基于智能建造技術的裝配式建筑施工管理研究

張洋

0 引言

裝配式建筑是建筑行業工業化轉型的重要體現，它將大量傳統施工過程中需要在現場進行的工作轉移到工廠內進行，極大地釋放施工現場的人員、環境等壓力，有效提高了建設效率。因此在激烈的市場競爭環境下，以及全球“低碳”的發展背景中，裝配式建筑正在逐漸成為我國建筑行業的發展導向。

智能建造技術是以BIM、物聯網、大數據等信息技術為基礎，以“信息化”與“智能化”為原則，構建智能的管理平臺和智慧的管理環境，以技術促改革，創新施工管理理念，使其與信息化、工業化深度融合，進而提高管理效率與管理效果。

裝配式建筑與智能建造技術的結合是大勢所趨，前者是建造方式上的創新，后者是管理理念上的創新，二者的結合必將大大提高建設工程管理質量。然而就當前發展情況而言，雖然近年來裝配式建筑得到了大力發展，但總體水平相對于某些發達國家還處于起步階段，與智能建造技術的結合水平也較低。因此，對智能建造技術在裝配式建筑施工管理中的應用方式進行研究十分必要，可以為我國建筑行業向工業化、信息化轉型提供有力支撐。

1 裝配式建筑施工管理現狀及問題

裝配式建筑在我國發展時間尚短，還沒有跳出傳統工程項目管理的圈子，依舊延續著傳統的管理模式，沒有形成一套特有的管理方法。因此研究智能建造技術與裝配式建筑的結合，有必要首先明確管理現狀及存在的問題。

1.1 管理組織設置不合理

現階段，大多數裝配式依舊使用傳統的組織管理模式，沒有進行創新。裝配式建筑不同于普通的建筑工程項目，其施工過程與設計、生產過程聯系緊密，施工單位在拿到設計院的圖紙后，往往不能直接應用于項目，需要進行深化設計，完成構件的拆分與標準化工作，然后將深化設計后的圖紙交予生產單位按圖生產，最后再由生產單位派出車輛送往施工現場進行吊裝。由以上過程可以看出，裝配式建筑的建設需要各單位的緊密配合，而傳統的施工管理模式下，設計、施工、生產工作相分離，導致管理組織的設置較為片面，沿用這套管理組織對于裝配式建筑的影響較大，容易出現信息溝通不暢的現象，無法對項目的順利進行做出統一規劃，不能覆蓋裝配式建筑的絕大多數流程，難以發揮裝配式建筑一體化施工的優勢。

1.2 產業鏈不健全

裝配式建筑在建設過程中需要建設單位、施工單位、設計單位、生產單位的深度溝通，各方需要就裝配式構件的初步設計、深化設計、標準化拆分、運輸調度等問題達成統一認識，這需要一套完善健全的產業鏈（如圖1 所示）。而現實情況下，設計、施工、生產往往相分離，業主分別與各單位簽訂合同并負責溝通協調工作，這導致各單位之間的交流不足，施工單位對于項目整體的把握不完整，不能整合全產業鏈資源，發揮全產業鏈集成優勢。

圖1 裝配式建筑產業鏈示意圖

1.3 構件運輸規劃不充分

不同于傳統過程項目物資運輸調度過程，裝配式建筑在現場不需要過多原料，而是將構件的生產轉移到了工廠內進行，預制構件廠將生產好的構件按照施工場地需求分批次運輸至現場進行裝配，保證正常施工。然而由于預制構件體積較大，運輸成本較高，并且施工現場往往難以提供充足的場地供構件堆放。這對構件的運輸提出了三方面的要求，一是要滿足施工現場的日常使用，即待使用的構件必須在開工之前運輸到施工現場，否則會延誤工期；二是盡量保證“零庫存”，即盡量使得構件隨用隨運，減少在施工現場的堆放，這樣既可以減少工地的用地壓力，也可以降低材料堆放、保存產生的費用；三是要做好對不同構件生產廠家的規劃，根據現實情況，一個構件廠的生產力往往可能無法滿足施工現場的構件需求，這使得施工方需要向不同的生產廠家進行采購，因此要對廠家進行規劃，進而保證構件生產與運輸費用最低。而在實際工程進行中，施工單位往往是根據經驗進行排產，構件生產、運輸規劃的不充分，出現了資源浪費、資金超支以及工期延誤等現象。

1.4 管理信息化程度不高

裝配式建筑的建設是一項復雜的系統工程，設計、施工、采購、生產聯系密切，需要各單位進行充分的信息共享，然而目前裝配式建筑管理信息化程度還不高，信息技術覆蓋面還不充分，往往根據主觀判斷進行生產工作。當前市面上已經存在許多建筑行業的管理類軟件，但尚沒有一款針對裝配式建筑的管理平臺，無法體現裝配式建筑的特點，也無法形成良好的管理環境。此外，BIM、物聯網、大數據等技術為裝配式建筑提供了極好的管理手段，然而這些技術當前在裝配式建筑中的應用還不廣泛。

2 智能建造技術在裝配式建筑施工管理的應用

2.1 深化設計過程

不同于傳統的項目管理類型，裝配式建筑的設計與施工過程密不可分，甚至可以將深化設計過程看作施工過程的一部分。深化設計是指在設計單位的圖紙完成后，對預制構件進行深入分析，對構件拆分、預埋件布置、標準化設計等展開的工作，這不單是設計院的任務，而是需要設計、施工、生產等單位共同完成。既要考慮國家規范、承載力要求，也要考慮施工過程的難易程度，還要結合生產單位的生產能力，是一項十分復雜的工作，智能建造技術可以幫助參建各方高效完成。

（1）構件拆分中的應用

合理的構件拆分是實現標準化生產的首要條件，預制構件拆分對建筑功能、結構受力狀況、工程造價等都會產生影響，因此在進行構件拆分的過程中需要考慮眾多因素。BIM 技術可以將二維圖紙翻成三維模型，進而直觀地展示建筑細節，保證構件信息在項目全生命周期中的完整與流通，還可以更進一步利用BIM 軟件實現構件受力情況分析，便于深化設計人員進行荷載計算，明確最優方案，進而節約成本，增加經濟效益，提高預制構件生產品質。

（2）預埋件布置中的應用

預埋件是預先安裝在隱蔽工程中的連接件，作用是用于以后連接和固定其他構件。由于裝配式建筑的構件主要是在工廠中進行生產，因此在生產時需要提前明確預埋件在構件中的位置。BIM 技術可以對預埋件進行有限元分析，確保預埋位置不會影響結構受力情況，還可以統籌各單位的設計模型，檢查是否產生管線與預埋件的碰撞，防止出現返工。

（3）標準化設計中的應用

標準化設計是實現裝配式建筑工業化生產的重要思路，即將構件拆分之后，形成相同規格、相同尺寸的部分，以實現工廠的批量生產。裝配式建筑標準化設計的核心是“少規格、多組合”，即保證標準化設計后的構件具有通用性，并且在施工現場可以完成拼裝，不會影響工程質量。BIM 技術可以提供一個標準化設計的平臺，充分檢驗構件拆分的可行性與協調性，也能檢驗構件內部的空間關系是否合理，避免了交叉碰撞，從而保證預制構件的批量生產，提高裝配式建筑生產效率，促進裝配式建筑更好發展。

2.2 施工過程中的應用

智能建造技術作為新一代信息技術，為工程項目施工管理提供了有力支撐，改變了傳統的施工管理方法（如圖2 所示）。BIM、物聯網、大數據等技術在裝配式建筑中的應用，可以建立一個多方協作的管理平臺，使得參建各方能夠充分協調，共同解決建設過程中遇到的各種問題，實現數據信息的高效流通，提高建設質量。

圖2 智能建造技術在裝配式建筑施工過程中的應用示意圖

（1）BIM 技術的應用

BIM 技術的核心是建筑信息模型，即將建筑的各類信息集成在三維模型上，使得每一塊構件中不僅包含結構、規格信息，也包含各類非結構信息，參建各方都可以在該模型上提取自己需要的數據，減少了工作量，提高了合作效率。BIM 3D 模型是BIM 技術的基礎，除了可以直觀展示模型并提供信息之外，還可以實現模型的實時更新，提高了項目可視化程度，保證各方有效把控項目進展情況。在BIM 3D 基礎上衍生出的BIM 4D 模型，可以提取項目全生命周期中的進度情況，發現實際進度與計劃進度之間的偏差，進而進行調整。在裝配式建筑中，BIM 4D 可以實現施工單位與構件生產單位之間的溝通，保證構件按時按量運輸。BIM 5D 技術用于跟蹤項目預算進展情況，并進行成本分析的相關活動，BIM 5D 與三維模型和四維進度相鏈接，允許同時查看進度與成本情況，直觀地發現成本產生偏差的原因，提高項目成本計算效率以及成本變化的準確性和可預測性，起到節約成本的作用。

（2）物聯網技術的應用

物聯網技術是通過將感應設備和識別設備布置在物體內部，實時提取物體信息的一種技術，裝配式建筑作為建筑行業工業化發展的代表，更是與物聯網技術有著深度結合的空間。當前物聯網技術在裝配式建筑施工管理過程中的應用主要分為三個部分。一是對材料進場和庫存的管理，微電子新品芯片可以為每一個制作好的預制構件生成一個專屬的二維碼，利用無線射頻技術清楚地了解到該構件的具體信息，如尺寸、規格、構件名稱、安裝位置等，同時將所有構件信息鏈接至物聯網平臺，實時掌握構件安裝情況。二是對建筑結構進行監測，通過在構件內部，以及構件連接處提前布置傳感器，實現對于應力、應變、位移等的監測，可以有效把握施工過程中構件受力的變化情況，判斷是否需要采取加固、拆除等措施。三是對施工安全進行監督，在進行危大工程施工時，通過在結構脆弱處布置傳感器，安裝自動報警系統，可以實現危險提前預警，避免安全事故的產生，同時在施工電梯、腳手架等施工設備中也可采用物聯網技術監測溫度、振動等信息，實現對施工安全的全面管理，進而降低安全事故發生的概率，提高項目進度。

（3）大數據技術的應用

裝配式建筑的建設是一個復雜的過程，會產生大量的數據，這為大數據技術的應用提供了條件。大數據技術是通過對規模巨大的資料在合理時間內進行整理與處理，將其轉換為用來分析的原始資料，最終為決策提供有力支持。在裝配式建筑中，大數據技術的應用往往與BIM 技術緊密結合。施工現場產生的數據，包括構件和設備的工程信息，以及質量、進度、成本、安全各方面的管理信息，都可以通過BIM 技術進行集成，形成一個全數據模型，為數據的產生、集成、存儲、共享提供條件。大數據技術的分析流程往往遵循以下步驟：首先通過對BIM 模型中的數據進行提取，形成一個分類存儲的數據倉庫，隨后基于數據倉庫進行數據處理與數據分析工作，為施工階段的各類決策提供支持。

3 推進智能建造技術與裝配式建筑深度結合的策略

3.1 不斷加強政策支撐

近年來，國家出臺了一系列的政策法規推進裝配式建筑與智能建造技術的大力發展，可以看出，裝配式建筑與智能建造技術正在逐漸成為我國建筑行業的發展趨勢。但是由于發展時間尚短，發展經驗不足，裝配式建筑與智能建造技術相結合的規范標準還處于空白階段，因此從國家層面來看，有必要不斷加強政策支撐，提高智能建造技術在裝配式建筑中的應用水平，進而加速我國建筑產業向工業化、智能化的轉變。

3.2 大力培養高端人才

在產業數字化的時代，把握數字經濟，實現建筑行業轉型的當務之急是培養與引進智能建造方面的人才。我國的智能建造技術還處于起步階段，還沒有系統的培養方案，相關人才較為缺乏，智能建造專業技術人員既要有土木工程師的技術能力，又要具備智能新土木人才的復合知識結構，因此高端人才的培養任重而道遠，需要行業與國家的大力推進。

3.3 創新管理體制機制

當前開展的裝配式項目大多依舊延續著傳統的項目管理體制機制，導致設計、施工相分離，沒有根據裝配式建筑的特點進行調整。因此在裝配式建筑施工開始之前，應該深入分析參建各方的關系，創新項目管理的體制機制，盡量采取EPC 總承包模式，將業主、設計單位、施工單位、生產單位等都納入管理體制中來，建立全產業鏈的模式，使得各方能夠通暢地進行信息交流，共同解決項目進行過程中遇到的困難，進而提高裝配式項目施工質量。

3.4 深度融合信息技術

部分裝配式項目的管理人員對于新一代信息技術與管理理念認識不足，施工管理過程缺乏科學性與全局統籌意識，因此需要參建方正確認識智能建造技術，深入學習新技術帶來的新管理方法，實現創新與改革。在施工過程中，要積極融入BIM、大數據、物聯網等技術，提高建設項目的智能性，進而提高建設效率，保證建設質量。

4 結語

綜上所述，智能建造技術作為新一代的信息技術，其與裝配式建筑的結合可以顯著改善傳統施工管理過程存在的弊端，提高工程項目施工管理過程的效率，有效保障工程質量，對于促進我國建筑產業向工業化、智能化的轉變有著重要作用。然而由于智能建造技術與裝配式建筑在我國發展實踐較短，還需要經過長期實踐的檢驗，才能明確二者最完善的結合方式，進而對建設工程項目帶來最積極的影響。