探索建筑智能制造在装配式建筑中的应用

陈丰华（上海模卡建筑工程科技发展有限公司，上海 200000）

随着社会和科学技术的快速发展，建筑技术也得到了蓬日新月异的发展。国家“十四五”发展规划和 2035 年远景目标纲要中明确指出：建设智能制造示范工厂，完善智能制造标准体系，推动制造业优化升级，深入实施智能制造和绿色制造工程。《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》（建市〔2020〕60 号）中提出“大力发展建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，创新突破相关核心技术，加大智能建造在工程建设各环节的应用，形成涵盖科研、设计、生产、施工、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系，提升工程质量安全、效益和品质”。

由于受科技与经济水平的制约，目前建筑智能制造水平无法满足装配式产业化的发展需求，基本停留在将施工现场的工作搬到工厂里完成的局面，根本达不到智能化、工业化、规模化的水平。因此，迫切需要通过数字化、智能化的方式促进装配式产业整体升级，使得智能化技术能够涵盖科研、设计、生产、加工等多个阶段，创新突破智能制造相关的核心技术，使得智能化技术能够在装配式产业化的各个环节都得到更好的使用，最大程度地提升工程的质量安全、效益和品质。由此推动建立以标准部品为基础的专业化、规模化、信息化生产体系，全面突破新的国民经济增长点。

1 发展背景与行业机遇

1.1 时代背景

传统的建设施工过程中主要依靠农民工。由于存在大量的廉价劳动力，使得行业对其产生依赖，最终导致建设施工无法得到更好的发展[1]。随着社会的快速发展，人们不再愿进行此类工作，而且传统施工人员的要求和福利待遇也在逐渐增加，最终导致用人的成本在逐渐提升[2]。

传统建筑业存在工程质量差、材料浪费严重、能源消耗高、施工效率低、工人老龄化、人员技术水平低、用工成本高等一系列问题。随着社会经济和人们生活水平的飞速发展，传统建筑的粗犷式建造和管理方式已不能适应时代需求。国家提出大力发展以装配式建筑为代表的建筑工业化，推动智能建造与建筑工业化协同发展，促进传统粗放的建造方式向新型工业化建造方式转变，加快建筑工业现代化进程，使整个建筑业完成跨越式发展，整体提升行业建造水平和建筑工程品质[3]。

1.2 行业机遇

我国明确提出，力争用 10 a 左右的时间，达到装配式建筑面积占新建建筑面积的 30% 的目标。近期，住建部等部门联合推出了《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》等文件。其目的在于推动建立以标准部品为基础的专业化、规模化、信息化的生产体系[4]。

当前，智能建造快速发展，在实际的发展和生产过程中可以充分使用 BIM、互联网 +、物联网、大数据、区块链、人工智能和云计算等综合信息技术。在具体的使用过程中可通过人机交换、感知、决策、执行和反馈等工作使效率得到全面提高，做到最大程度地完成对人力的解放。整个工程的实际施工需要完成片面的转换，更多的是让其从体力劳动转变成脑力劳动，这些都能够有效提高工程建造的效率。对科学技术的实际应用来说，亦能提升创造力和科学决策能力，也让建筑行业向着更多的方向进行发展，使其真正成为我国建造施工的基础所在。同时，也保证了相关的经济发展。对于我国当前的经济模式而言，建筑行业成为主要的经济支柱之一，全面地将有关技术与其进行更好的融合，能够综合符合实际的发展需求，保证经济的全面发展[5]。

针对当前装配式建筑和智能化发展而言，在实际的发展过程中可让其更好地保证施工效益全面提升。在建筑装配式工业化的发展中，装配式技术能够有效地提高建筑施工的整体效率，并加快施工进程，提高企业的经济效益。针对各种建设施工效果而言，在具体的发展过程中使用装配式等技术能够有效节约人力资源，更好地提升实际建设施工效果，同时也能够解决当前存在的各种安全问题，保证施工过程中的安全，可以从多重角度入手来完成经济效益的全面提高。最后，装配式和智能化技术能够完成对各种管理体系的建设和对建筑施工的管理。这些都能够对建设施工进行有效的管理，确保完成既定的计划，利于对施工成本的管理和对工业化经济效益的控制。

2 装配式建筑与智能建造

2.1 装配式技术

改革开放 40 a 来，建筑业作为我国国民经济发展的重要支柱产业之一始终处于高速发展阶段。然而，建筑业传统的生产方式存在着能耗高、效率低、管理手段落后、科技创新能力差等问题。装配式建筑技术可克服和解决上述传统建筑行业的痛点和难点，满足政府和行业对质量、安全、环境等方面的要求，获得充分认可。装配式建筑指将由工厂生产的建筑预制构件运输到施工现场进行模块化安装而形成的建筑。从而可有效缩短建设周期、降低现场施工难度、节约建筑资源、减少人工，保护环境。

装配式建筑是对传统建造技术的革新。装配式建筑建造用的是集成技术体系、工程总承包项目信息化管理模式、装配式建筑建造全过程都采用能够智能化运营的 BIM + 智慧工地信息化管理平台。

2.2 智能建造

以“工业 4.0”“BIM”“互联网＋”等先进科技为代表的技术符合可持续发展的要求，已成为实现建筑业转型升级和持续健康发展的重要手段。

当前，全球建筑业正呈现信息化、工业化、智能化的发展趋势，建筑行业正在越来越广泛地应用智能建造技术。智能建造是指利用数字技术、网络通信、智能算法等创新技术，将信息化、智能化与工程建造高度融合的新一代建造方式。

国外发达国家先后经历了工业化、自动化和信息化 3 个阶段，当前正在迈入智能化时代。我国改革开放 40 a 来，同步引进工业化、自动化和信息化，成功实现“三化合一”。经过持续地引进、消化、吸收和创新，结合当前互联网、5G 等新一代信息技术的发展，吸收制造业先进技术，建筑业应当抓住历史机遇，以装配式建筑为切入点，积极推进智能建造装与配式建筑的融合发展。

3 现状与问题

3.1 标准化、协同化难以实现

当前，众多项目大多在设计前期并未考虑装配式技术的应用，而仅仅是将现浇项目进行“硬拆分”，从而导致房型、轴网重复率小，预制构件标准化程度低。此外，传统建筑设计各专业相对独立，管线施工主要靠现场打孔、开槽。此类设计和施工手段与装配式建筑技术的原则和初衷相背离，即装配式设计的标准化要求与传统现浇结构的设计理念相冲突。装配式施工与现浇工程项目的管理模式不协调，标准化设计难以实现。

针对当前的实际建设施工现状而言，完成具体的装配式建设应当从多个角度入手，但是在具体的操作和施工上仍是存在问题。首先对于目前的实际施工来说，虽然装配式技术在进行更好地使用，但是由于缺少专业化的人才完成各种操作安排导致相关工作无法顺利开展，因此在实际的工作开展上应当进行对专业人员的培养[6]。其次对于当前装配式施工建设而言，相关工作人员缺少管理意识，因此针对建筑智能化的工作开展来说，当前的装配式工业发展较为缓慢，具体使用上并未满足其发展需求。最后，对目前的智能化制造而言，在开展过程中装配式建筑的具体使用技术还需进行针对性分析，若缺少相关技术将会影响目前装配式建设的效果，因此，应当尽快完成建设技术的全面操作和研究安排[7]。

3.2 信息化水平低

当前，我国建筑行业的信息化水平仍然较低。主要体现在相关利益各方不使用同一信息化平台进行信息共享，致使信息不对称或流通不畅，这与目前我国建筑行业仍采用传统管理方式与信息技术利用率较低有关。现阶段装配式建筑的管理模式依旧不能满足现代施工技术对信息化管理的要求。

信息化水平低导致的另一个后果是预制构件的生产效率低。其主要原因一是构件的标准化程度低。对于预制混凝土构件而言，不但构件内的配筋数量和类型千差万别，同类构件的外形尺寸都不尽相同。许多构件的模具均为专门定制，不但费用高，工厂在生产时也容易出差错。预制构件生产效率低的另一个原因是工厂设备的柔性化生产能力弱。除部分国外与生产设备配套的专业软件外，大部分国内设计软件无法与工厂的生产管理系统相匹配，无法实现设计图纸与工厂生产设备的无缝对接。

4 对策与建议

4.1 发展数字设计

在当前的实际建设和操作过程中，为了能够保证智能化技术的整体发展，需要在实际的建设施工当中完成对各种统筹建筑、结构、机电设备和部品部件的整体装饰与安排，更好地完成其数字化和通用化的建设操作，积极应用建筑信息模型技术。并且，在此过程中应当完成对基础平台和各种集成系统的规划，使得数字技术得到更好的提升，全面促进数字设计工厂机器人、智能生产线之间的无损交换。

当前，智能建造技术国内尚处于起步阶段。应用比较典型的数字化技术是建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术。目前，BIM 技术广泛应用于建筑设计、现场施工、工地管理等各个环节。

4.2 装备智能工厂

积极推动钢筋自动化下料、模具拆装、混凝土浇筑等传统劳动力密集型工艺的数字化改造和建筑机器人应用。加快部品部件的数字化生产、工厂设备的智能化改造，积极应用数字化技术、系统集成技术，实现工厂人数的减少，打造智能建造产业基地。积极推动在工地现场采用高效材料配送、机械化喷涂、机器人焊接等施工环节，提高建筑机器人和智能建造技术的应用比例。

4.3 应用智慧工地

为了能够更好地提升项目建设效果，需要开发智能化穿戴和智能监测等移动终端的软件，完成集成化创新。加大对 BIM 技术、互联网 +、大数据、物联网、云计算、人工智能、移动通信、区块链等高科技技术的创新与集成应用。通过有关的软件能够对施工现场扬尘、噪声和人员等情况进行实时动态监测，更能够完成具体的控制和优化管理目标，提高施工的整体效率，全面降低安全风险。通过对智能化技术的整体研究可在工程进度、成本与合同等方面进行综合管控，可对施工现场的环境进行更好地保护，可在建筑管理过程中能够对各种建筑垃圾进行管理[8]。

基于智能摄像头与感应设备，自动监控现场施工人员安全帽、安全带等安全工具的佩戴情况，及时捕获各类异常行为。结合人工智能技术，实时监控工地机械设备及时管控现场重大危险源作业情况，监督发现现场施工人员的各类不安全行为。同时，利用大数据分析工具对项目施工中的各类安全隐患和违章事故的历史数据进行挖掘与梳理，定期统计现场人员不规范行为，分析各类数据的趋势与规律，合理制定各项施工安全管理措施，及时消除工程隐患。

4.4 打造建筑产业平台

加快打造建筑产业互联网平台，推广应用构件智能制造生产线。在当前的实际发展过程中，为了能够更好地完成智能化的设计和操作安排，在具体的操作和安排上应当完成互联网数字信息的有效建设，使得各种消息能够得到综合的联络，保证建设工作能够在生命周期当中进行多元化的管理。使各项智能技术全面涵盖建筑设计、工厂生产、现场施工、管理服务等全过程，构建产品市场化和产业化的机制，更好发展建设新模式。

在当前的实际项目应用中需要对智能技术的各类形式进行统筹规划，通过对技术的合理使用能全面地完成智能化和装配式建筑的安排，使得整体的建设和施工效果都能够符合具体的发展要求。因此，从多个角度入手完成既定的规划，可最大程度地满足其实际发展需求。

5 结 语

装配式建筑需要各专业、多环节高效协作完成，是一项高度系统的工作。发展装配式建筑是推动智能建造与建筑工业化发展的重要手段。智能建造是推动智慧城市建设的有利途径，实现建筑业可持续发展的必由之路。随着新型建筑工业化时代的到来，装配式建筑业的综合信息管理与应用逐渐成为当代建筑行业发展的客观需求和提高全产业链信息技术的有力支持。装配式建筑和智能建造需要齐头并进，协同发展，综合发挥行业信息技术的创新优势。

在智能建造方面，虽然目前我国在数字设计和数字工地方面开始了初步的探索，但大量工作仍处在碎片化初试阶段，尚未形成系统化的集成创新。若要解决上述问题，需要通过软件开发、智能装备研制、管理模式重组等核心技术方面取得不断突破，为装配式建筑智能化发展提供动力支撑。