裝配式建筑智慧建造應用研究

袁海天

（中國建筑第二工程局有限公司華東分公司）

1 引言

2013年，德國首先提出“工業4.0”的概念：人們將迎來以信息物理融合系統為基礎，以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業革命。“機器自組織”要求機器不但智能，還要能溝通和協調。作為與工業聯系最為緊密的建筑業，高度智慧的建筑建造必將成為未來的發展趨勢[1]。

2 智慧建造相關概念

智慧建造是智慧城市、智能建筑發展的拓展和外延，指在建筑建造過程中利用智能技術及數字信息技術，通過搭建和應用智能化系統，提高建筑建造的智慧化水平；在減少人為操作的同時，實現安全建造，節約建造成本、提高建筑質量。

智慧建造以智能技術及數字信息技術為抓手進行架構：感知層，物聯網、定位技術；傳輸層，互聯網、云計算等技術；分析層，數據、人工智能等技術和移動終端、觸摸終端等技術；記憶層，BIM、GIS等技術。此外，還有三維激光掃描、三維打印、機器人等技術。這些技術的綜合利用使智能化系統具有靈敏感知、高速傳輸、精準識別、快速分析、優化決策、自動控制、替代作業等特征[2]。

智慧建造的應用主要有智慧組織、智慧設計、智慧制造和智慧施工。本文結合具體實踐項目，重點介紹建筑工程項目的智慧施工。智慧施工可實現高質量施工、安全施工以及高效施工。

3 裝配式建筑智慧建造具體實踐和應用

3.1 項目概況

南京百水工業園保障房一期項目是南京市“十三五”規劃建設首個開工的重點保障房工程，項目位于南京市棲霞區，建筑面積28.7萬m2，包括19棟高層住宅及地下車庫、4棟單體商業樓，配套設施有6個配電房以及門衛房。其中，19棟高層住宅樓均為裝配式剪力墻結構。

3.2 智慧建造應用

本項目首先搭建了智慧工地數字項目管理平臺，將項目信息集成匯總，包括項目概況、BIM建造、安全管理、勞務管理、質量管理、環境監測、監控系統、物料管理等內容，便于管理、方便查閱。具體應用有爬架荷載的實時監測、消防水的實時監測、BIM模型的構建等。

3.2.1 爬架荷載實時監測系統

傳統爬架通過WiFi局域網控制爬架的升降，不能遠距離實時監測爬架系統的荷載情況，此系統有一定的局限性。隨著距離的增大，管理人員接收到的信號會逐漸減弱，甚至不能接收到信號。

爬架智能監測方案基于NB-IoT物聯網技術，運用感知化、互聯化、智能化的手段，全天24h監測各種物聯網設備的動態運行狀態，并將監測到的數據實時傳至智能設備管理平臺（見圖1）。監測到預警信息時，系統可通過電話、短信、移動端等多種方式分級別、分權限實時推送給管理人員和相關主管部門。利用“感、傳、知、用”等物聯網技術，綜合RFID、無線傳感等技術，為監測爬架荷載提供技術支撐。本項目所用智能爬架控制監測系統由重力傳感器、NB-LOT信號數據線、物聯網云平臺、手機app系統組成。在超極限荷載狀態下保護停機，整體升降過程中超15%、30%動態荷載警示及停機保護，并在手機app中用不同的顏色加以區分。

圖1 爬架智能監測方案

3.2.2 消防水系統智能監測方案

消防水系統智能監測系統基于NBIoT/LoRa物聯網技術，運用感知化、互聯化、智能化的手段，全天24h對消防水系統的管網壓力、閥門開關、水箱液位、消火栓水壓和位置進行智能動態監測，并將監測到的數據實時傳至消防水系統智能監測平臺，可解決管網無水或欠壓、管道堵塞、管道破裂、閥門誤關閉、消火栓被破壞、設備運行故障等狀況出現時無法監管的問題，使消防設備狀態可直觀展現，提高救火效率，規避事故風險，降低管理成本，為消防安全監控管理提供高效輔助手段（見圖2）。

圖2 消防水系統智能監測系統

此方案的優點：

①消除消防安全隱患，解決了人工巡檢和攝像頭無法監測消防管網管道內部壓力的問題，從根本上保障了消防水系統的可用性；

②降低設備被盜風險，通過對消火栓等設備定位和狀態的及時報警，有效防止消防器材被盜；

③構建消防責任體系；

④快速覆蓋消防盲點。

3.2.3 環境監測

環境監測系統與現場圍擋噴淋系統關聯，揚塵值超過允許范圍會發出預警通知，同時自動開啟圍擋噴淋裝置，有效降塵、節約用水，符合綠色施工的標準。

3.2.4 BIM技術

1）工程施工進度模擬

通過軟件建立建筑、結構的BIM模型與施工進度相關文件，對施工過程與施工場地布置情況進行動態演示，直觀整個施工過程，并進行可視化管理，同時也實現了4D施工進度模擬的目標。

2）預制構件拼裝精細化

為達到構件整體拼裝的嚴密性，避免因累計誤差超過允許偏差值而使后續構件無法正常吊裝就位等問題的出現，構件排產前通過3D實體模型進行圖紙深化，對預拼裝、結構沖突等問題進行預警。

3）機電管線碰撞分析

通過建立BIM模型，在施工前期進行管線碰撞檢查、優化原有圖紙設計、提高圖紙閱讀效率。同時，運用BIM技術交底，形象直觀，能有效指導后續施工，達到管線綜合的優化布置。

3.2.5 地坪研磨施工機器人

本項目通過使用地坪研磨施工機器人，解決人工地坪磨平效率低、耗費高、標準化程度低的問題，同時也保證了施工的安全性，減少揚塵。

3.2.6 生活區智能防火方案

生活區智能防火解決方案基于NBIoT物聯網技術，運用感知化、互聯化、智能化的手段，全天24h監測各種物聯網設備的動態運行狀態，并將監測到的數據實時傳至家庭消防智能設備管理平臺，為生活區消防管理難點區域提供火災監控及預警的有效輔助手段。監測到預警信息時，系統可通過電話、短信、移動端等多種方式分級別、分權限實時推送給業主和相關主管部門。

此方案的優點：①消除消防安全隱患，全面降低火災風險；②完善消防報警機制，使消防管理便捷。

3.2.7 安全教育體驗區

設置BIM-VR安全教育體驗區，VR技術融合3D影像投影技術，對施工現場的隱患排查、消防滅火等進行體驗，做到沉浸式感受，讓施工人員更直觀了解當事故發生時如何處理，時刻銘記安全第一。

4 結語

綜上所述，雖然智慧建造是近幾年才出現的理念，但隨著物聯網、BIM等信息技術的高速發展、推廣和應用，已經在部分工程項目中取得了成功經驗。