探索建筑智能制造在裝配式建筑中的應用

陳豐華（上海模卡建筑工程科技發展有限公司，上海 200000）

隨著社會和科學技術的快速發展，建筑技術也得到了蓬日新月異的發展。國家“十四五”發展規劃和 2035 年遠景目標綱要中明確指出：建設智能制造示范工廠，完善智能制造標準體系，推動制造業優化升級，深入實施智能制造和綠色制造工程。《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》（建市〔2020〕60 號）中提出“大力發展建筑工業化為載體，以數字化、智能化升級為動力，創新突破相關核心技術，加大智能建造在工程建設各環節的應用，形成涵蓋科研、設計、生產、施工、運營等全產業鏈融合一體的智能建造產業體系，提升工程質量安全、效益和品質”。

由于受科技與經濟水平的制約，目前建筑智能制造水平無法滿足裝配式產業化的發展需求，基本停留在將施工現場的工作搬到工廠里完成的局面，根本達不到智能化、工業化、規模化的水平。因此，迫切需要通過數字化、智能化的方式促進裝配式產業整體升級，使得智能化技術能夠涵蓋科研、設計、生產、加工等多個階段，創新突破智能制造相關的核心技術，使得智能化技術能夠在裝配式產業化的各個環節都得到更好的使用，最大程度地提升工程的質量安全、效益和品質。由此推動建立以標準部品為基礎的專業化、規模化、信息化生產體系，全面突破新的國民經濟增長點。

1 發展背景與行業機遇

1.1 時代背景

傳統的建設施工過程中主要依靠農民工。由于存在大量的廉價勞動力，使得行業對其產生依賴，最終導致建設施工無法得到更好的發展[1]。隨著社會的快速發展，人們不再愿進行此類工作，而且傳統施工人員的要求和福利待遇也在逐漸增加，最終導致用人的成本在逐漸提升[2]。

傳統建筑業存在工程質量差、材料浪費嚴重、能源消耗高、施工效率低、工人老齡化、人員技術水平低、用工成本高等一系列問題。隨著社會經濟和人們生活水平的飛速發展，傳統建筑的粗獷式建造和管理方式已不能適應時代需求。國家提出大力發展以裝配式建筑為代表的建筑工業化，推動智能建造與建筑工業化協同發展，促進傳統粗放的建造方式向新型工業化建造方式轉變，加快建筑工業現代化進程，使整個建筑業完成跨越式發展，整體提升行業建造水平和建筑工程品質[3]。

1.2 行業機遇

我國明確提出，力爭用 10 a 左右的時間，達到裝配式建筑面積占新建建筑面積的 30% 的目標。近期，住建部等部門聯合推出了《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》等文件。其目的在于推動建立以標準部品為基礎的專業化、規模化、信息化的生產體系[4]。

當前，智能建造快速發展，在實際的發展和生產過程中可以充分使用 BIM、互聯網 +、物聯網、大數據、區塊鏈、人工智能和云計算等綜合信息技術。在具體的使用過程中可通過人機交換、感知、決策、執行和反饋等工作使效率得到全面提高，做到最大程度地完成對人力的解放。整個工程的實際施工需要完成片面的轉換，更多的是讓其從體力勞動轉變成腦力勞動，這些都能夠有效提高工程建造的效率。對科學技術的實際應用來說，亦能提升創造力和科學決策能力，也讓建筑行業向著更多的方向進行發展，使其真正成為我國建造施工的基礎所在。同時，也保證了相關的經濟發展。對于我國當前的經濟模式而言，建筑行業成為主要的經濟支柱之一，全面地將有關技術與其進行更好的融合，能夠綜合符合實際的發展需求，保證經濟的全面發展[5]。

針對當前裝配式建筑和智能化發展而言，在實際的發展過程中可讓其更好地保證施工效益全面提升。在建筑裝配式工業化的發展中，裝配式技術能夠有效地提高建筑施工的整體效率，并加快施工進程，提高企業的經濟效益。針對各種建設施工效果而言，在具體的發展過程中使用裝配式等技術能夠有效節約人力資源，更好地提升實際建設施工效果，同時也能夠解決當前存在的各種安全問題，保證施工過程中的安全，可以從多重角度入手來完成經濟效益的全面提高。最后，裝配式和智能化技術能夠完成對各種管理體系的建設和對建筑施工的管理。這些都能夠對建設施工進行有效的管理，確保完成既定的計劃，利于對施工成本的管理和對工業化經濟效益的控制。

2 裝配式建筑與智能建造

2.1 裝配式技術

改革開放 40 a 來，建筑業作為我國國民經濟發展的重要支柱產業之一始終處于高速發展階段。然而，建筑業傳統的生產方式存在著能耗高、效率低、管理手段落后、科技創新能力差等問題。裝配式建筑技術可克服和解決上述傳統建筑行業的痛點和難點，滿足政府和行業對質量、安全、環境等方面的要求，獲得充分認可。裝配式建筑指將由工廠生產的建筑預制構件運輸到施工現場進行模塊化安裝而形成的建筑。從而可有效縮短建設周期、降低現場施工難度、節約建筑資源、減少人工，保護環境。

裝配式建筑是對傳統建造技術的革新。裝配式建筑建造用的是集成技術體系、工程總承包項目信息化管理模式、裝配式建筑建造全過程都采用能夠智能化運營的 BIM + 智慧工地信息化管理平臺。

2.2 智能建造

以“工業 4.0”“BIM”“互聯網＋”等先進科技為代表的技術符合可持續發展的要求，已成為實現建筑業轉型升級和持續健康發展的重要手段。

當前，全球建筑業正呈現信息化、工業化、智能化的發展趨勢，建筑行業正在越來越廣泛地應用智能建造技術。智能建造是指利用數字技術、網絡通信、智能算法等創新技術，將信息化、智能化與工程建造高度融合的新一代建造方式。

國外發達國家先后經歷了工業化、自動化和信息化 3 個階段，當前正在邁入智能化時代。我國改革開放 40 a 來，同步引進工業化、自動化和信息化，成功實現“三化合一”。經過持續地引進、消化、吸收和創新，結合當前互聯網、5G 等新一代信息技術的發展，吸收制造業先進技術，建筑業應當抓住歷史機遇，以裝配式建筑為切入點，積極推進智能建造裝與配式建筑的融合發展。

3 現狀與問題

3.1 標準化、協同化難以實現

當前，眾多項目大多在設計前期并未考慮裝配式技術的應用，而僅僅是將現澆項目進行“硬拆分”，從而導致房型、軸網重復率小，預制構件標準化程度低。此外，傳統建筑設計各專業相對獨立，管線施工主要靠現場打孔、開槽。此類設計和施工手段與裝配式建筑技術的原則和初衷相背離，即裝配式設計的標準化要求與傳統現澆結構的設計理念相沖突。裝配式施工與現澆工程項目的管理模式不協調，標準化設計難以實現。

針對當前的實際建設施工現狀而言，完成具體的裝配式建設應當從多個角度入手，但是在具體的操作和施工上仍是存在問題。首先對于目前的實際施工來說，雖然裝配式技術在進行更好地使用，但是由于缺少專業化的人才完成各種操作安排導致相關工作無法順利開展，因此在實際的工作開展上應當進行對專業人員的培養[6]。其次對于當前裝配式施工建設而言，相關工作人員缺少管理意識，因此針對建筑智能化的工作開展來說，當前的裝配式工業發展較為緩慢，具體使用上并未滿足其發展需求。最后，對目前的智能化制造而言，在開展過程中裝配式建筑的具體使用技術還需進行針對性分析，若缺少相關技術將會影響目前裝配式建設的效果，因此，應當盡快完成建設技術的全面操作和研究安排[7]。

3.2 信息化水平低

當前，我國建筑行業的信息化水平仍然較低。主要體現在相關利益各方不使用同一信息化平臺進行信息共享，致使信息不對稱或流通不暢，這與目前我國建筑行業仍采用傳統管理方式與信息技術利用率較低有關。現階段裝配式建筑的管理模式依舊不能滿足現代施工技術對信息化管理的要求。

信息化水平低導致的另一個后果是預制構件的生產效率低。其主要原因一是構件的標準化程度低。對于預制混凝土構件而言，不但構件內的配筋數量和類型千差萬別，同類構件的外形尺寸都不盡相同。許多構件的模具均為專門定制，不但費用高，工廠在生產時也容易出差錯。預制構件生產效率低的另一個原因是工廠設備的柔性化生產能力弱。除部分國外與生產設備配套的專業軟件外，大部分國內設計軟件無法與工廠的生產管理系統相匹配，無法實現設計圖紙與工廠生產設備的無縫對接。

4 對策與建議

4.1 發展數字設計

在當前的實際建設和操作過程中，為了能夠保證智能化技術的整體發展，需要在實際的建設施工當中完成對各種統籌建筑、結構、機電設備和部品部件的整體裝飾與安排，更好地完成其數字化和通用化的建設操作，積極應用建筑信息模型技術。并且，在此過程中應當完成對基礎平臺和各種集成系統的規劃，使得數字技術得到更好的提升，全面促進數字設計工廠機器人、智能生產線之間的無損交換。

當前，智能建造技術國內尚處于起步階段。應用比較典型的數字化技術是建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術。目前，BIM 技術廣泛應用于建筑設計、現場施工、工地管理等各個環節。

4.2 裝備智能工廠

積極推動鋼筋自動化下料、模具拆裝、混凝土澆筑等傳統勞動力密集型工藝的數字化改造和建筑機器人應用。加快部品部件的數字化生產、工廠設備的智能化改造，積極應用數字化技術、系統集成技術，實現工廠人數的減少，打造智能建造產業基地。積極推動在工地現場采用高效材料配送、機械化噴涂、機器人焊接等施工環節，提高建筑機器人和智能建造技術的應用比例。

4.3 應用智慧工地

為了能夠更好地提升項目建設效果，需要開發智能化穿戴和智能監測等移動終端的軟件，完成集成化創新。加大對 BIM 技術、互聯網 +、大數據、物聯網、云計算、人工智能、移動通信、區塊鏈等高科技技術的創新與集成應用。通過有關的軟件能夠對施工現場揚塵、噪聲和人員等情況進行實時動態監測，更能夠完成具體的控制和優化管理目標，提高施工的整體效率，全面降低安全風險。通過對智能化技術的整體研究可在工程進度、成本與合同等方面進行綜合管控，可對施工現場的環境進行更好地保護，可在建筑管理過程中能夠對各種建筑垃圾進行管理[8]。

基于智能攝像頭與感應設備，自動監控現場施工人員安全帽、安全帶等安全工具的佩戴情況，及時捕獲各類異常行為。結合人工智能技術，實時監控工地機械設備及時管控現場重大危險源作業情況，監督發現現場施工人員的各類不安全行為。同時，利用大數據分析工具對項目施工中的各類安全隱患和違章事故的歷史數據進行挖掘與梳理，定期統計現場人員不規范行為，分析各類數據的趨勢與規律，合理制定各項施工安全管理措施，及時消除工程隱患。

4.4 打造建筑產業平臺

加快打造建筑產業互聯網平臺，推廣應用構件智能制造生產線。在當前的實際發展過程中，為了能夠更好地完成智能化的設計和操作安排，在具體的操作和安排上應當完成互聯網數字信息的有效建設，使得各種消息能夠得到綜合的聯絡，保證建設工作能夠在生命周期當中進行多元化的管理。使各項智能技術全面涵蓋建筑設計、工廠生產、現場施工、管理服務等全過程，構建產品市場化和產業化的機制，更好發展建設新模式。

在當前的實際項目應用中需要對智能技術的各類形式進行統籌規劃，通過對技術的合理使用能全面地完成智能化和裝配式建筑的安排，使得整體的建設和施工效果都能夠符合具體的發展要求。因此，從多個角度入手完成既定的規劃，可最大程度地滿足其實際發展需求。

5 結 語

裝配式建筑需要各專業、多環節高效協作完成，是一項高度系統的工作。發展裝配式建筑是推動智能建造與建筑工業化發展的重要手段。智能建造是推動智慧城市建設的有利途徑，實現建筑業可持續發展的必由之路。隨著新型建筑工業化時代的到來，裝配式建筑業的綜合信息管理與應用逐漸成為當代建筑行業發展的客觀需求和提高全產業鏈信息技術的有力支持。裝配式建筑和智能建造需要齊頭并進，協同發展，綜合發揮行業信息技術的創新優勢。

在智能建造方面，雖然目前我國在數字設計和數字工地方面開始了初步的探索，但大量工作仍處在碎片化初試階段，尚未形成系統化的集成創新。若要解決上述問題，需要通過軟件開發、智能裝備研制、管理模式重組等核心技術方面取得不斷突破，為裝配式建筑智能化發展提供動力支撐。