装配式建筑助力行业高质量发展

文｜本刊记者 陈昕

2020年7月，住房和城乡建设部等13 部门联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》（以下简称《指导意见》），明确提出了推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导思想、基本原则、发展目标、重点任务和保障措施。《指导意见》明确七项重点任务，具体包括加快建筑工业化升级、加强技术创新、提升信息化水平、培育产业体系、积极推行绿色建造、开放拓展应用场景、创新行业监管与服务模式。

2020年12月，全国住房和城乡建设工作会议提出，2021年要加快发展“中国建造”，推动建筑产业转型升级。加快推动智能建造与新型建筑工业化协同发展，建设建筑产业互联网平台。完善装配式建筑标准体系，大力推广钢结构建筑。

随着现代化建筑业的不断发展，对建筑物本身的施工周期、经济效益、绿色环保提出了更加严格的要求，建设企业、施工企业不得不通过谋求新型的施工材料、精密化的加工仪器、先进的施工机械、创新型的施工工艺来最大限度地满足现场施工要求。装配式建筑因其高效率、规范化、环保等特点渐渐进入了人们的视野。

“十四五”时期“积极推广装配式建筑和绿色建筑”成普遍共识，装配式建筑和绿色建筑是建筑产业转型升级的重要抓手。推进以装配式建筑为代表的新型建筑工业化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型建筑工业化道路，是解决我国建筑业长期以来大而不强、产业基础薄弱、产业链协同水平不高、产业组织碎片化、建造方式粗放落后等突出问题的必然选择。

绿色拼装 引领行业革新

要实现装配式建筑的前提条件就是构配件的预制化。装配式建筑中构配件的预制化可细分为以预制楼板、预制条板墙等土建结构板块的预制和机电管线及模块化的预制。预拼装是作为检查设计的合理性、验证工艺的可靠性、检核加工构件的精确性，保证施工质量的一种有效措施。传统预拼装采取已加工完成后构件，在既选定场地进行预拼装，其拼装过程需要耗费大量的人力物力，时间成本、经济成本较低，且存在安全风险。虚拟预拼装技术是基于Revit软件建立高精度的BIM 构件模型，包括图纸信息、物理数据、钢筋信息、预埋件信息、预留孔洞信息等参数信息，借助NavisWorks 等软件将各个构件的安装工艺进行虚拟预拼装。与传统实体预拼装相比，基于BIM 技术的虚拟预拼装可以极大的节约时间及经济成本，避免安全隐患，达到相同的应用效果。

虚拟预拼装技术应用可针对工程具体精度要求及特点分为两种形式，区别在于以设计图纸为精确建模基础或以实际生产构件为精确建模基础，前者适用于一般精度要求的工程，例如整体式装配剪力墙工程，或一般钢结构工程，而对于大型复杂钢结构等有较高精度要求的工程可先采用以设计图纸为精确建模基础，再采用以实际生产构件为建模基础。前者与后者相比优势在于较大的节省时间成本，而后者较好的考虑了生产加工误差对于施工效果的影响。具体应用则需要以合理工艺为指导，与设计图纸位置相匹配，进行模拟预拼装，当所有构件预拼装完成后，检验整个过程及结果是否满足拼装要求。在整个预拼装实施过程中，应将施工误差及构件加工误差考虑在内，原则上以现行相关规范要求为底限，实际生产、施工水平为依托。

施工模拟 提高建筑质量

目前我国装配式建筑仍处于推广阶段，许多施工企业对装配式混凝土建筑的施工技术和管理缺乏经验，而装配式建筑施工技术环环相扣、牵一发而动全身，如果对技术理解不到位，可能对工程质量和效率造成很大影响。在这种情况下，技术交底就成为了承上启下的关键环节，详尽准确的技术交底有利于工程的顺利开展，促进“减费增效”。

实际上，除图纸解说外，装配式建筑施工方案交底通常包括安装流程、套筒灌浆工艺等不便于用语言描述的内容。为充分理解装配式建筑施工所涉及到的新型、复杂工艺，通常需要作业人员拥有良好的空间想象能力和较为丰富的施工经验，但由于施工作业人员文化水平参差不齐，技术交底需要同时对工程技术人员、一线工人、非专业工作人员进行，仅仅依靠传统的图纸表达搭配口头阐述的方式无法达到预期效果，不利于工程的开展。

为解决上述问题，采用信息化技术对施工方案进行模似，对于采用新技术和工序复杂的部位，运用三维软件进行工序与工艺的模拟，以可视化形式对施工过程中的难点和要点进行说明，这对施工管理人员和劳务班组理解方案具有极大的帮助作用。可以使操作人员更为直观地了解整个施工工序的安排，清晰把握施工过程，为合理组织施工和提高建筑质量创造前提。

AR 技术（Augmented Reality 增强现实）。AR 技术不仅能够展现真实世界的信息，还能将虚拟信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，利用显示器把真实世界与图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。在现场中将虚拟图像投射在现实物体上，实现对各个部件和分项的检查验收，同时通过增强现实的技术交底可以更真实的反映出施工工序的全过程。

（a）净高分析

（b）项目方案讨论

（c）三维可视化交底

VR 技术（Virtual Reality 虚拟现实）。VR技术是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中去。利用VR 技术结合BIM 模型，使体验者在虚拟施工现场中任意漫游，便于发现模型中存在的隐形缺陷，减少由于事先规划不周造成的损失，从而提高施工质量。与传统展示方式相比，在虚拟现实系统中可以自由行走，并与模型对象进行交互，使体验者获得身临其境的真实感受，增强体验效果，降低传统的实体施工样板方面的投入。

结合BIM+VR 技术，设计成果移交给施工阶段后将不再是传统的图纸加文档数据，而是虚拟建造出来的项目模型，真实地还原了设计意图，施工人员对设计中重难点结构段也可以清晰的获取设计意图，并且快速分析出更加利于施工的施工方案，提高设计工作的效率。在施工过程中，不同专业不同结构段的技术人员在传统施工中往往会存在施工先后顺序、施工配合协作、施工经验不足等种种问题，给项目的安全质量带来严重的影响。通过在BIM 模型转换的虚拟场景进行漫游、查看、测量等操作可以提前与施工各方进行沟通，做好施工方案，为施工的安全进行提前做好准备。

MR（Mixed Reality 混合现实）。以BIM 数据为核心，将建筑信息模型、协同管理与混合现实技术有机的结合在一起，建筑模型可以锚定和重新锚定在物理环境中。借助MR 技术，设计师、工程师及施工人员，可以在项目中任何有利于观察的位置检查模型。借助BIM 和MR 技术进行建筑综合管线排布，可以在项目实体中检验其排布合理性，并以此对施工班组进行技术交底，减少返工，有效提高工程质量，消除施工难点。

智能建造 推动行业转型升级

以北京市北汽顺通路保障房项目为例，该项目由中建一局建设发展有限公司（以下简称“中建一局发展公司”）承建，为国家重点研发计划绿色建筑和建筑工业化重点专项科技示范工程，地上建筑面积约9.2 万m2，共包含7 栋装配整体式剪力墙结构高层住宅及若干配套设施，各住宅单体预制率达到40%以上，装配率达到60%以上。

该工程主要预制构件类型包括预制夹心外墙、预制内墙、预制叠合板、预制空调板、预制楼梯、预制外墙角模等，预制构件总计540种22464 件。由于各类构件总数较大，各专业条件较复杂，应用传统二维设计模式不能很好地适应深化设计的庞杂工作，也无法直观的判断碰撞、冲突情况。各类预制构件连接节点较为复杂，二维技术交底考验作业人员的想象力和工程经验，不利于工程的开展。同时，工厂及施工现场堆放构件量大，人工很难合理的规划生产进度与运输、堆放进度，一旦出现问题也很难进行责任追溯。

该项目建设过程中主要应用了Autodesk Revit、Autodesk Revit Live、Autodesk Navisworks、装配式混凝土建筑施工管理平台等系统。

Autodesk Revit 系统。系统可以帮助设计师构建详尽的建筑信息模型，并帮助设计师设计、建造和维护质量更好、能效更高的建筑。中建一局发展公司自2014年开始依托该系统进行装配式建筑深化设计的研究，并形成了自主研发的三维参数化构件、钢筋、预埋件族库，建立了基于BIM 进行预制构件深化设计的工作方法。在装配式混凝土建筑施工领域，该系统可用于预制构件的精细深化设计、构件碰撞检查、三维展示等。

Autodesk Revit Live 系统。该系统是美国Autodesk 公司一款软件，中建一局发展公司自2014年开始将该系统用于远程同步VR 展示等。

Autodesk Navisworks 系统。该软件能够精确地再现设计意图，准确模拟四维施工进度，超前实现施工项目的可视化。中建一局发展公司自2014年开始将该系统应用于装配式混凝土建筑施工领域，可用于预制构件校核、模拟施工、三维展示等。

装配式混凝土建筑施工管理平台。该平台为中建一局发展公司自行开发，自2017年起在公司各装配式项目推广应用。装配式混凝土建筑施工管理平台能够将采集到的数据进行整合，提取有用信息，并使各部门能够顺畅地进行信息交流，方便不同企业对工业化项目设计、深化、施工全过程的进度、质量、安全和人员配置等进行实时监测和精准管理，实现不同企业不同过程、不同阶段的协同工作。同时，通过管理平台大数据的整合分析，实现对施工质量、安全等各项工作的持续改进。

应用范围

本项目施工全过程采用了信息化技术。在装配式建筑深化设计阶段：

深化设计。利用Revit 平台高效、高质的完成预制构件的深化设计，在三维空间精确完成构件内的钢筋与埋件的布置和避让。

预拼装和碰撞检查。将在Revit 软件中制作的预制构件模型导入到Navisworks 中拼装进行碰撞检查并生成报告，两种软件间可以一键互导，因此可以在发现问题后及时修改并进行复查。

构件纠错。在Navisworks 中对预制构件进行校核，检查构件是否存在设计错漏或缺陷。

装配式建筑施工阶段：

可视化交底。利用Navisworsks 生成施工模拟动画对装配式建筑工程进行全方位展现，对施工细节进行可视化的交底和方案论证，发现施工中存在或可能出现的问题。

可视化辅助施工。利用Revit Live 软件进行沉浸式VR 展示，模拟装配式建筑关键施工工艺和整体流程，精准展示各类型预制构件安装部位和安装方式，更高效的帮助施工人员领会设计意图。

同步交互。利用Revit Live 软件展示功能和Revit 软件设计功能进行交互，项目部实时发现问题后通过Revit Live 反馈至总部Revit 中心模型中，总部技术人员提出解决方案后及时对Revit 模型进行调整优化，项目部人员再次开启Revit Live 即可查看更新后的模型。

进度和质量管理。利用装配式混凝土建筑施工管理平台快速将模型文件中包含的预制构件信息录入，并对预制构件的深化设计、生产、运输、安装等过程的进度和质量进行管控，所有信息均在平台上进行体现，进度实时调控，严守质量底线。

预制构件管理。利用Revit 软件和装配式混凝土建筑施工管理平台对预制构件在施工现场存放的情况进行规划和管理，保证在安全的情况下使施工现场可以堆放足够的预制构件以满足快速施工的要求，当堆放构件不足或过量时及时通知构件厂改变发货量。

应用效果

信息化技术在本项目各环节的应用成功减少了错漏、返工，合理规划进度，从而节约了工程成本和周期，提升了工程质量。在深化设计阶段，利用信息化技术进行深化设计，有效解决了传统设计方法中预制构件造型复杂、统计难、避让难、工作量大等问题，和过往同等体量工程经验中的传统设计方法相比，工作效率提高55%以上，占用人力减少30%以上，由于人工干预减少，图纸整体质量大幅提升。

项目利用信息化技术对预制构件进行预拼装，单层累计发现钢筋碰撞80 余处，发现设计未留洞、留槽30 余处，有效避免了施工现场返工和材料浪费，为项目节约工期约15 天，为项目节约直接成本近10 万元，间接成本数十万元。利用信息化技术对预制构件错漏情况进行检查，确保所有预留预埋位置准确无误，最终施工现场未出现因预制构件预留预埋缺漏导致延误工期的情况。

在施工阶段，通过可视化交底，帮助项目工程技术人员和一线工人更好更快地掌握新工艺、新技术，促进了项目在诸如套筒灌浆等关键技术节点的规范施工，达到了质量与效率的双丰收。

可视化辅助施工，帮助工人快速识别构件位置和安装流程，只需扫描构件上的二维码，即可在三维模型中查看该预制构件的位置，避免了吊错构件、吊错位置，相比不使用信息化技术，提高了吊装效率约15%，平均每周减少塔吊吊次5%～10%，空出的吊次可用于吊装模板、钢筋等，进一步提高了施工效率。

信息化技术帮助项目部和总部使用统一模型，避免了信息交互的延后性，更保证了信息的真实无损。本项目施工条件变更后，总部技术人员和项目部技术人员协同对模型进行修改，仅用很少时间就完成了所有调整，有力保障了本工程的实施。

进度和质量管理。预制构件通过信息化平台实现全程追踪，运输者、验收者、操作者均可实时查询，保障质量追溯的可行性；工程图纸及时传递，所有信息详尽准确，平台对质量缺陷零容忍，保障了工程品质。生产、出厂、入场验收、吊装，每道工序均需扫码登记确认，哪一步出了问题、耽误了时间一目了然，帮助项目及时、合理的调整进度计划。

预制构件管理。计算机辅助人脑进行预制构件排布，让项目能够使用最小的面积放置足够多的预制构件，在预制构件吊装期间实时监控，及时通知构件厂调整生产计划或运输特定型号的预制构件至施工现场，保证项目堆场内至少存放有1 层所需的全部预制构件，最终本工程未出现因缺少预制构件影响工期的情况。