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(guó)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(shì)。本文通過闡述裝配式建筑的概念以及國(guó)外裝配式建筑的發(fā)展歷程，對(duì)國(guó)內(nèi)的裝配式建筑優(yōu)缺點(diǎn)及其發(fā)展的優(yōu)勢(shì)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(duì)中國(guó)建筑業(yè)裝配式建筑的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

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

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(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)往往是在低層次的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)上，致使建筑產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)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(shì)正在失去，因此，如何進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高施工企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(tái)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(chǎng)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(guó)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?；炷翗?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(jí)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(duì)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(guó)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(duì)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(duì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)發(fā)展裝配式建筑也是一種阻礙。其二，政府對(duì)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(guó)家自主研發(fā)或者從國(guó)外進(jìn)口；我國(guó)還處在裝配式基礎(chǔ)階段，與其他發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)人才培養(yǎng)機(jī)制不夠健全，所以國(guó)內(nèi)人才缺乏相應(yīng)的知識(shí)并且經(jīng)驗(yàn)不足，這就需要國(guó)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(duì)我國(guó)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(guó)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(yíng)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(guó)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(chéng)如前言所述，我國(guó)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(kù)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(kù)，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(guó)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(chǎng)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(duì)，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(duì)圖紙進(jìn)行建模、對(duì)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(tái)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(duì)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(duì)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(shì)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?、?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(shì)來看，裝配式建筑的發(fā)展推廣勢(shì)在必行。

四、結(jié)語(yǔ)

雖然中國(guó)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(shì)；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(duì)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(guó)得到廣泛應(yīng)用，并將成為中國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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