裝配式建筑智慧建造應用研究

袁海天

（中國建筑第二工程局有限公司華東分公司）

1 引言

2013年，德國首先提出“工業(yè)4.0”的概念：人們將迎來以信息物理融合系統(tǒng)為基礎，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡化、機器自組織為標志的第四次工業(yè)革命。“機器自組織”要求機器不但智能，還要能溝通和協(xié)調(diào)。作為與工業(yè)聯(lián)系最為緊密的建筑業(yè)，高度智慧的建筑建造必將成為未來的發(fā)展趨勢[1]。

2 智慧建造相關概念

智慧建造是智慧城市、智能建筑發(fā)展的拓展和外延，指在建筑建造過程中利用智能技術及數(shù)字信息技術，通過搭建和應用智能化系統(tǒng)，提高建筑建造的智慧化水平；在減少人為操作的同時，實現(xiàn)安全建造，節(jié)約建造成本、提高建筑質(zhì)量。

智慧建造以智能技術及數(shù)字信息技術為抓手進行架構：感知層，物聯(lián)網(wǎng)、定位技術；傳輸層，互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術；分析層，數(shù)據(jù)、人工智能等技術和移動終端、觸摸終端等技術；記憶層，BIM、GIS等技術。此外，還有三維激光掃描、三維打印、機器人等技術。這些技術的綜合利用使智能化系統(tǒng)具有靈敏感知、高速傳輸、精準識別、快速分析、優(yōu)化決策、自動控制、替代作業(yè)等特征[2]。

智慧建造的應用主要有智慧組織、智慧設計、智慧制造和智慧施工。本文結合具體實踐項目，重點介紹建筑工程項目的智慧施工。智慧施工可實現(xiàn)高質(zhì)量施工、安全施工以及高效施工。

3 裝配式建筑智慧建造具體實踐和應用

3.1 項目概況

南京百水工業(yè)園保障房一期項目是南京市“十三五”規(guī)劃建設首個開工的重點保障房工程，項目位于南京市棲霞區(qū)，建筑面積28.7萬m2，包括19棟高層住宅及地下車庫、4棟單體商業(yè)樓，配套設施有6個配電房以及門衛(wèi)房。其中，19棟高層住宅樓均為裝配式剪力墻結構。

3.2 智慧建造應用

本項目首先搭建了智慧工地數(shù)字項目管理平臺，將項目信息集成匯總，包括項目概況、BIM建造、安全管理、勞務管理、質(zhì)量管理、環(huán)境監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)、物料管理等內(nèi)容，便于管理、方便查閱。具體應用有爬架荷載的實時監(jiān)測、消防水的實時監(jiān)測、BIM模型的構建等。

3.2.1 爬架荷載實時監(jiān)測系統(tǒng)

傳統(tǒng)爬架通過WiFi局域網(wǎng)控制爬架的升降，不能遠距離實時監(jiān)測爬架系統(tǒng)的荷載情況，此系統(tǒng)有一定的局限性。隨著距離的增大，管理人員接收到的信號會逐漸減弱，甚至不能接收到信號。

爬架智能監(jiān)測方案基于NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術，運用感知化、互聯(lián)化、智能化的手段，全天24h監(jiān)測各種物聯(lián)網(wǎng)設備的動態(tài)運行狀態(tài)，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時傳至智能設備管理平臺（見圖1）。監(jiān)測到預警信息時，系統(tǒng)可通過電話、短信、移動端等多種方式分級別、分權限實時推送給管理人員和相關主管部門。利用“感、傳、知、用”等物聯(lián)網(wǎng)技術，綜合RFID、無線傳感等技術，為監(jiān)測爬架荷載提供技術支撐。本項目所用智能爬架控制監(jiān)測系統(tǒng)由重力傳感器、NB-LOT信號數(shù)據(jù)線、物聯(lián)網(wǎng)云平臺、手機app系統(tǒng)組成。在超極限荷載狀態(tài)下保護停機，整體升降過程中超15%、30%動態(tài)荷載警示及停機保護，并在手機app中用不同的顏色加以區(qū)分。

圖1 爬架智能監(jiān)測方案

3.2.2 消防水系統(tǒng)智能監(jiān)測方案

消防水系統(tǒng)智能監(jiān)測系統(tǒng)基于NBIoT/LoRa物聯(lián)網(wǎng)技術，運用感知化、互聯(lián)化、智能化的手段，全天24h對消防水系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力、閥門開關、水箱液位、消火栓水壓和位置進行智能動態(tài)監(jiān)測，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時傳至消防水系統(tǒng)智能監(jiān)測平臺，可解決管網(wǎng)無水或欠壓、管道堵塞、管道破裂、閥門誤關閉、消火栓被破壞、設備運行故障等狀況出現(xiàn)時無法監(jiān)管的問題，使消防設備狀態(tài)可直觀展現(xiàn)，提高救火效率，規(guī)避事故風險，降低管理成本，為消防安全監(jiān)控管理提供高效輔助手段（見圖2）。

圖2 消防水系統(tǒng)智能監(jiān)測系統(tǒng)

此方案的優(yōu)點：

①消除消防安全隱患，解決了人工巡檢和攝像頭無法監(jiān)測消防管網(wǎng)管道內(nèi)部壓力的問題，從根本上保障了消防水系統(tǒng)的可用性；

②降低設備被盜風險，通過對消火栓等設備定位和狀態(tài)的及時報警，有效防止消防器材被盜；

③構建消防責任體系；

④快速覆蓋消防盲點。

3.2.3 環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)場圍擋噴淋系統(tǒng)關聯(lián)，揚塵值超過允許范圍會發(fā)出預警通知，同時自動開啟圍擋噴淋裝置，有效降塵、節(jié)約用水，符合綠色施工的標準。

3.2.4 BIM技術

1）工程施工進度模擬

通過軟件建立建筑、結構的BIM模型與施工進度相關文件，對施工過程與施工場地布置情況進行動態(tài)演示，直觀整個施工過程，并進行可視化管理，同時也實現(xiàn)了4D施工進度模擬的目標。

2）預制構件拼裝精細化

為達到構件整體拼裝的嚴密性，避免因累計誤差超過允許偏差值而使后續(xù)構件無法正常吊裝就位等問題的出現(xiàn)，構件排產(chǎn)前通過3D實體模型進行圖紙深化，對預拼裝、結構沖突等問題進行預警。

3）機電管線碰撞分析

通過建立BIM模型，在施工前期進行管線碰撞檢查、優(yōu)化原有圖紙設計、提高圖紙閱讀效率。同時，運用BIM技術交底，形象直觀，能有效指導后續(xù)施工，達到管線綜合的優(yōu)化布置。

3.2.5 地坪研磨施工機器人

本項目通過使用地坪研磨施工機器人，解決人工地坪磨平效率低、耗費高、標準化程度低的問題，同時也保證了施工的安全性，減少揚塵。

3.2.6 生活區(qū)智能防火方案

生活區(qū)智能防火解決方案基于NBIoT物聯(lián)網(wǎng)技術，運用感知化、互聯(lián)化、智能化的手段，全天24h監(jiān)測各種物聯(lián)網(wǎng)設備的動態(tài)運行狀態(tài)，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時傳至家庭消防智能設備管理平臺，為生活區(qū)消防管理難點區(qū)域提供火災監(jiān)控及預警的有效輔助手段。監(jiān)測到預警信息時，系統(tǒng)可通過電話、短信、移動端等多種方式分級別、分權限實時推送給業(yè)主和相關主管部門。

此方案的優(yōu)點：①消除消防安全隱患，全面降低火災風險；②完善消防報警機制，使消防管理便捷。

3.2.7 安全教育體驗區(qū)

設置BIM-VR安全教育體驗區(qū)，VR技術融合3D影像投影技術，對施工現(xiàn)場的隱患排查、消防滅火等進行體驗，做到沉浸式感受，讓施工人員更直觀了解當事故發(fā)生時如何處理，時刻銘記安全第一。

4 結語

綜上所述，雖然智慧建造是近幾年才出現(xiàn)的理念，但隨著物聯(lián)網(wǎng)、BIM等信息技術的高速發(fā)展、推廣和應用，已經(jīng)在部分工程項目中取得了成功經(jīng)驗。