“互聯網+”助推智慧建造健康發展

文｜本刊記者 王景

2017年2月，國務院辦公廳印發《關于促進建筑業持續健康發展的意見》，提出推廣智能和裝配式建筑。堅持標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用，推動建造方式創新，大力發展裝配式混凝土和鋼結構建筑，在具備條件的地方倡導發展現代木結構建筑，不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%。在新建建筑和既有建筑改造中推廣普及智能化應用，完善智能化系統運行維護機制，實現建筑舒適安全、節能高效。

隨著科學技術的發展以及人們逐漸提高的節能環保意識，裝配式建筑受到了極大的重視，并成為國家發展的重要戰略。目前，發展裝配式建筑由國家強力推動、地方政府積極跟進、社會積極響應，全國各地興起以裝配式為載體的新一輪熱潮。多個省市出臺發展裝配式建筑配套政策，以大企業為龍頭，社會力量積極參與，裝配式建筑在全國范圍內得到大范圍推廣和應用。

我國大力推進裝配式發展，是創新、協調、綠色、開放、共享理念指導下實現建筑業綠色發展。中國目前是世界上既有建筑和每年新建建筑量最大國家，數據顯示，2016年1～7月我國房屋竣工面積總計4.6億平方米，其中裝配式建筑比例不足5%，與國際先進水平相比還有比較大的差距。

當前，裝配式建筑設計、加工生產、施工裝配等產業環節脫節，完整的混凝土預制裝配技術標準體系沒有形成，建筑的設計、構件生產、裝配施工、裝飾裝修和驗收環節標準缺失，全產業鏈關鍵技術缺乏且系統集成度低。與發達國家相比，我國的裝配式建筑相關標準數量遠遠達不到發達國家的水平。

以技術為抓手 實現裝配式建筑構件智慧生產

對于裝配式建筑來說，非常重要的一個環節就是要在工廠中進行建筑構件的生產。目前整個建筑行業內所倡導的裝配式建筑、建筑工業化，其核心要素之一——建筑構件究竟是怎樣生產的呢？通過對國內主要的構件生產廠商實地調研發現，目前預制構件生產手段落后，管理方式粗放。總結而言，預制構件生產目前存在的關鍵問題是工作效率低，不能有效利用產能，進度可控性差。

針對上述問題，需要充分利用“互聯網+”技術，包括BIM技術、物聯網技術、移動終端、大數據等，同時基于核心算法優化算法，形成一個新愿景，基于新愿景來研制預制構件生產過程優化管理系統。通過管理系統的應用，支持實現生產過程的最優化決策，并對構件生產進行實時跟蹤和管理。

互聯網+裝配式建筑智慧生產有三個愿景，首先是要實現基于BIM的建筑構件流水生產的自動化，很多建筑構件已經可以實現這一愿景，像板類建筑可以完全實現流水線的自動化生產。當然，有的構件實現不了這一愿景，則要實現基于BIM的梁柱類預制裝配式建筑構件生產半自動化，比如說梁和柱目前不能實現流水線生產，鋼筋部分需要人工捆綁，捆綁的正確與否則可以利用圖像技術進行檢驗，對鋼筋骨架連續拍攝多張照片后進行自動的模型重建，再和BIM模型進行比較，從而提高構件生產的半自動化水平。第三個愿景則是實現基于BIM技術、物聯網技術和GIS技術的預制裝配式建筑構件精細化生產、庫存及配送管理。在生產過程中將構件貼上RFID，構件生產出廠后，構件入庫的相關信息會自動被讀取并錄入信息系統；在庫房中檢查庫存，以及構件的出入庫等相關信息都可以從信息系統中進行查詢。而將構件從庫房運輸到現場，這一過程中不僅包括構件的在途信息，還包括運輸車輛位置信息等，這些相關信息都可以用信息技術進行很好的管理。

上述愿景要怎么具體實現呢？實際上結合國家863項目已經開展了相應的系統開發工作。清華大學土木工程系教授馬智亮對記者介紹說：“目前我們開發了一個基于BIM的預制構件生產過程優化管理系統，這個系統已經通過了住房和城鄉建設部信息中心的測試，并獲得了軟件注冊權。這個系統是基于網絡的，要安裝在服務器上，在每個工位和每個管理人員那里都有它的客戶端，同時每個工位、每個構件都要貼RFID；系統對于質檢員、配送員等崗位還應用了移動終端。”

實際上，構件生產包括生產方案的制定、構件生產、構件的存儲、構件的交付等多個階段。基于BIM的預制構件生產過程優化管理系統所開發的相關模塊目前已經形成了工作流，并能覆蓋主要的生產環節和管理環節。以生產計劃管理為例，根據這個系統提供的功能，可以生成最優的計劃。根據現場的變化，利用傳感器技術進行跟蹤，還可以對計劃進行優化調整，同時根據優化調整又可以進一步對物料進行重新調配。

基于BIM的預制構件生產過程優化管理系統也可以用于質檢過程，控制質量的整改，并對成品管理和配送管理進行管控。此外，該系統具有組織權限設置功能，用以管理用戶登入登出、組織機構及用戶設置、用戶權限管理等；車間信息設置功能，能夠進行設備信息設置、模具信息設置、人員信息設置、模臺信息設置、生產線信息設置和堆場信息設置等；生產訂單管理功能，能夠實現訂單信息管理、訂單跟蹤管理、項目跟蹤管理；作業計劃管控功能，能夠對作業計劃進行查看，對工序耗時進行設置，制定、調整作業計劃；物料調配管理功能，可以對物料調配路徑進行規劃，獲取物料調配任務，物料調配記錄；生產工序管理功能，獲取最新生產任務，管理預制部品各工序生產過程，對生產突發情況進行上報等；成品堆場管理功能，能夠管理成品存儲，查看存儲構件；成品配送功能，可以管理構件配送，查看構件配送情況等。

基于新愿景 形成新的生產模式

目前，基于BIM的預制構件生產過程優化管理系統在五和萬科長陽天地項目中進行了試用。該項目位于房山區長陽鎮，應用裝配整體式剪力墻結構體系，主要預制類型包括外墻板230件，疊合板440件。利用該系統，可以對上述構件生產、存儲以及配送過程進行模擬管理。

在具體應用過程中，系統管理員首先按照生產設備、生產線的情況進行系統配置，比如說要配置幾條生產線，每條生產線有哪些環節，同時還要配置總共有多少模具。當系統配置好后，系統就可以正式使用了，調度人員首先要接受訂單，將訂單在系統中建立，包括項目名稱、具體型號、數量等信息，同時錄入BIM模型。

有了上述相關信息后，系統就可以自動生成作業計劃。過去，調度員需要手動制定相關計劃；現在，只要輸入初始條件，系統就能自動建立起作業計劃。工人在每一個工位上都配備了顯示器，可以看到當前的任務清單并可以上報生產事故。過去，工人要看圖紙進行生產；現在，工人可以看BIM模型也可以看圖紙，方便工人對生產構件和生產要求進行深入了解。

在具體生產過程中，工人要給每個構件加上物聯網的標簽即RFID，系統將RFID標簽放在了構件里面，使得在外面就能讀取它的信號，同時不會在生產環節或者安裝環節被損壞。當工人完成生產后，就要進行質量檢查，這一環節由質量員進行操作，質量員只要拿著移動終端就可以讀出來是哪一個構件，并輸入質量檢查合格還是不合格的信息；當質量檢查完成后，所有項目的相關人員都可以同步在系統內看到質量信息。對于生產計劃的具體執行情況，相關人員可以通過系統進入訂單進度的管理界面，能夠看到項目完成訂單生產計劃的情況，可以直觀的看到生產到哪一層，這一層已經生產出來的構件有哪些，已經運到現場的構件有哪些，這些信息都可以通過BIM模型進行查詢。

當然，在生產過程中也會出現一些意外，例如設備故障、生產效率降低等情況，針對這些意外情況可以在系統內進行匯報，調度員會第一時間看到匯報情況，并對計劃進行調整，從而保證交付時間。根據新的計劃，系統也會自動生成物料的調配計劃，物料運輸員可以在移動終端里面看到他應該從哪個站點拉材料送到哪一個站點。在存儲階段，相關人員也可以在系統內查詢到構件的具體型號以及所屬項目等信息；在配送階段，所有的配送員可以在移動終端里查看到相關配送任務、配送地點、聯系人等信息。

基于BIM的預制構件生產過程優化管理系統的技術含量體現在優化技術的應用，包括作業計劃的制定、作業計劃的調整和物料的重新調配計劃。優化技術實際上比較復雜，其中作業計劃最優化需要結合新問題，對既有研究進行分析，并在新系統上進行改進；具體的優化目標包括工作站閑置時間最短、違約費與庫存成本最少、生產總時長最短、減少工作站生產內容等。作業計劃最優化調整的優化目標則包括違約費與庫存成本最少、生產總時長最短、物料調配工作最少和所使用產能余量最少等。物料重調配路徑最優化規劃的優化目標包括載具行進總路程最短、急需物料優先調配等。總結而言，基于BIM的預制構件生產過程優化管理系統基于新愿景，充分利用“互聯網+”技術形成新的生產模式，通過新系統對生產過程進行管理。