屈夏華 黃向向
商洛學(xué)院 陜西 商洛 726000
經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,使得人們對(duì)于美好的生活環(huán)境以及舒適的居住環(huán)境要求日益提高,實(shí)現(xiàn)城市的綠色發(fā)展成為各地區(qū)的長(zhǎng)期目標(biāo)。裝配式建筑其資源利用高,建造高效等優(yōu)點(diǎn)對(duì)城市的綠色發(fā)展至關(guān)重要。運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù),結(jié)合BIM信息模型實(shí)現(xiàn)裝配式建筑智能建造的創(chuàng)新,促進(jìn)各個(gè)地區(qū)綠色建筑的發(fā)展,推進(jìn)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。文章通過(guò)對(duì)BIM裝配式建筑現(xiàn)階段背景下對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的分析和應(yīng)用,提出利用互聯(lián)網(wǎng)+助推裝配式智能建造創(chuàng)新研究,以實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)高質(zhì)量,可持續(xù)的綠色發(fā)展。
建筑業(yè)施工過(guò)程中污染大,浪費(fèi)多等現(xiàn)象是行業(yè)綠色發(fā)展的重要阻礙。響應(yīng)國(guó)家減少碳排放的理念,促進(jìn)地區(qū)的快速發(fā)展,強(qiáng)化建筑行業(yè)綠色生態(tài)化的建設(shè)變得勢(shì)在必行。而著眼于當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展情況進(jìn)行分析,建筑行業(yè)此時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)入到全面加速發(fā)展的階段,而不是在糾結(jié)于傳統(tǒng)施工方法停滯不前。建筑企業(yè)對(duì)信息技術(shù)的要求也日漸升高,傳統(tǒng)的建筑理念已不能適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)對(duì)建筑行業(yè)的要求。利用互聯(lián)網(wǎng)+為代表的前沿科技方法以及BIM整合地區(qū)建筑信息模型和行業(yè)裝配式建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、聚集各類BIM人才實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì),整合BIM預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù),整合構(gòu)件廠指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件批量生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件智能建設(shè)創(chuàng)新,促進(jìn)區(qū)域與國(guó)家戰(zhàn)略的深度整合。在此背景下,研究互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù)在預(yù)制建筑方面的應(yīng)用,包括對(duì)裝配式智能建筑的發(fā)展都具有重要意義。
根據(jù)黨中央兩會(huì)的重要文件:“十四五”期間,發(fā)展智能建造,推廣綠色建材、裝配式建筑,建設(shè)低碳城市[1]。在裝配式建筑的基礎(chǔ)上促進(jìn)建筑的智能化建設(shè),城市的綠色化建設(shè)。
2020年,對(duì)全國(guó)新開(kāi)展的裝配式工程進(jìn)行深入調(diào)查了解后,得到以下數(shù)據(jù):新開(kāi)工的裝配式建筑面積共計(jì)6.3億m2,建筑面積增長(zhǎng)率為50%[2]。建造水平和建筑質(zhì)量顯著提升。
傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方式對(duì)場(chǎng)地要求高,工序復(fù)雜,效率低的問(wèn)題。裝配式建筑構(gòu)建物在前期制作過(guò)程中不需要進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),節(jié)省場(chǎng)地的同時(shí)縮短施工時(shí)長(zhǎng),提高了建設(shè)項(xiàng)目的效率。預(yù)制建筑基于智能建造理念,融合建造技術(shù),管理技術(shù)等各行業(yè)領(lǐng)先技術(shù)實(shí)現(xiàn)科技含量水平高、經(jīng)濟(jì)效益好,高效節(jié)能、綠色環(huán)保的新型建筑工業(yè)化[3]。為了充分掌握我國(guó)預(yù)制建筑智能建設(shè)的現(xiàn)狀,國(guó)家建設(shè)部門(mén)通過(guò)發(fā)布問(wèn)卷、總結(jié)和整理問(wèn)卷,得出以下調(diào)查結(jié)果,如下表所示。預(yù)制建筑智能建設(shè)主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、施工管理、產(chǎn)品生產(chǎn)管理等方面。

表1 裝配式建筑設(shè)計(jì)階段各作業(yè)環(huán)節(jié)信息化應(yīng)用占比
BIM技術(shù)是智能建造的重要保障。BIM以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的建筑模型。從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)、項(xiàng)目信息為基礎(chǔ)而構(gòu)建集成流程。得益于BIM技術(shù)裝配式建筑煥發(fā)出新的生命力,借助其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集計(jì)算能力,項(xiàng)目模型(主要是預(yù)制構(gòu)件)的信息得到建立和管理[4]。在設(shè)計(jì),生產(chǎn),施工階段利用BIM平臺(tái)整合處理裝配式建筑的各個(gè)階段的信息,使得信息在項(xiàng)目中流轉(zhuǎn),在整個(gè)工作周期內(nèi)準(zhǔn)確傳遞,有效預(yù)防信息錯(cuò)誤而引發(fā)的問(wèn)題。BIM技術(shù)作為整個(gè)智能建造的核心,其可視化加強(qiáng)了構(gòu)件的互動(dòng)性,協(xié)調(diào)性使得配合緊各環(huán)節(jié)配合緊密,包括可出圖性減少建筑設(shè)計(jì)所需時(shí)間,更完整的表達(dá)工程。以實(shí)現(xiàn)各參與方的數(shù)據(jù)共享,方案趨向價(jià)值最大化。在提高了建筑的建設(shè)效率同時(shí),管理手段和信息技術(shù)融合,促進(jìn)了BIM技術(shù)在裝配式建筑智慧建造管理體系的應(yīng)用。
隨著科技的不斷進(jìn)步,BIM+裝配式技術(shù)在建筑項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用和深入推廣,已經(jīng)成為一種不可或缺發(fā)展趨勢(shì)。在智能化管理,整個(gè)項(xiàng)目的協(xié)同發(fā)展等方面扮演者重要的角色。BIM+裝配式技術(shù)用于建筑項(xiàng)目的全生命周期,從項(xiàng)目前期的勘察設(shè)計(jì),構(gòu)件生產(chǎn),包括建筑項(xiàng)目的施工過(guò)程和后期建筑物的運(yùn)營(yíng)維護(hù),BIM+裝配式技術(shù)可應(yīng)用于各個(gè)階段[5]。BIM技術(shù)在裝配式一體化集成中發(fā)揮重要作用,通過(guò)對(duì)建筑物的運(yùn)算,模擬快速的得到優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行深化設(shè)計(jì),使裝配式建筑從構(gòu)件到裝修規(guī)劃都得到有效提升。
BIM+裝配式技術(shù)應(yīng)用于建筑全生命周期,綠色生態(tài)的理念、高效節(jié)能的社會(huì)要求使得著建筑行業(yè)的前景更加廣闊,建筑行業(yè)一路不斷的持續(xù)提高。實(shí)現(xiàn)了施工方,設(shè)計(jì)方,監(jiān)理方等信息資源數(shù)據(jù)共享。實(shí)現(xiàn)了建筑項(xiàng)目在各個(gè)階段的深度參與。盡管,在建筑項(xiàng)目具體的信息同步及管理中仍存在問(wèn)題。但BIM+裝配式技術(shù)對(duì)裝配式建筑在構(gòu)件的生產(chǎn)、施工中的管理以及后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)等過(guò)程的應(yīng)用促進(jìn)BIM+裝配式技術(shù)的不斷進(jìn)步,和其越來(lái)越重要的的地位,注定了其在建筑領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用,擁有更廣闊的前景。
通過(guò)對(duì)相關(guān)的調(diào)查進(jìn)行分析不難看出,大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),人工智能技術(shù)已逐步普及并作為智能建造的信息載體被應(yīng)用于裝配式智能建造的各個(gè)領(lǐng)域和過(guò)程中。信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,裝配式智能建造的不斷完善都使得建筑質(zhì)量得到了很大保證,建設(shè)效率得到提升。可應(yīng)用于實(shí)踐時(shí),裝配式智能建造在設(shè)計(jì),生產(chǎn),運(yùn)營(yíng)管理的個(gè)階段所展示得的綜合成效仍與預(yù)期相差較大,經(jīng)過(guò)觀察研究發(fā)現(xiàn)其主要存在大部分建筑工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段BIM軟件應(yīng)用效率低、預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效率不高等問(wèn)題。
BIM軟件的深化創(chuàng)新也在逐步進(jìn)行,由于軟件的整體深化程度仍然跟實(shí)際施工要求有差距,軟件功能還需不斷開(kāi)發(fā)。因此,導(dǎo)致BIM軟件繪圖實(shí)用性不高,仍有不少設(shè)計(jì)者應(yīng)用其它繪圖軟件。
預(yù)制構(gòu)件一般前期由設(shè)計(jì)單位繪圖設(shè)計(jì),后期生產(chǎn)廠家根據(jù)圖紙制造。但因?yàn)樾畔⒒夹g(shù)仍需提升,設(shè)計(jì)軟件與生產(chǎn)系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到各構(gòu)件參數(shù)信息的實(shí)時(shí)協(xié)同,使得構(gòu)件的精確度無(wú)法完全保證,降低了預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效率[6]。
吊裝是裝配式建筑施工時(shí)一個(gè)非常核心的環(huán)節(jié),但預(yù)制構(gòu)件的復(fù)雜程度越來(lái)越高,致使對(duì)于數(shù)字信息的準(zhǔn)確性提出更高要求。標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程和實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)不斷改進(jìn),負(fù)責(zé)將直接影響吊裝施工的效率和質(zhì)量。
預(yù)制建筑的整個(gè)生命周期都面臨著多樣化的要求,如預(yù)制建筑的設(shè)計(jì)。相關(guān)人員只掌握預(yù)制技術(shù)體系,對(duì)預(yù)制構(gòu)件制造商應(yīng)用的預(yù)制技術(shù)、采用機(jī)械設(shè)備和具體現(xiàn)場(chǎng)情況的了解不完整。在智能建設(shè)層面,在線協(xié)作管理系統(tǒng)未能得到廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,導(dǎo)致信息不對(duì)稱。
目前,大多數(shù)生產(chǎn)單位仍采用傳統(tǒng)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)加工方法。這種方法可能造成尺寸偏差等質(zhì)量缺陷。針對(duì)預(yù)制建筑智能建設(shè)中存在的問(wèn)題,信息化在建筑建造中的穩(wěn)步完善,提出基于互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù)的裝配式建筑智能建造創(chuàng)新方案。以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以大數(shù)據(jù)挖掘、大規(guī)模計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)支持,實(shí)現(xiàn)基于個(gè)體空間、群體空間、活動(dòng)空間、環(huán)境空間的知識(shí)發(fā)現(xiàn)和推斷預(yù)測(cè)[7]。形成的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)基應(yīng)用于實(shí)際建造過(guò)程中。互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù)使得預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)得以共享,提供專業(yè)項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)人員使用。BIM模型里的構(gòu)件庫(kù)的信息也準(zhǔn)確地、全面地傳遞給預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)單位。這樣才能有效避免裝配式建筑在設(shè)計(jì)階段存在錯(cuò)解,誤解設(shè)計(jì)意圖的問(wèn)題,以及因預(yù)制構(gòu)件信息錯(cuò)誤造成返工情況。
基于互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù),及時(shí)準(zhǔn)確獲取信息,使項(xiàng)目整體更透明,是裝配式建筑智能建設(shè)不可或缺的部分。信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)快速傳遞,搭建起人與物、物與物的數(shù)據(jù)傳播通道。智能建設(shè)管理平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,集成,管理,將各種信息技術(shù)應(yīng)用于施工的各個(gè)環(huán)節(jié)之中,極大的提高施工企業(yè)的信息管理水平,對(duì)項(xiàng)目的整體施工質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),同時(shí)利于提升設(shè)計(jì)施工效率,提升項(xiàng)目整個(gè)生命周期中的整體效率[8]。基于互聯(lián)網(wǎng) 通過(guò)組織、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)階段,BIM預(yù)制建筑的智能建設(shè)。對(duì)裝配式建筑的智能化建設(shè)進(jìn)行全過(guò)程管理,為建筑企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化加工和信息化管理開(kāi)辟新的道路。
在裝配式建筑智能建造中由于BIM技術(shù)專業(yè)人才的不足也是致使工程效率低下的一個(gè)原因。實(shí)際中裝配式生產(chǎn)技術(shù)人員與管理人員,基本都只具備高職以下學(xué)歷,多數(shù)工人是農(nóng)民工。其中許多人上崗前沒(méi)有受到正式的職業(yè)培訓(xùn),沒(méi)有取得國(guó)家認(rèn)證的資格證。沒(méi)有優(yōu)秀人才團(tuán)隊(duì)保障造成軟件操作不熟練,項(xiàng)目管理混亂。BIM協(xié)同管理平臺(tái)應(yīng)一體化集成可視化編輯平臺(tái)、各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)BIM模型數(shù)據(jù)庫(kù),集合BIM技術(shù)人才,提高裝配式建筑協(xié)同管理的效率。根據(jù)提前制定的分工規(guī)則,通過(guò)互聯(lián)網(wǎng),云技術(shù)等科學(xué)配置相應(yīng)的管理權(quán)限,實(shí)現(xiàn)BIM協(xié)同平臺(tái)數(shù)據(jù)訪問(wèn)和修改的標(biāo)準(zhǔn)化管理,對(duì)于信息的達(dá)到有效同步和共享[9]。BIM協(xié)同平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)于整個(gè)建筑生命周期中的所有參與者。專業(yè)BIM技術(shù)人才的加持使項(xiàng)目減少建筑設(shè)計(jì)階段資源浪費(fèi),加強(qiáng)各參與方的緊密配合,實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的高效率。項(xiàng)目中所有參與者的信息傳輸和協(xié)作工作的交換,基于互聯(lián)網(wǎng) BIM預(yù)制建筑智能建設(shè)更好地應(yīng)用于工程建設(shè)階段,促進(jìn)預(yù)制建筑智能建設(shè)的更好發(fā)展和應(yīng)用。
以互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù)為基礎(chǔ),把在裝配式建筑建設(shè)命周期內(nèi)的所有信息都集成在一個(gè)信息共享平臺(tái)上。在裝配式建筑的整個(gè)生命周期內(nèi),每一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目參與者都能夠共享建設(shè)項(xiàng)目的相關(guān)信息,同時(shí)也能充分利用信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的建設(shè)項(xiàng)目信息,從而達(dá)到建設(shè)項(xiàng)目信息與工程項(xiàng)目管理決策的有效傳播,并且實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工全過(guò)程無(wú)縫對(duì)接,以實(shí)現(xiàn)裝配式建設(shè)項(xiàng)目快速建造的需求,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的精細(xì)化管理與智能化管控,BIM在裝配式建筑智能建造過(guò)程應(yīng)用的整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝配式智能建造全過(guò)程應(yīng)用
在建筑的設(shè)計(jì)階段,充分利用BIM協(xié)同平臺(tái),通過(guò)BIM協(xié)同數(shù)據(jù),使得各生產(chǎn)方,施工方提早進(jìn)入裝配式建筑的設(shè)計(jì)階段。基于平臺(tái)數(shù)據(jù)中同樣的基點(diǎn),坐標(biāo),軸網(wǎng),單位等參數(shù)從構(gòu)件庫(kù)中選擇出合適的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件,進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝修等綜合協(xié)同設(shè)計(jì),各專業(yè)相互融合實(shí)現(xiàn)裝配式建筑集成化綜合模型。具體實(shí)施過(guò)程中,設(shè)計(jì)師依據(jù)設(shè)計(jì)需求從平臺(tái)構(gòu)件庫(kù)中選擇適合標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件組建模型,提升模型標(biāo)準(zhǔn)化程度與建模效率。執(zhí)行過(guò)程中各專業(yè)內(nèi)部之間的相互檢查,達(dá)到在設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑物碰撞沖突進(jìn)行有效規(guī)避。
工程實(shí)施前期基于BIM技術(shù)進(jìn)行全專業(yè)虛擬建造模擬,對(duì)施工方案進(jìn)行施工模擬,直觀、高效表達(dá)出設(shè)計(jì)意圖和構(gòu)造做法。使工程技術(shù)人員對(duì)實(shí)際工作人員的交底更加立體、明確,避免施工中做法錯(cuò)誤導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題。BIM模型詳細(xì)深化模擬展示,對(duì)工程重難點(diǎn)部分的可行性進(jìn)行全面模擬,為施工有序開(kāi)展 ,起到指導(dǎo)作用,對(duì)于工程施工方案全面優(yōu)化,使得工程項(xiàng)目的高效完成。
采用高裝配率的快速建造體系,結(jié)合BIM技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)全生命周期管理系統(tǒng)輔助生產(chǎn)流程,提前在工廠中預(yù)制、運(yùn)輸過(guò)程智能化、到現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)裝配,為建設(shè)建設(shè)工程的質(zhì)量進(jìn)度提供保障。利用RFID無(wú)線射頻技術(shù),互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù),將BIM模型數(shù)據(jù)與構(gòu)件生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)聯(lián),對(duì)預(yù)制構(gòu)件從采購(gòu)、加工、出廠、運(yùn)輸及進(jìn)廠安裝狀態(tài)進(jìn)行管理,全流程信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸至現(xiàn)場(chǎng)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)構(gòu)件全生命周期可視化,構(gòu)件管理的數(shù)據(jù)化。
在現(xiàn)場(chǎng)施工中將施工工序、質(zhì)量要求、等信息與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián),確保現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)達(dá)到與模型統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。BIM智能化平臺(tái)便可觀看對(duì)應(yīng)的三維全景模型、技術(shù)交底動(dòng)畫(huà)及圖紙,明確工序交叉及質(zhì)量要求,確保現(xiàn)場(chǎng)多工作面的質(zhì)量統(tǒng)一,為現(xiàn)場(chǎng)施工有序開(kāi)展起到引導(dǎo)、指導(dǎo)作用。
融合BIM、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù),打通項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)維階段的數(shù)據(jù)信息斷層,實(shí)現(xiàn)建筑靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息的統(tǒng)一,打造裝配式建筑三維可視化、集成化的智慧運(yùn)維管理新模式。裝配式建筑運(yùn)維過(guò)程,是在工程竣工并投入作業(yè)活動(dòng)后,通過(guò)運(yùn)營(yíng)充分提升更多功能,應(yīng)用時(shí)間和次數(shù),通過(guò)修理保護(hù)盡量增加其使用壽命。在此階段,充分利用信息技術(shù),對(duì)于后期運(yùn)營(yíng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)定時(shí),定位查詢,對(duì)于管理中出現(xiàn)的故障及事故進(jìn)行分析處理,做到問(wèn)題早發(fā)現(xiàn),早處理,實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控常態(tài)化綜合化。同時(shí)BIM信息化運(yùn)維管理平臺(tái)是將建筑項(xiàng)目與運(yùn)維管理信息相結(jié)合,形成建筑全生命周期大數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)數(shù)據(jù)交互,分析,為項(xiàng)目運(yùn)維管理提供數(shù)據(jù)支撐,提升智能化管控能力,提高項(xiàng)目整體運(yùn)行維護(hù)管理水平。
裝配式建筑智能化建設(shè)的核心在于建設(shè)過(guò)程中的“一體化”,而“一體化”的關(guān)鍵在于協(xié)同管理。利用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)對(duì)BIM在預(yù)制建筑中的協(xié)調(diào)管理,促進(jìn)智能建筑在預(yù)制建筑中的應(yīng)用。基于互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù)下的裝配式建筑智能建造,不但資源的浪費(fèi)得到有效改善,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了“四節(jié)一環(huán)保”,使得裝配式建筑符合環(huán)保理念達(dá)到綠色化的要求。通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)建筑資源的有機(jī)整合,依托BIM協(xié)作平臺(tái)完成優(yōu)化,促進(jìn)預(yù)制技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用,使各環(huán)節(jié)精細(xì)管理,使裝配式建筑智能化,促進(jìn)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的綠色建筑發(fā)展,城市的可持續(xù)發(fā)展。