨時隨地的記錄構件的幾何、物理信息。因裝配式建筑是在工廠內生產，項目地組裝，會涉及到構件的生產、倉儲、物流、安裝與驗收，各個環節都需要能隨時識別出構件的身份，避免產生階段性的信息孤島，減少人工信息錄入出錯的可能性，有利于BIM模型信息及時更新。同時射頻技術有利于工程材料的物聯網監控管理，極大方便構件的動態運輸。

3.3 維護的技術難點

在裝配式建筑的全壽命周期中，建筑的維護、加固是不可忽視的問題，輕型裝配式物流中心倉庫有過替換的實際工程，但是又太多裝配式建筑還沒有發揮出這一優勢。如何找到那個合理的“千斤頂”是裝配式建筑能夠像機械一樣做替換的關鍵。

4 結論

本文主要研究了裝配式建筑在發展方向以及在設計、維護與全壽命周期的過程中的幾個關鍵技術。參照機械領域現有的一些技術，提出了對裝配式建筑發展的幾點看法，尤其是并行工程。并行工程用到建筑領域以前幾乎是微乎其微的，可能是建筑行業的先天優勢決定的，建筑行業從最開始的搭建木棚就是串行，并沒有什么不妥。隨著計算機在建筑領域的應用，BIM軟件與射頻技術的發展，并行工程未來會使裝配式建筑得到極大的發展，希望裝配式建筑的標準盡快到來，組合建筑、制造建筑已經不再是遙不可及的目標。

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