智能建造下的裝配式建筑數字化設計研究

曾敏 劉捷超

【摘要】近年來，新型建筑工業化以裝配式建筑為載體，取得了長足的發展，大幅提升了建筑業的建造水平和建筑品質。湖南省以裝配式建筑的信息化、數字化發展為對象，以實現部品部件在裝配式建筑項目全生命周期以及全流程的管理為目標，打造了全省統一的裝配式建筑全產業鏈智能建造平臺。本文概述了湖南省裝配式全產業鏈智能建造平臺的組成架構以及主要特點，介紹了通過智能建造平臺實現裝配式建筑數字化、標準化設計的方式和方法，并通過實際項目中的應用，闡述了在智能建造模式下的裝配式建筑數字化設計要點。

【關鍵詞】智能建造;部品部件庫;裝配式

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.07.034

引言：

2020年7月3日住建部等13部門聯合印發了《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，提出要以大力發展建筑工業化為載體，以數字化、智能化升級為動力，推動綠色和智能建造以及建筑工業化基礎共性技術和關鍵核心技術研發應用，大力發展裝配式建筑，加大綠色、智能建造在工程建設各環節應用，形成涵蓋科研、設計、生產加工、施工裝配、運營、管理等全產業鏈融合一體的智能建造產業體系。湖南作為全國“綠色建造試點省”，在發展裝配式建筑產業方面主動擔當，大力推動裝配式智能建造產業發展，2019年初，湖南省住建廳在湖南省人民政府的大力支持下，按照“政府引導、企業主導、統一規劃、分步實施、成果共享”原則，整合全省產業基地企業和科研院所的優勢資源，在全國率先啟動了湖南省裝配式建筑全產業鏈智能建造平臺（以下簡稱“智造平臺”）的建設工作。智造平臺將裝配式建筑技術與BIM、互聯網、云計算、物聯網、大數據等新型信息技術集成融合，通過統一標準、統一平臺和統一管理，搭建裝配式建筑全流程標準化和數字化體系，集成并打通裝配式建筑項目設計、生產、運輸、施工、運維、報審、監管全流程技術和管理，建立全省統一的裝配式建筑全產業鏈智能建造管理和服務綜合平臺。通過對于國內外裝配式項目研究，建立并應用標準部品部件庫，能有效減少了構件類型，降低開模數量，降低構件成本，取得了較好的社會、環境與經濟效益。以長沙市為例，長沙市以裝配式智能建造為載體，通過與BIM技術的融合，全市在建設領域大力推廣建筑信息化、數字化，通過BIM應用的政策支持，建設工程設計精準度和品質顯著提高，應用基于BIM技術的裝配式建筑集成體系貫穿設計、生產、施工、檢測、運維等各個環節。因此，整合裝配式建筑全產業鏈，實現全過程、全方位的信息化集成，是裝配式建筑發展的方向。

本文基于湖南省裝配式建筑全產業鏈智能建造平臺的構成和其相應的管理模式，論述了在智能建造模式下裝配式建筑的數字化發展方向，并通過介紹基于智造平臺進行的BIM正向設計項目案例的運用，給出了裝配式建筑如何通過數字化工具實現標準化設計以及降本增效的目的。

1、湖南省裝配式建筑全產業鏈智能建造平臺

智造平臺由政府側產業公共服務平臺和企業側產業應用平臺兩大板塊組成。政府側平臺包括湖南省裝配式建筑標準部品部件庫及管理云平臺、湖南省住房城鄉建設科技信息平臺、裝配式建筑全過程質量監管和追溯平臺、裝配式產業大數據分析和公共服務平臺，企業側平臺包括基于BIM的裝配式建筑智能化設計系統、預制構件數字化生產系統、裝配式項目智慧施工管理系統、裝配式建筑運維管理系統、EMPC項目全流程綜合管理平臺和裝配式鋼結構項目全生命周期數字建造平臺。形成了涵蓋裝配式建筑全產業鏈的智能建造體系。

通過智造平臺的建設，湖南省在全國首創了省級統一的數據標準和通用部品部件標準化體系。編制了裝配式建筑數據交付標準、分類編碼標準和預制構件標準圖集，通過BIM基礎數據管理系統，形成貫穿產業鏈上下游的信息通道，實現了全專業、全流程的數據集成管理及多用戶操作。基于公有云的標準化部品部件庫，方便全省設計單位直接選用，通過裝配式設計系統可優先選取標準構件，提高了構件復用率，實現了設計標準化。

智造平臺首創了基于自主BIM技術的裝配式建筑數字化建造體系。將數字技術應用于項目設計、生產、施工、運維、監管各環節，實現了基于BIM技術的數字化設計、數控化加工、智能化施工和智慧化運營，通過BIM記錄各階段信息數據。通過建立唯一編碼體系保證數據記錄的唯一性，發揮BIM全生命期數據共享、協同工作的優勢，實現了不同專業和上下游之間的信息協調一致。

智造平臺采用了大量智能化技術：裝配式設計系統可完成多專業智能建模，預制構件智能拆分，沖突智能檢測和避讓處理;設計數據對接工廠生產管理系統，可直接驅動各類數控加工設備，實現自動化生產，生產流程中可根據施工進度和生產線狀況實現優化排產;智能化施工系統結合施工管理技術和智慧工地技術，可實現施工過程優化、吊裝及安裝模擬、拼裝校驗等環節;項目竣工后，將完備的建設信息資料提交業主，便于開展建筑空間管理、設備設施管理、能耗管理、智能維修等智慧化運維。

智造平臺通過互聯網和云服務傳遞各系統數據，實現了系統之間的互聯互通。與此同時，湖南省住建廳已將智造平臺納入了《2020年“智慧住建”工作要點》，并初步實現了平臺與湖南省工程建設項目審批管理系統、湖南省施工圖管理信息系統、湖南省工程項目動態監管平臺以及質量考評系統對接，數據共通共享，形成了完整的智慧住建體系。

通過各類創新技術的應用，智造平臺有效解決了裝配式產業中的諸多“瓶頸”問題，實現資源的合理配置，在線化、規范化管理大幅提升行政監管效率，標準化體系將大幅提升標準構件復用率，有效降低項目建造成本，數字化技術將全面提升建造精度，工程精度由厘米級提升至毫米級;智能化技術的應用將大幅提升設計、生產和施工效率，全生命周期質量管理能夠最大限度地消除質量隱患，全面打造湖南省智能建造和綠色建造新模式。

2、基于智造平臺的數字化設計方法

湖南省裝配式建筑全產業鏈智能建造平臺對于裝配式建筑數字化設計提供了“一庫”、“二標準”以及“六圖庫”的配套設計體系，“一庫”指湖南省裝配式建筑標準部品部件庫，裝配式建筑標準化部品部件設計應考慮其全生命周期，根據部品部件在建筑物所處功能和要求的不同，遵循受力合理、連接簡單、施工方便、重復使用率高、易維護和更換的原則。標準部品部件庫通過對湖南省現有預制部品部件生產廠家的全方位調研，篩選了符合標準化設計原則的預制部品部件，形成了標準化核心庫，核心庫中構件類型主要包含疊合板、預制內墻、預制外墻、空調板、陽臺板、疊合梁、預制柱、樓梯共八種構件類型。通過政府部門發布的入庫管理辦法，實現了以標準化為目的的部品部件庫管理模式。“二標準”指《湖南省裝配式建筑信息模型交付標準》以及《湖南省裝配式建筑部品部件分類編碼標準》，兩本標準通過對裝配式建筑各階段建筑信息模型交付的內容及形式進行約定，以及對部品部件信息模型的分類和編碼，構成了裝配式建筑應用數字化技術的底層協議。“六圖庫”指包含《桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）》在內的6本湖南省裝配式建筑全產業鏈BIM智能建造平臺配套標準圖庫。

智造平臺為裝配式建筑的數字化設計提供了系列化的解決方案。平臺用戶通過同步標準部品部件庫中的云端標準構件，為后續的拆分設計提供了數據依據，導入符合《湖南省裝配式建筑信息模型交付標準》的方案模型后，通過智能拆分模塊實現拆分設計，拆分的構件尺寸能夠實現最大程度的重復利用率，提升標準化設計水平。構件通過建立的底層協議實現分類及編碼，以備生產、物流、施工、運維等階段的數字化流通使用。平臺依據《桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）》等標準化圖庫可實現一鍵智能出圖，為施工階段提供準確的作業圖紙。所有數字化設計成果在平臺可直接流轉到BIM圖審系統，自動生成項目裝配率以及標準化率等關鍵指標，實現數字化設計閉環。

3、數字化設計在項目中應用

基于湖南省裝配式建筑全產業鏈智能建造平臺的功能和特點，結合湖南地區政策要求，裝配式建筑的數字化設計流程可歸納如圖1所示：

以湖南某公租房項目為例，主要采用預制構件為預制板和預制隔墻，本項目采用的數字化設計流程如下：

本項目在建模過程中，采用BIM正向設計理念。設計師以標準化、模塊化思維，從云端標準部品部件庫下載核心庫構件進行組裝，旨在降低項目的模具攤銷成本，減少非標構件，提升安裝效率。平臺通過自動優先選取云端核心庫中標準化構件進行匹配，從而實現“少規格，多組合”的設計目標。通過預制構件的標準化倒逼功能單元的模數化，形成經濟效益更為優化的裝配式建筑設計方案。

結語：

湖南省裝配式建筑全產業鏈智能建造平臺的建立，為裝配式建筑的數字化設計提供了較為完備的技術保障。數字化設計模式對于裝配式建筑的效能提升具有關鍵性價值，通過基于同一智能化平臺的數字化工具應用，形成產業鏈上下游的數據信息通道，滿足裝配式建筑各部品部件信息模型的信息采集、存儲和智能檢索，驅動裝配式建造全過程的標準化以及數字化應用。數字化設計不僅僅可以提升設計效率，同時可以發揮設計環節在項目全生命周期的主導作用，引導全產業鏈上下游企業綜合能力的提升，打破專業間的信息壁壘，促進裝配式建筑全流程數據共享與流動，為裝配式建筑高質量發展提供關鍵支撐。

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作者簡介：

曾敏（1988.03-），男，漢族，湖南長沙人，研究生，工程師，主要從事綠色建筑、裝配式建筑行業管理工作。