智能建造背景下的裝配式建筑項目數字化管理課程教學改革探索

李政道，郭振超 （深圳大學，廣東深圳518061）

1 相關理論概述

1.1 裝配式建筑概述

1.1.1 裝配式建筑的概念

自二十一世紀以來，我國建筑行業進入了一個快速發展的時期，為我國國民經濟的增長做出了重要貢獻，帶動了一系列附屬相關產業的發展。然而，隨著人口增加、環境惡化、資源短缺、人工價格升高、土地形勢日益嚴峻以及行業競爭壓力增大，以往粗放型的建筑方式已不能滿足當今建筑行業可持續化發展的要求[1]。因此，為提高建筑企業的市場競爭力，推動建筑業向信息化、工業化及可持續化轉型，裝配式建筑應運而生。

裝配式建筑是指將建筑經過集成化、標準化設計后，將傳統建造方式中的大量現場作業工作轉移到工廠進行，在工廠加工制作好建筑所需的部品部件，如樓板、墻板、樓梯、陽臺等，將部品部件運輸到建筑施工現場，然后通過可靠的連接方式在現場裝配安裝而成。裝配式建筑采用“五位一體”的建造方式，構件越標準，生產效率越高，相應的成本越低，整體成本最優。裝配式建筑已成為建筑業工業化發展的趨勢[2]。

1.1.2 目前裝配式建筑的局限性

裝配式建筑的建造方式符合國內建筑業的發展趨勢，隨著建筑工業化和產業化進程的推進，裝配式建筑的應用落地將會越來越廣泛，但是在現階段，裝配式建筑還存在工藝落后、工業化程度低，數字化、智能化管理不足等問題，在這些方面尚需要進一步加大科學研究的工作，促進裝配式建筑的發展。將信息化技術應用到裝配式建筑供應鏈管理中將有助于這些問題的解決[3]。

1.2 數字化技術概述

1.2.1 數字化技術

數字化技術的應用主要是借助于計算機技術，對各類信息進行分析處理，確保其能夠通過數字完成運算，實現運算分析的準確和高效。在這種技術的實際應用中，涉及將各類信息轉化為數字，并構建數字化模型，這也是數字化技術在各個行業應用的基本流程[4]。

1.2.2 數字化建造

數字化建造是指在計算機的虛擬世界中實現虛擬建造的過程，是指以BIM技術為基礎，實現建設全生命周期的信息共享，使裝配式建筑向全面物聯、充分整合、協同運作的智慧化建造方向發展。數字化建造的主要特征是機械化安裝、精密化測控、工廠化加工和信息化管理，需要集約化的管理模式做支撐[5]。

2 裝配式建筑課程教學現狀

裝配式建筑已經成為建筑業發展的主要趨勢，工程管理專業作為培養復合型人才的綜合性專業，需要積極推廣裝配式建筑的數字化管理在專業教學中的應用，完善人才培養體系，提高工程管理專業人才的綜合能力。目前，國內部分高校已經開始嘗試將裝配式建筑相關課程加入到工程管理專業教學中，并在此基礎上開展了裝配式建筑與BIM相關的工程管理專業教學工作，形成了包括裝配式與BIM課程設置、研究中心、課程設計等多種形式的建筑工業化方向人才培養模式[6]。

但是，現階段各高校對于裝配式建筑的教學多是以概念和理論知識入手。這種情況導致很多學生只能接受到概念的單一性教學，并且組織學生實地參觀裝配式建筑項目的機會較少，無法對裝配式建筑有全方位的認知。比如在實踐教學過程中，就存在內容之間不相容的問題，由于學生未建立系統的智慧結構，所以學生在掌握工程概念與系統實踐之間的關系方面也存在一定的難度[7]。因此，為了進一步推廣裝配式建筑在工程管理專業教學中的應用，有必要對當前教學面臨的問題進行總結與思考。本文提供一種裝配式建筑數字化管理平臺，希望能夠為相關教育工作者提供一些參考。

3 裝配式建筑項目數字化管理教學系統構建

3.1 裝配式建筑項目數字化管理教學系統建設的目標

裝配式建筑項目數字化管理的本質是指在裝配式建筑項目管理的各個階段環節中，充分利用計算機技術、網絡技術、數據庫等在內的科學方法和信息技術，有效地提高項目管理水平、降低管理成本、提高各參與方的信息交流和共享，從而增進全過程協同管理效率，保證裝配式項目按時按質、高效經濟、綠色持續地進行，并起到推動裝配式項目穩定發展的目的。

因此，基于現階段各高校對于裝配式建筑的教學多是以概念和理論知識入手的現狀，裝配式建筑項目數字化管理教學系統的目標是讓學生以實際落地的裝配式建筑項目為例，從各個利益相關方的參與角度出發，充分利用計算機技術、網絡技術、數據庫等在內的科學方法和信息技術，實現裝配式建筑項目的可視化、網絡化、協同化和集成化管理，解決設計—生產—裝配脫節的問題，為項目各級管理者提供多角度、多維度、多樣本的數據信息管理與決策支持，保證項目各級管理目標的順利實現，增進不同管理者之間的信息溝通和共享，從而有效提高裝配式建筑項目管理水平。

另外，利用裝配式建筑數字化管理平臺作為教學工具輔助教學，運用項目教學、可視化仿真教學等手段、探索基于信息化工具和案例項目相結合的教學方法，可以解決以往裝配式建筑教學中輔助手段不足、不夠直觀等問題，可以提高學生學習興趣，改善傳統教學課堂沉悶的現象，提高教學質量。另外，還可以減少許多需要到現場實踐帶來的安全隱患等困擾。

3.2 裝配式建筑項目數字化管理系統的結構

裝配式建筑項目數字化管理系統包括裝配式建筑管理信息系統、裝配式建筑項目可視化展示、數據交互三大功能，功能結構圖1如下。

圖1 裝配式建筑項目數字化管理系統功能結構圖

3.2.1 裝配式建筑管理信息系統

3.2.1.1 云平臺端

項目信息管理以項目為主線，實現項目基本信息、項目資料等數據的維護，以及串聯項目各階段的信息，實現項目全過程信息管理；BIM模型管理可對模型通過有針對性的數據壓縮及還原技術來進行輕量化，然后通過瀏覽器，以網頁的方式實現建筑模型按單體建筑、樓層、構件類型、構件多層次、多視角的瀏覽，并且可以查看單個構件的詳細信息；生產商在生成完構件后，對每個構件進行二維碼的生成，做成每個構件的唯一識別，每個二維碼關聯一個對應的構件，用于生產、倉儲、質檢、物流運輸、手機APP等各業務功能模塊，方便用戶快速定位于構件信息。

預制構件生產單位可以登錄數字化管理云平臺，查看和下載預制構件清單、構件數字模型，并生成打印二維碼并與構件進行關聯。構件生產廠商，可以通過登錄信息管理云平臺直接輸入預制構件生產開始時間，生產結束時間等信息。并確定好生產構件的順序與時間銜接點。通過各個階段的BIM模型直觀掌握項目整體進度，通過統計分析，查詢預制構件計劃生產時間、實際生產時間、計劃安裝時間、實際安裝時間，以及構件所在狀態。根據原先制定的項目計劃，結合各構件實際的進度狀態信息，以圖形化的方式顯示進度情況。

結合BIM模型可以查看項目各階段計劃投資、實際投資，統計分析項目計劃累計支付金額、實際累計支付金額，各階段計劃支付金額、實際支付金額。專業知識庫提供對裝配式建筑構件生產、安裝的工藝工法、技術標準等相關資料的收集整理、維護以及檢索功能，并能自行添加和刪除目錄，對文檔進行下載和在線預覽。通過人員信息、機構信息、流程設置、日志管理的管理，進行人、事、權的合理分配，可以根據企業的管理模式來進行設置，并且可以完成分支機構的管理；角色管理中可以根據不同的角色賦予不同的權限，方便了企業不同的管理模式。

3.2.1.2 移動APP端

倉儲、物流人員使用移動APP，通過掃描構件二維碼，將預制構件入庫、出庫、物流信息推送到云平臺，其他人員可以通過BS云平臺、APP查看預制構件的狀態信息。

構件運達施工現場，現場材料管理員啟動預制構件入庫二維碼掃描功能，掃描構件二維碼，完成預制構件入庫操作，將入庫信息推送到云平臺，其他人員可以通過云平臺、APP查看預制構件的狀態信息。預制構件安裝完成后，現場施工監理啟動構件安裝完成二維碼掃描功能，掃描已安裝構件二維碼，或通過已安裝構件選擇錄入操作，確定構件已安裝完成，其他人員可以通過云平臺、APP查看工程實際完工形象進度。并且可以實現建筑模型按單體建筑、樓層、構件類型、構件多層次、多視角的瀏覽，并且可查看構件詳細信息。

圖2 裝配式建筑項目數字化管理系統移動APP端管理

3.2.2 裝配式項目可視化展示

系統通過多個大屏幕模擬不同的角色的賬號與密碼登錄系統，來進行相應的操作，根據每個角色在系統中的操作產生數據之后，按業務流程往下走，實現各方之間的數據、業務協同工作。角色共分為設計單位、建設單位、構件生產廠商、運輸單位、施工單位，不同的角色登錄系統后，進行相應的操作。利用百度地圖，隨機選擇路徑，動態變化坐標點的數據，直接達到目的地。系統通過GPS導航設備，結合地圖來實現物流運輸狀態跟蹤模擬功能。

3.2.3 裝配式建筑項目數字化管理數據交互

3.2.3.1 云平臺與APP端數據交換

裝配式建筑項目數字化管理系統云平臺與移動APP端的數據交互方式，采用Web service的方法進行調用與數據傳遞，傳遞過程中的數據，采用DES對稱加密算法進行數據加密保護，以防數據直接被截取，具體交互的內容有生產進度數據、物流運輸數據、裝配式檢驗結果數據。

3.2.3.2 Revit模型與云平臺移動APP數據轉換

Revit模型與云平臺、移動App數據傳導通過特殊的格式轉換，將模型進行輕量化之后，把數據傳遞到系統后臺提供給用戶在云平臺或移動APP上展示，方便用戶隨時隨地辦公，各文件進入系統的格式為*.IFC文件（Revit模型文件）、*.SFC文件（模型輕量化文件）、*.SC文件（模型瀏覽文件）。

4 裝配式建筑項目數字化管理系統功能

裝配式建筑構件生產和信息化管理主要內容應包括信息化設計階段、工業化生產階段、智能化物流運輸階段、數字化裝配施工階段、后期運維階段等。

借助該系統，可為業主提供解決方案，使用系統可以查看構件從設計到安裝的全過程的信息，為其后續過程管控、運維提供可視化的幫助。為企業管理者提供解決方案，使用系統可以查看任意時刻合同的執行情況，了解制造、建造等細節。

4.1 構件的設計管理

依據設置的排版規則，在系統中實現構件的標準化自動設計。該系統可為圖紙設計、預算部門提供解決方案，可以通過識別CAD設計圖紙，或使用Revit三維模型，計算輸出預制構件BIM模型、預制構件工程量清單，裝配順序和裝配時間要求。

系統可以自動進行模型輕量化處理，通過自己特有的模型輕量化算法，可以將模型大小減少85%左右。模型輕量化主要通過有針對性的數據壓縮及還原技術來實現。渲染展示輕量化之后，模型的細節基本都得以保留，并不影響后續應用。模型輕量化后效果細節展示如圖3所示。

圖3 模型輕量化后效果細節展示

4.2 構件的生產管理

基于BIM技術進行構件生產進度的可視化展示。利用二維碼標簽對構件生產進行跟蹤管理，全面記錄構件的生產信息、當前狀態（未排期、待生產、正在生產、生產完成）等情況。

為生產部門提供解決方案，通過信息管理云平臺，可以按項目得到預制構件工程量清單和預制構件BIM模型，以便安排生產，同時可以將生產數據輸入信息管理云平臺。構件生產廠商，可以通過登錄信息管理云平臺直接輸入預制構件生產開始時間、生產結束時間等信息。生產進度管理如圖4所示。

圖4 生產進度管理的計劃設置

4.3 構件的運輸管理

根據施工進度合理制定預制構件的運輸計劃，避免構件運輸不及時延誤現場施工或施工現場構件堆放過多的問題；基于GPS對車輛進行實時定位和運輸線路規劃，實現構件運輸的可視化智能調度；基于二維碼技術和數字化管理云平臺，建立預制構件的跟蹤監控系統，實現高效的數據采集和實時物流信息的傳遞共享。

圖5 物流運輸管理的狀態設置界面

為倉儲物流部門提供解決方案，通過信息管理云平臺可以按項目得到預制構件生產數據，以及預制構件裝配順序和時間要求等信息，以便安排倉儲、配送。倉儲和物流部門，可以通過以下方式輸入預制構件入庫、出庫、發貨、到貨時間信息：登錄信息管理云平臺改變運輸狀態，或使用移動設備掃描構件二維碼的方式輸入。

4.4 構件的裝配管理

將構件安裝進度在BIM模型中實時展示，并自動校驗施工工序的合理性；基于北斗衛星定位系統實現厘米級的安裝定位，輔助構件吊裝就位，提高安裝效率。

為施工部門提供解決方案，使用系統可以導入、模擬、分析、驗證、調整施工進度，可以現場查找包裝信息或者待安裝位置等信息，可以快速記錄、反饋、跟進施工現場實際狀況。構件安裝部門，可以通過登錄信息管理云平臺直接輸入預制構件計劃安裝時間、安裝結束時間等信息。裝配進度管理如圖6所示。

圖6 裝配進度管理

另外，針對生產單位、運輸單位、施工單位，站在不同的視角會有不同的進度情況，提供個性化的著色模式模型瀏覽功能。通過統計分析，查詢預制構件計劃生產時間、實際生產時間、計劃安裝時間、實際安裝時間，以及構件所在狀態（比如：加工、運輸、進場、已安裝等）。

5 結論

利用裝配式建筑數字化管理平臺作為教學工具輔助教學，可以解決以往裝配式建筑教學中輔助手段不足、不夠直觀等問題，可以提高學生學習興趣，改善傳統教學課堂沉悶的現象，提高教學質量。另外，還可以減少許多需要到現場實踐帶來的安全隱患等困擾。希望通過本文介紹的數字化管理平臺和理念，可以幫助各相關院校克服裝配式建筑教學所面臨的難題與困境，為教學改革的開展提供一定的參考。