基于智慧建造技術的裝配式建筑發展研究

張云峰 鄒敏 孫超 羿倩 王鑫

摘 要：我國為了貫徹可持續發展的理念，裝配式建筑成為整個建筑行業發展的必然趨勢。本文通過闡述裝配式建筑的概念以及國外裝配式建筑的發展歷程，對國內的裝配式建筑優缺點及其發展的優勢和阻礙進行分析，并且通過結合目前大數據云計算技術 和BIM等技術的應用對中國建筑業裝配式建筑的未來發展趨勢進行預測。

關鍵詞： 裝配式；BIM；云計算；建筑；發展趨勢

一、緒論

改革開放40年以來，建筑業仍然是采用勞動密集的現場生產的建造方式。由于能源短缺和勞動力短缺，傳統的生產模式已不能滿足現代的發展要求。而且企業之間的競爭往往是在低層次的價格競爭上，致使建筑產品競爭力的發展空間逐漸縮小，傳統生產管理模式下的建筑行企業的優勢正在失去，因此，如何進行轉型升級，提高施工企業競爭力是一個亟待解決的重要問題。

預制建筑將改變傳統建筑的落后生產方式。在安全生產方面，預制建筑可以完全控制整個施工過程，減少安全隱患；在建筑質量方面，可以解決傳統建筑方法中的泄漏，精度差等問題，確保工程工程的質量和安全；在施工進度方面，預制建筑可以大大縮短施工期，不受季節惡劣天氣的影響；在成本方面，建筑過程中通過大數據分析和BIM5D平臺跟蹤進度進行成本控制從而減少總投資。

（一）裝配式建筑的概念

隨著現代工業技術的發展，人們為了提高建筑的生產效率和品質，把在施工現場外預制好的構件運往工地，組裝，使房屋可以像機器生產一樣批量生產，這就是預制建筑的概念。

（二）日本裝配式建筑的發展經驗

作為一個亞洲國家，日本的預制建筑是世界領先者。它在預制建筑中的發展實現了跨越式發展，日本在20世紀中期首次提出了預制建筑的概念。當時由于勞動力短缺，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，它是日本預制建筑發展的開始，基本滿足了住房需求。這為他們提供了住房的保障，住宅的類型從低價追求型發展為規格量產型。同時，日本通過立法確保混凝土構件的質量，并制定了一系列標準政策，逐步形成統一的模塊化標準。它解決了標準化，大規模生產和多樣化需求之間的矛盾，進入了良性循環的發展軌道。1973 - 1985年是日本預制建筑的高級時期，其標準已經不能滿足新時代人們的需求。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，隨著人們對高質量的住房要求，日本推出了高效率，空間內部可變的裝配式結構，同時向著資源循環利用、綠色環保的方向發展。

日本建筑物的層數越多，工廠預制的比例越高。小于九層的住宅，全部現澆的方式來建造；不高于20層的住宅，會用半預制；如果超過20層，將包括所有預制梁和柱。其原因在于考慮到模板的使用和成本的控制，日本預制混凝土結構不是純粹的制造結構。現澆處理應用于關鍵框架梁柱節點和板坯疊加層，這不僅增加了結構的完整性，它解決了 HVAC，供水和排水系統以及電氣系統等建筑和設備的要求。

（三）我國發展裝配式面臨的問題

1.政府政策漏洞

雖然發展裝配式建筑早在前幾年就已經得到了政府的支持，但是由于發展還不太成熟，政府的一些決策并不和裝配式建筑的發展相吻合。其一，預制混凝土構件作為商品在經銷的過程中，政府需要對其進行征稅且稅收較高，導致原材料的成本與其他材料相比并不占絕對優勢，對發展裝配式建筑也是一種阻礙。其二，政府對裝配式建筑的管理并未形成一套規范的管理體系，導致裝配式的各個階段都是獨立存在，并不能形成有效集中管理。

2.成本較高

制造預制建筑物中每個部件的成本很高。其中許多機械需要國家自主研發或者從國外進口；我國還處在裝配式基礎階段，與其他發達國家的技術差距較大，因此各種前沿技術的學習也需要耗費大量的人力物力；并且我國人才培養機制不夠健全，所以國內人才缺乏相應的知識并且經驗不足，這就需要國家花費大量精力進行人才培養，裝配的人工成本也高于正常水平；再加上遠距離的運輸成本等各方面成本的堆積，對我國發展裝配式建筑形成了巨大的阻礙。

3.管理不足

預制建筑的建造包括設計鏈接，生產鏈接，施工鏈接和維護鏈接。目前，只有極少部分的企業，可以生產出質量上乘、符合標準的裝配結構構件，產業整體落后，管理經驗嚴重不足。裝配式施工的各個方面涉及業主，設計公司，生產企業，施工單位等，每個環節必須形成一個完整的工業體系。而目前我國不管是設計還是施工的管理人員大多數習慣使用現澆的施工方式，在裝配式的管理方面心有余而力不足。

二、智慧建造技術

智慧建造技術就是結合當下最為火熱的BIM、大數據分析及云計算技術，通過一系列的反饋與采取主動措施優化我們的管理方式，提升我們的工作效率，實現產業的和諧發展，與大自然和諧可持續發展的技術。無論是行業還是企業、項目管理都在先進的信息化技術系統支撐下，使經營環境公平透明，企業項目管理高效精細。

三、基于智慧建造技術的裝配式建筑發展研究

（一）中國預制建筑在新技術浪潮中的機遇

在BIM技術和大數據云計算技術迅猛發展的浪潮下，裝配式建筑將引來它最為重要的機遇——有可能部分甚至完全取代傳統的現澆建筑模式。

誠如前言所述，我國裝配式建筑目前還處于發展階段，還有種種的缺點問題亟待相關的專家學者去解決，其中比較重要的兩點就是管理不足和成本過高。在BIM的發展下，管理層將項目管理與整個項目的生命周期聯系起來。從而將管理問題通過相關的BIM5 D模型和反饋—決策機制來解決，而成本過高則是由于不規范的生產工藝導致的。如果前期就通過建立相關的模型和相應的族庫來規范每一個構件的外形及做法，明確成本的落實之處，減少不必要的浪費來控制實際的成本，這將大大完善相關的產業鏈，使預制構件的生產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來進行施工作業。

而大數據分析和云計算技術相互結合能夠幫助相關技術人員分析裝配式建筑成本構成的實際情況，通過分析并計算以往建筑的數據資料，建立相關的數據庫，就能尋找到每一個建筑項目之間的共通之處，將其作為參考，形成和建立與預制建筑相關的標準，以實現預制建筑規范化甚至有望解決我國裝配式建筑目前只適用于中低層不適用于高層的問題。

（二）智慧建造技術在建筑上的運用

隨著時代的發展和科技的進步，人們每天接觸的信息量在不斷的增大，社會也從原來信息相對匱乏的年代進入信息爆炸的時代。在此基礎上，如何從每天呈指數爆炸式增長的數據中提取出我們真正需要的信息并將之總結為規律的問題就迫切地出現在我們面前。由此便有人提出用利用電腦強大的運算能力和互聯網+的共享思維來解決相關問題，于是大數據和云計算的概念便出現了。它們能夠幫助人們更好的對數據進行清洗、分類，并從中找出規律，作為指導我們進行平時決策的重要資料。

作為社會中龐大信息的一部分，從建筑的角度來說，關于建筑的信息也是十分龐大的，其中，各種計劃-成本計劃，進度和質量計劃是初步計劃的重中之重。而且現場施工的信息也需要及時的反饋好讓相關的管理層及時的進行計劃和實際情況的比對，為管理層下一步的工作提供決策依據，形成一個完整的、良性的 PDCA循環并持續下去直至項目結束。所以這就要求整個項目的信息流要有一個最為合適的方式進行交流、反饋。這個時候， BIM技術便能夠發揮它的作用，通過對圖紙進行建模、對量、形成相應的數據表格，最后， BIM5 D系統被引入成本控制，進度控制和質量管理。這就是一套完整的 BIM在項目中的全過程應用。從中不難看出，這個工作可以貫穿整個項目的周期，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熱點完全通過BIM技術實現。

有了 BIM這個平臺串聯起整個項目中建筑的信息流，管理層有關方面便可以利用大數據分析及云計算技術針對其中的信息進行甄別，確定項目的主要困難，制定相應的對策。這也是建立一個多采取主動控制措施而少采取被動控制手段、貫穿項目全生命周期的管理體系的關鍵所在。

（三）未來建筑

未來的建筑應該由先進的建筑技術以及相關的新技術和新的管理模式組成。形成的集美觀、舒適、實用、環保而又個性化的高科技現代化建筑景觀。其發展趨勢是綠色，智能，人性化和信息化。在此基礎上傳統的現澆施工工藝因為它的高污染、獨立性和高成本等特性已經不符合我們的需求了。而裝配式建筑綠色、環保、節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發展觀和“既要金山銀山，也要綠水青山”的發展戰略，同時這些特性也是管理人員在工程項目管理上所追求的目標——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來看，裝配式建筑的發展推廣勢在必行。

四、結語

雖然中國的裝配式建筑起步較晚，但仍處于起步階段，運輸和零部件成本高，產業鏈不完善。但是裝配式建筑相較于現澆模式明顯擁有著速度較快、施工效率較高等優勢；組裝好的建筑結合了BIM技術，確保了整個生命過程的完整性，從而有效地提高了項目的質量。如果組件更標準，生產效率將更高，相應的組件成本將降低，并且隨著生產工廠的數字化管理，整個裝配式建筑物的成本性能將變得越來越高。再加上政府對預制建筑生產的鼓勵政策，裝配式建筑肯定會在中國得到廣泛應用，并將成為中國建筑業發展的必然趨勢。

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