基于智慧建造技術(shù)的裝配式建筑發(fā)展研究

張?jiān)品? 鄒敏 孫超 羿倩 王鑫

摘 要：我國為了貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念，裝配式建筑成為整個(gè)建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文通過闡述裝配式建筑的概念以及國外裝配式建筑的發(fā)展歷程，對國內(nèi)的裝配式建筑優(yōu)缺點(diǎn)及其發(fā)展的優(yōu)勢和阻礙進(jìn)行分析，并且通過結(jié)合目前大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù) 和BIM等技術(shù)的應(yīng)用對中國建筑業(yè)裝配式建筑的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞： 裝配式；BIM；云計(jì)算；建筑；發(fā)展趨勢

一、緒論

改革開放40年以來，建筑業(yè)仍然是采用勞動(dòng)密集的現(xiàn)場生產(chǎn)的建造方式。由于能源短缺和勞動(dòng)力短缺，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已不能滿足現(xiàn)代的發(fā)展要求。而且企業(yè)之間的競爭往往是在低層次的價(jià)格競爭上，致使建筑產(chǎn)品競爭力的發(fā)展空間逐漸縮小，傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式下的建筑行企業(yè)的優(yōu)勢正在失去，因此，如何進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，提高施工企業(yè)競爭力是一個(gè)亟待解決的重要問題。

預(yù)制建筑將改變傳統(tǒng)建筑的落后生產(chǎn)方式。在安全生產(chǎn)方面，預(yù)制建筑可以完全控制整個(gè)施工過程，減少安全隱患；在建筑質(zhì)量方面，可以解決傳統(tǒng)建筑方法中的泄漏，精度差等問題，確保工程工程的質(zhì)量和安全；在施工進(jìn)度方面，預(yù)制建筑可以大大縮短施工期，不受季節(jié)惡劣天氣的影響；在成本方面，建筑過程中通過大數(shù)據(jù)分析和BIM5D平臺跟蹤進(jìn)度進(jìn)行成本控制從而減少總投資。

（一）裝配式建筑的概念

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們?yōu)榱颂岣呓ㄖ纳a(chǎn)效率和品質(zhì)，把在施工現(xiàn)場外預(yù)制好的構(gòu)件運(yùn)往工地，組裝，使房屋可以像機(jī)器生產(chǎn)一樣批量生產(chǎn)，這就是預(yù)制建筑的概念。

（二）日本裝配式建筑的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

作為一個(gè)亞洲國家，日本的預(yù)制建筑是世界領(lǐng)先者。它在預(yù)制建筑中的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，日本在20世紀(jì)中期首次提出了預(yù)制建筑的概念。當(dāng)時(shí)由于勞動(dòng)力短缺，而住房需求卻激增，在這種情況下考慮了裝配式建筑。

從1950年到1973年，它是日本預(yù)制建筑發(fā)展的開始，基本滿足了住房需求。這為他們提供了住房的保障，住宅的類型從低價(jià)追求型發(fā)展為規(guī)格量產(chǎn)型。同時(shí)，日本通過立法確保混凝土構(gòu)件的質(zhì)量，并制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)政策，逐步形成統(tǒng)一的模塊化標(biāo)準(zhǔn)。它解決了標(biāo)準(zhǔn)化，大規(guī)模生產(chǎn)和多樣化需求之間的矛盾，進(jìn)入了良性循環(huán)的發(fā)展軌道。1973 - 1985年是日本預(yù)制建筑的高級時(shí)期，其標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足新時(shí)代人們的需求。人們的基本住房需求提升了，要求住房美觀，功能齊全，設(shè)備完善的房屋建筑。從1985年往后日本的裝配式建筑已趨向于完善階段，隨著人們對高質(zhì)量的住房要求，日本推出了高效率，空間內(nèi)部可變的裝配式結(jié)構(gòu)，同時(shí)向著資源循環(huán)利用、綠色環(huán)保的方向發(fā)展。

日本建筑物的層數(shù)越多，工廠預(yù)制的比例越高。小于九層的住宅，全部現(xiàn)澆的方式來建造；不高于20層的住宅，會(huì)用半預(yù)制；如果超過20層，將包括所有預(yù)制梁和柱。其原因在于考慮到模板的使用和成本的控制，日本預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)不是純粹的制造結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆處理應(yīng)用于關(guān)鍵框架梁柱節(jié)點(diǎn)和板坯疊加層，這不僅增加了結(jié)構(gòu)的完整性，它解決了 HVAC，供水和排水系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)等建筑和設(shè)備的要求。

（三）我國發(fā)展裝配式面臨的問題

1.政府政策漏洞

雖然發(fā)展裝配式建筑早在前幾年就已經(jīng)得到了政府的支持，但是由于發(fā)展還不太成熟，政府的一些決策并不和裝配式建筑的發(fā)展相吻合。其一，預(yù)制混凝土構(gòu)件作為商品在經(jīng)銷的過程中，政府需要對其進(jìn)行征稅且稅收較高，導(dǎo)致原材料的成本與其他材料相比并不占絕對優(yōu)勢，對發(fā)展裝配式建筑也是一種阻礙。其二，政府對裝配式建筑的管理并未形成一套規(guī)范的管理體系，導(dǎo)致裝配式的各個(gè)階段都是獨(dú)立存在，并不能形成有效集中管理。

2.成本較高

制造預(yù)制建筑物中每個(gè)部件的成本很高。其中許多機(jī)械需要國家自主研發(fā)或者從國外進(jìn)口；我國還處在裝配式基礎(chǔ)階段，與其他發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距較大，因此各種前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)也需要耗費(fèi)大量的人力物力；并且我國人才培養(yǎng)機(jī)制不夠健全，所以國內(nèi)人才缺乏相應(yīng)的知識并且經(jīng)驗(yàn)不足，這就需要國家花費(fèi)大量精力進(jìn)行人才培養(yǎng)，裝配的人工成本也高于正常水平；再加上遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸成本等各方面成本的堆積，對我國發(fā)展裝配式建筑形成了巨大的阻礙。

3.管理不足

預(yù)制建筑的建造包括設(shè)計(jì)鏈接，生產(chǎn)鏈接，施工鏈接和維護(hù)鏈接。目前，只有極少部分的企業(yè)，可以生產(chǎn)出質(zhì)量上乘、符合標(biāo)準(zhǔn)的裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)件，產(chǎn)業(yè)整體落后，管理經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足。裝配式施工的各個(gè)方面涉及業(yè)主，設(shè)計(jì)公司，生產(chǎn)企業(yè)，施工單位等，每個(gè)環(huán)節(jié)必須形成一個(gè)完整的工業(yè)體系。而目前我國不管是設(shè)計(jì)還是施工的管理人員大多數(shù)習(xí)慣使用現(xiàn)澆的施工方式，在裝配式的管理方面心有余而力不足。

二、智慧建造技術(shù)

智慧建造技術(shù)就是結(jié)合當(dāng)下最為火熱的BIM、大數(shù)據(jù)分析及云計(jì)算技術(shù)，通過一系列的反饋與采取主動(dòng)措施優(yōu)化我們的管理方式，提升我們的工作效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的和諧發(fā)展，與大自然和諧可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。無論是行業(yè)還是企業(yè)、項(xiàng)目管理都在先進(jìn)的信息化技術(shù)系統(tǒng)支撐下，使經(jīng)營環(huán)境公平透明，企業(yè)項(xiàng)目管理高效精細(xì)。

三、基于智慧建造技術(shù)的裝配式建筑發(fā)展研究

（一）中國預(yù)制建筑在新技術(shù)浪潮中的機(jī)遇

在BIM技術(shù)和大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)迅猛發(fā)展的浪潮下，裝配式建筑將引來它最為重要的機(jī)遇——有可能部分甚至完全取代傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑模式。

誠如前言所述，我國裝配式建筑目前還處于發(fā)展階段，還有種種的缺點(diǎn)問題亟待相關(guān)的專家學(xué)者去解決，其中比較重要的兩點(diǎn)就是管理不足和成本過高。在BIM的發(fā)展下，管理層將項(xiàng)目管理與整個(gè)項(xiàng)目的生命周期聯(lián)系起來。從而將管理問題通過相關(guān)的BIM5 D模型和反饋—決策機(jī)制來解決，而成本過高則是由于不規(guī)范的生產(chǎn)工藝導(dǎo)致的。如果前期就通過建立相關(guān)的模型和相應(yīng)的族庫來規(guī)范每一個(gè)構(gòu)件的外形及做法，明確成本的落實(shí)之處，減少不必要的浪費(fèi)來控制實(shí)際的成本，這將大大完善相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈，使預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)合格率與安全性得到大幅的提升，這樣施工單位才能更放心地采用裝配式建筑技術(shù)來進(jìn)行施工作業(yè)。

而大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算技術(shù)相互結(jié)合能夠幫助相關(guān)技術(shù)人員分析裝配式建筑成本構(gòu)成的實(shí)際情況，通過分析并計(jì)算以往建筑的數(shù)據(jù)資料，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，就能尋找到每一個(gè)建筑項(xiàng)目之間的共通之處，將其作為參考，形成和建立與預(yù)制建筑相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)制建筑規(guī)范化甚至有望解決我國裝配式建筑目前只適用于中低層不適用于高層的問題。

（二）智慧建造技術(shù)在建筑上的運(yùn)用

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們每天接觸的信息量在不斷的增大，社會(huì)也從原來信息相對匱乏的年代進(jìn)入信息爆炸的時(shí)代。在此基礎(chǔ)上，如何從每天呈指數(shù)爆炸式增長的數(shù)據(jù)中提取出我們真正需要的信息并將之總結(jié)為規(guī)律的問題就迫切地出現(xiàn)在我們面前。由此便有人提出用利用電腦強(qiáng)大的運(yùn)算能力和互聯(lián)網(wǎng)+的共享思維來解決相關(guān)問題，于是大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的概念便出現(xiàn)了。它們能夠幫助人們更好的對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分類，并從中找出規(guī)律，作為指導(dǎo)我們進(jìn)行平時(shí)決策的重要資料。

作為社會(huì)中龐大信息的一部分，從建筑的角度來說，關(guān)于建筑的信息也是十分龐大的，其中，各種計(jì)劃-成本計(jì)劃，進(jìn)度和質(zhì)量計(jì)劃是初步計(jì)劃的重中之重。而且現(xiàn)場施工的信息也需要及時(shí)的反饋好讓相關(guān)的管理層及時(shí)的進(jìn)行計(jì)劃和實(shí)際情況的比對，為管理層下一步的工作提供決策依據(jù)，形成一個(gè)完整的、良性的 PDCA循環(huán)并持續(xù)下去直至項(xiàng)目結(jié)束。所以這就要求整個(gè)項(xiàng)目的信息流要有一個(gè)最為合適的方式進(jìn)行交流、反饋。這個(gè)時(shí)候， BIM技術(shù)便能夠發(fā)揮它的作用，通過對圖紙進(jìn)行建模、對量、形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格，最后， BIM5 D系統(tǒng)被引入成本控制，進(jìn)度控制和質(zhì)量管理。這就是一套完整的 BIM在項(xiàng)目中的全過程應(yīng)用。從中不難看出，這個(gè)工作可以貫穿整個(gè)項(xiàng)目的周期，如果 BIM體系更加的完善，集成化管理與生命周期管理的兩個(gè)熱點(diǎn)完全通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

有了 BIM這個(gè)平臺串聯(lián)起整個(gè)項(xiàng)目中建筑的信息流，管理層有關(guān)方面便可以利用大數(shù)據(jù)分析及云計(jì)算技術(shù)針對其中的信息進(jìn)行甄別，確定項(xiàng)目的主要困難，制定相應(yīng)的對策。這也是建立一個(gè)多采取主動(dòng)控制措施而少采取被動(dòng)控制手段、貫穿項(xiàng)目全生命周期的管理體系的關(guān)鍵所在。

（三）未來建筑

未來的建筑應(yīng)該由先進(jìn)的建筑技術(shù)以及相關(guān)的新技術(shù)和新的管理模式組成。形成的集美觀、舒適、實(shí)用、環(huán)保而又個(gè)性化的高科技現(xiàn)代化建筑景觀。其發(fā)展趨勢是綠色，智能，人性化和信息化。在此基礎(chǔ)上傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工工藝因?yàn)樗母呶廴尽ⅹ?dú)立性和高成本等特性已經(jīng)不符合我們的需求了。而裝配式建筑綠色、環(huán)保、節(jié)能的特性十分符合未來建筑的要求及政府所提倡的可持續(xù)發(fā)展觀和“既要金山銀山，也要綠水青山”的發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)這些特性也是管理人員在工程項(xiàng)目管理上所追求的目標(biāo)——極大地控制成本及推廣綠色建筑模式。所以從未來建筑的趨勢來看，裝配式建筑的發(fā)展推廣勢在必行。

四、結(jié)語

雖然中國的裝配式建筑起步較晚，但仍處于起步階段，運(yùn)輸和零部件成本高，產(chǎn)業(yè)鏈不完善。但是裝配式建筑相較于現(xiàn)澆模式明顯擁有著速度較快、施工效率較高等優(yōu)勢；組裝好的建筑結(jié)合了BIM技術(shù)，確保了整個(gè)生命過程的完整性，從而有效地提高了項(xiàng)目的質(zhì)量。如果組件更標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)效率將更高，相應(yīng)的組件成本將降低，并且隨著生產(chǎn)工廠的數(shù)字化管理，整個(gè)裝配式建筑物的成本性能將變得越來越高。再加上政府對預(yù)制建筑生產(chǎn)的鼓勵(lì)政策，裝配式建筑肯定會(huì)在中國得到廣泛應(yīng)用，并將成為中國建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

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