裝配式混凝土建筑的數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造

付慧星

（南京工程學(xué)院，江蘇 南京 210000）

0 引言

裝配式混凝土建筑很大程度解決了建筑施工方面的問(wèn)題，但仍存在不足。 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，裝配式混凝土建筑的智能建造及數(shù)字設(shè)計(jì)能解決目前裝配式建筑存在的不足和缺陷， 既可以實(shí)現(xiàn)施工效率的提高，也能夠確保施工成本的經(jīng)濟(jì)合理。 所以對(duì)裝配式混凝土建筑的智能建造和數(shù)字設(shè)計(jì)的深入研究， 也是傳統(tǒng)施工方式與施工技術(shù)的再突破。 文章介紹目前裝配式混凝土建筑存在的問(wèn)題以及展開(kāi)論述國(guó)內(nèi)外對(duì)裝配式混凝土建筑的數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造的研究。

1 目前裝配式混凝土建筑存在的問(wèn)題

隨著時(shí)代的進(jìn)步， 傳統(tǒng)工業(yè)和建筑業(yè)的技術(shù)發(fā)展也取得了重大突破， 并經(jīng)歷了長(zhǎng)期的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。 我國(guó)的建筑已經(jīng)從原來(lái)的預(yù)制空心樓板、 預(yù)制屋面板等簡(jiǎn)單的裝配式建筑形式逐漸發(fā)展到今天的現(xiàn)代化建筑方案， 在施工方法和施工質(zhì)量上都能得到有效的保證。 但是，通過(guò)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的長(zhǎng)期總結(jié)和分析， 我們?nèi)匀豢梢园l(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)裝配式混凝土建筑中的一些不完善或缺陷。

（1）目前的生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)計(jì)、施工、項(xiàng)目管理一體化程度較低。產(chǎn)業(yè)工人在裝配式建筑施工方面缺乏足夠的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，這使得裝配式建筑構(gòu)件的成本較高。

（2）裝配式建筑行業(yè)存在標(biāo)準(zhǔn)化程度低、產(chǎn)業(yè)鏈不連續(xù)等問(wèn)題。

（3）裝配式建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不健全，相關(guān)制度不夠完善，存在漏洞。

（4）裝配式建筑構(gòu)件在生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中存在許多不足之處，使得在后期裝配完成的建筑工程整體穩(wěn)定效果不盡人意。

通過(guò)不斷的研究與技術(shù)革新，發(fā)現(xiàn)裝配式混凝土建筑的數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造能有效解決這些問(wèn)題。 因此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都進(jìn)行了深入研究。

2 裝配式混凝土建筑的數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造

2.1 數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造的背景

（1）數(shù)字設(shè)計(jì)之中，BIM 技術(shù)是其主要內(nèi)容。BIM技術(shù)可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)搭建一個(gè)信息平臺(tái)， 通過(guò)對(duì)建筑施工過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，并將其轉(zhuǎn)化為可視化的數(shù)據(jù)形式，使建筑施工質(zhì)量更好，方便更加直觀(guān)的管理，也可以更有效地掌握施工過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)數(shù)據(jù)。 BIM 技術(shù)有五大特點(diǎn)，即模擬、協(xié)調(diào)、優(yōu)化、可視化和圖形化。 BIM 技術(shù)與裝配式建筑的結(jié)合有效提高了裝配式建筑的生命周期，形成系統(tǒng)化的組織結(jié)構(gòu)， 使得施工質(zhì)量的管理水平提升、效率提高，具有極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

（2）智能建造是基于BIM (+GIS)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)構(gòu)建的工程智能施工平臺(tái)。它是信息技術(shù)與現(xiàn)代工程建設(shè)技術(shù)的融合。大力發(fā)展工業(yè)化建筑與智能建造將提升重大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與運(yùn)維效率，促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，助力新基建，打造中國(guó)建造的國(guó)際品牌。

數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造是建筑現(xiàn)代化的必經(jīng)之路，大力發(fā)展工業(yè)化建筑和智慧建造也已成為我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的基本國(guó)策。

2.2 國(guó)外研究狀況

Aye 等通過(guò)對(duì)項(xiàng)目整個(gè)生命周期的CO2排放和能耗進(jìn)行評(píng)估，證明了裝配式建筑的應(yīng)用可以有效降低能耗。

Pons 等通過(guò)對(duì)比裝配式建筑和現(xiàn)澆式建筑在施工過(guò)程中材料的提取和維護(hù)，得出裝配式建筑在施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響小于現(xiàn)澆式建筑的結(jié)論。

Navarro-Rubio 等人通過(guò)數(shù)值模型對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了評(píng)估，并對(duì)其進(jìn)行了生命周期分析。 他們指出，裝配式建筑具有節(jié)省施工時(shí)間和降低成本的特點(diǎn)。

2.3 國(guó)內(nèi)研究狀況

隨著國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究逐步深入，有效且直觀(guān)的指出了目前裝配式混凝土建筑所需要解決的問(wèn)題，以及數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造給傳統(tǒng)裝配式混凝土建筑帶來(lái)的利好與幫助。

2.3.1 進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)

為了更好地實(shí)現(xiàn)裝配式混凝土建筑智能結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的目的，有效地提高智能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，從而使得工程結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和可靠性逐步增強(qiáng)。所以預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)智能結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程是從多個(gè)層次考慮。目前，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)研究了裝配式混凝土建筑的智能預(yù)制件的適用性效果，使混凝土建筑物相應(yīng)的結(jié)構(gòu)布局與其后續(xù)的運(yùn)行施工可以被有效的整合在一起，從而使裝配式混凝土建筑的智能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的價(jià)值和效率可以進(jìn)一步加強(qiáng)。 同時(shí)，為了保證裝配式混凝土建筑的智能結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的可靠性，可以更科學(xué)、更全面地應(yīng)用，提高了其智能結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。

2.3.2 進(jìn)行數(shù)字設(shè)計(jì)

在具體的發(fā)展過(guò)程中，為了使裝配式混凝土建筑智能結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理，研究人員不斷提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，最大限度地滿(mǎn)足目前智能化建筑施工的要求，借助數(shù)字技術(shù)的幫助，仿真分析方法提供的施工工藝和施工時(shí)間可以與三維結(jié)構(gòu)模型相結(jié)合，形成四維施工模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)施工階段的建筑外觀(guān)和整體結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行仿真。通過(guò)與實(shí)際施工外觀(guān)的對(duì)比，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和跟蹤施工進(jìn)度和整體施工質(zhì)量。通過(guò)測(cè)量和比較兩者之間的差異，也可以更有針對(duì)性地判斷是否存在質(zhì)量問(wèn)題。BIM 技術(shù)提供的建筑信息模型可以根據(jù)各個(gè)構(gòu)件的大小、類(lèi)型和使用方式來(lái)確定。有利于準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握施工信息， 將安裝過(guò)程轉(zhuǎn)化為透明、開(kāi)放的形式，大大提高預(yù)制施工的效率和質(zhì)量。

2.3.3 有效利用裝配式混凝土智能結(jié)構(gòu)

建筑智能化施工工作開(kāi)展過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的使用，深入分析現(xiàn)階段施工期間所存在的問(wèn)題，然后在具體情況的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地制定施工方案，以確保在降低問(wèn)題出現(xiàn)概率的同時(shí)，還可以不斷提升裝配式混凝土建筑智能化結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于裝配式混凝土建筑的數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造的研究都有一定的局限性，為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，盡量解決目前裝配式建筑存在的不足和缺陷，對(duì)于裝配式混凝土建筑的數(shù)字設(shè)計(jì)與智能建造的研究必須加快步伐，早日實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。