建筑工業(yè)化和施工機械化在建筑工程中的應(yīng)用

萬億

摘要：隨著全球工業(yè)4.0時代的到來，全球工業(yè)信息化和自動化帶來計算機技術(shù)與建筑領(lǐng)域的不斷融合，新型建筑和新的施工工藝目標(biāo)被不斷的提出，人們將會越來越重視未來建筑對人的行為和環(huán)境變化的回應(yīng)，未來建筑業(yè)應(yīng)基于自然規(guī)律而存在，用最合理的方式，最少的資源，實現(xiàn)最高的性能。高性能建筑作為由多種技術(shù)打造的建筑必將成為未來建筑性態(tài)的主流。而當(dāng)今不斷發(fā)展的建筑技術(shù)與工藝材料所帶來的建筑設(shè)計，施工，建筑外形，建筑生態(tài)等方面的嶄新面貌，同時也為我們對未來建筑工業(yè)化和施工機械化提供了新的起點。

關(guān)鍵詞：工業(yè)生產(chǎn)機械施工

近年來，隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展一些傳統(tǒng)型的生產(chǎn)及施工方式已經(jīng)發(fā)展到了一定的高度，在未來，不能滿足建筑業(yè)的發(fā)展需要，隨著國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的實施和新型城鎮(zhèn)水平的的不斷提升，要求傳統(tǒng)建筑業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級的呼聲也越來越高。在此背景下，積極研究新型建筑工業(yè)化和施工機械化的發(fā)展方向，無疑對加快建筑業(yè)適應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的意義。

建筑工業(yè)化和施工機械化概述

1.建筑工業(yè)化概念及其意義

建筑工業(yè)化：是指通過現(xiàn)代化的制造、運輸、安裝和科學(xué)管理的大工業(yè)的生產(chǎn)方式，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑業(yè)中分散的、低水平的、低效率的手工生產(chǎn)方式。他的主要標(biāo)志是建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)施工化，施工機械化和組織管理科學(xué)化。

2.建筑工業(yè)化及其意義：建筑業(yè)的工業(yè)化是社會生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。他與傳統(tǒng)的建造方式根本區(qū)別在于把社會生產(chǎn)力從手工業(yè)的小生產(chǎn)方式向工廠化流水方式轉(zhuǎn)化。它是采用現(xiàn)代大工業(yè)生產(chǎn)來建造建筑物，運用現(xiàn)代技術(shù)、先進生產(chǎn)方式、智能機械施工的方式推動建筑業(yè)發(fā)展的文明。

3.基本內(nèi)容：是采用先進、智能、適用的技術(shù)、工藝和裝備科學(xué)合理地組織施工，發(fā)展施工專業(yè)化，提高機械化水平，減少繁重，復(fù)雜的手工勞動和濕作業(yè);發(fā)展建筑構(gòu)配件制品、設(shè)備生產(chǎn)和智能施工機械并形成適度的規(guī)模經(jīng)營，為建筑市場提供各類建筑使用的系列化的通用建筑構(gòu)配件、制品和智能機械施工制品;制定統(tǒng)一的建筑模數(shù)和重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)（模數(shù)協(xié)調(diào)、公差與配合、合理建筑參數(shù)、連接、智能施工機械的AI程序及算法等），合理解決標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化的關(guān)系，建立和完善產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)、工法等，不斷提高建筑標(biāo)準(zhǔn)化水平;采用現(xiàn)代管理方法和手段，優(yōu)化資源配置，實行科學(xué)的組織和管理，培育和發(fā)展技術(shù)市場和信息管理系統(tǒng)，適應(yīng)發(fā)展社會主義市場經(jīng)濟的需要。

（1）建筑設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化與體系化

建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，是將建筑構(gòu)件的類型、規(guī)格、質(zhì)量、材料、尺度等規(guī)定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。將其中建造量大、使用面積廣、共性多、通用性強的建筑構(gòu)配件及零部件、設(shè)備裝置或建筑單元，經(jīng)過綜合研究編制成配套的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖，進而匯編成建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)圖集。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的基礎(chǔ)是采用統(tǒng)一的建筑模數(shù)，減少建筑構(gòu)配件的類型和規(guī)格，提高通用性。

體系化是根據(jù)各地區(qū)的自然特點、材料供應(yīng)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的不同要求，設(shè)計出多樣化和系列化的定性構(gòu)件與節(jié)點設(shè)計（也包括施工機械的設(shè)計及選用）。建筑師在此基礎(chǔ)上靈活選擇不同的定型產(chǎn)品，組合出多樣化的建筑體系。

（2）建筑構(gòu)配件生產(chǎn)的工業(yè)化

將建筑中量多、面廣易于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的建筑構(gòu)配件，由工廠進行集中批量生產(chǎn)，采用機械化手段，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期。批量生產(chǎn)出來的建筑構(gòu)配件進入流通領(lǐng)域成為社會通用的商品，促進建筑產(chǎn)品質(zhì)量的提高并降低生產(chǎn)成本。

（3）建筑施工的裝配化和機械化

建筑設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)的工廠化和產(chǎn)品的商品化，使建筑機械設(shè)備和專用設(shè)備得以充分開發(fā)應(yīng)用。減少低技術(shù)人力，培養(yǎng)并增加高技術(shù)人力，通過掌握智能施工機械的操作，完成建設(shè)任務(wù)，并推動施工機械化的大面積應(yīng)用。

（4）組織管理科學(xué)化

生產(chǎn)要素的合理組織，即按照建筑產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟規(guī)律組織建筑產(chǎn)品的生產(chǎn)。提高建筑施工和構(gòu)配件生產(chǎn)的社會化程度，也是建筑生產(chǎn)組織管理科學(xué)化的重要方面。針對建筑業(yè)的特點，一是設(shè)計與產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)與施工方面的綜合協(xié)調(diào)，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局和生產(chǎn)資源合理化。二是生產(chǎn)與經(jīng)營管理方法的科學(xué)化，要運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和計算機技術(shù)促進建筑工業(yè)化的快速發(fā)展。

機械化施工

施工機械化是指在建筑施工中將手工操作轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器操作的過程。它是建筑業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進步的一個重要標(biāo)志，是建筑工業(yè)化的重要內(nèi)容之一。其發(fā)展有三個階段：第一階段是部分機械化，主要采用機械操作，其他相聯(lián)系的作業(yè)仍用手工;第二階段是綜合機械化，各種作業(yè)都用機器來完成，工人只操作機器;第三階段是機械自動化，各種機器的運行由專門的儀表來控制，不需要人來操作。

實現(xiàn)施工機械化，有利于提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約勞動量;加快工程進度，縮短建設(shè)工期;保證和提高工程質(zhì)量，降低工程成本。

3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)是利用光固化和紙層疊等方式實現(xiàn)快速成型的技術(shù)。它是將內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等特殊“打印材料”組成的3D打印機耗材，有機械臂疊層出建筑構(gòu)件，與電腦連接后，通過多層打印方式，把計算機上的藍圖變成實物。

3D打印耗材可二次利用建筑產(chǎn)生的垃圾，3D打印機所用的油墨原料是從建筑垃圾、工業(yè)垃圾和礦山尾礦，以及水泥、鋼筋和特殊的助劑所組成的材料。建筑垃圾通過處理、加工和分離形成油墨，最終成為3D打印機的原材料，有效進行了建筑垃圾的二次利用，節(jié)省了建筑原材料的部分費用。這種材料的理論強度和使用年限上大大超過了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但在剛度和耐久性等綜合性能上，還需要長期使用的過程中加以驗證。對于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上，3D打印可任意設(shè)計墻體結(jié)構(gòu)，一次性解決墻體的承重結(jié)構(gòu)問題，可用于橋梁，簡易工房、劇院、高層等建筑中。目前國內(nèi)外均有3D打印建筑的試點工程，未來此技術(shù)能大面積應(yīng)用，將會是建筑業(yè)的革命。

BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項目策劃、施工、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對，為設(shè)計團隊以及包括建筑、運營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。BIM技術(shù)有5個特點，可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性。與傳統(tǒng)的二維圖紙不同，BIM可以說是三維、四維甚至更多維度的設(shè)計，可以構(gòu)件建筑物的三位模型，同時還加入了時間的維度?；贐IM技術(shù)，可以更好的使建筑工業(yè)化和施工機械化發(fā)揮其效用和把控，充分發(fā)揮裝配、3D打印、機械的控制、項目全過程管理等技術(shù)的優(yōu)點。

現(xiàn)階段下建筑工業(yè)化和施工機械化在實際工程中的應(yīng)用

設(shè)計階段 設(shè)計階段是整個施工過程中最為重要的一步，它的主要任務(wù)是：完成基于三維模型多專業(yè)協(xié)同工作，保證建筑構(gòu)造與結(jié)構(gòu)一致，建立各專業(yè)可視化建筑空間設(shè)計模型，確定各專業(yè)預(yù)留、預(yù)埋的重點區(qū)域及相關(guān)預(yù)制構(gòu)件的拼接，3D打印構(gòu)件的確定和模型的建立，預(yù)制構(gòu)件初步模型搭建及名稱確定，模擬施工和碰撞檢查及施工方案的優(yōu)化等。

基礎(chǔ) 基礎(chǔ)可采用現(xiàn)澆形式，這樣可以更加快速完成基礎(chǔ)的制作，支設(shè)模板時可采用3D打印機械完成。如獨立基礎(chǔ)、筏型基礎(chǔ)、樁承臺、條形基礎(chǔ)等，再澆筑混凝土實現(xiàn)基礎(chǔ)快速的制作。

鋼筋 利用機械臂完成綁扎與焊接，機械連接需要人工輔助來完成。

柱 可采用預(yù)制好的構(gòu)件直接安裝，也可以采用3D打印模板然后現(xiàn)澆混凝土，兩者差別很大，一個是整體性問題，還有就是施工步驟，這個要參照對應(yīng)工程的施工組織設(shè)計。

梁、板、樓梯 梁和板采用疊合梁、板安裝，然后再進行澆筑，這里要看混凝土柱和墻是現(xiàn)澆的還是預(yù)制構(gòu)件的。樓梯完全可以采用預(yù)制構(gòu)件，直接安裝。

混凝土墻 兩種施工方式，預(yù)制構(gòu)件裝配和混凝土現(xiàn)澆，預(yù)制墻板直接安裝就可實現(xiàn)快速建立，現(xiàn)澆墻采用3D打印模板，然后澆筑混凝土，也同樣可以實現(xiàn)快速完成墻的建立。

砌筑墻 采用砌磚機械與人工相結(jié)合的施工方式，需要大面積砌筑的，就采用砌磚機械，例如磚混結(jié)構(gòu)。小面積的就需要人工來完成，例如磚墻頂部的斜磚。

裝配式構(gòu)件運輸 構(gòu)件的運輸要選擇最佳的路線，還要考慮構(gòu)件單次運輸?shù)娜哂喽?，因為這關(guān)系到運輸?shù)某杀?，如果兩者沒有更好的實現(xiàn)最佳的效率，那么成本將會大大增加。

結(jié)合以上所訴，以及對現(xiàn)有技術(shù)掌握的情況下一步到位實現(xiàn)新技術(shù)的普及還有一定的時間，但就現(xiàn)有的技術(shù)而言，可結(jié)合以上的所有的技術(shù)包括目前使用廣泛的現(xiàn)澆技術(shù)，綜合發(fā)揮其在建設(shè)過程中最有效的部分結(jié)合使用使之實現(xiàn)快速、精確、節(jié)約、環(huán)保等優(yōu)點，為將來實現(xiàn)建筑工業(yè)化和施工機械化的技術(shù)普及奠定基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]中華人民共和國和住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見。

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見。