建筑工业化和施工机械化在建筑工程中的应用

万亿

摘要：随着全球工业4.0时代的到来，全球工业信息化和自动化带来计算机技术与建筑领域的不断融合，新型建筑和新的施工工藝目标被不断的提出，人们将会越来越重视未来建筑对人的行为和环境变化的回应，未来建筑业应基于自然规律而存在，用最合理的方式，最少的资源，实现最高的性能。高性能建筑作为由多种技术打造的建筑必将成为未来建筑性态的主流。而当今不断发展的建筑技术与工艺材料所带来的建筑设计，施工，建筑外形，建筑生态等方面的崭新面貌，同时也为我们对未来建筑工业化和施工机械化提供了新的起点。

关键词：工业生产机械施工

近年来，随着我国建筑业的快速发展一些传统型的生产及施工方式已经发展到了一定的高度，在未来，不能满足建筑业的发展需要，随着国家节能减排战略的实施和新型城镇水平的的不断提升，要求传统建筑业加快转型升级的呼声也越来越高。在此背景下，积极研究新型建筑工业化和施工机械化的发展方向，无疑对加快建筑业适应国家可持续发展战略具有重要的意义。

建筑工业化和施工机械化概述

1.建筑工业化概念及其意义

建筑工业化：是指通过现代化的制造、运输、安装和科学管理的大工业的生产方式，来代替传统建筑业中分散的、低水平的、低效率的手工生产方式。他的主要标志是建筑设计标准化、构配件生产施工化，施工机械化和组织管理科学化。

2.建筑工业化及其意义：建筑业的工业化是社会生产力发展的必然产物。他与传统的建造方式根本区别在于把社会生产力从手工业的小生产方式向工厂化流水方式转化。它是采用现代大工业生产来建造建筑物，运用现代技术、先进生产方式、智能机械施工的方式推动建筑业发展的文明。

3.基本内容：是采用先进、智能、适用的技术、工艺和装备科学合理地组织施工，发展施工专业化，提高机械化水平，减少繁重，复杂的手工劳动和湿作业;发展建筑构配件制品、设备生产和智能施工机械并形成适度的规模经营，为建筑市场提供各类建筑使用的系列化的通用建筑构配件、制品和智能机械施工制品;制定统一的建筑模数和重要的基础标准（模数协调、公差与配合、合理建筑参数、连接、智能施工机械的AI程序及算法等），合理解决标准化和多样化的关系，建立和完善产品标准、工艺标准、企业管理标准、工法等，不断提高建筑标准化水平;采用现代管理方法和手段，优化资源配置，实行科学的组织和管理，培育和发展技术市场和信息管理系统，适应发展社会主义市场经济的需要。

（1）建筑设计的标准化与体系化

建筑设计标准化，是将建筑构件的类型、规格、质量、材料、尺度等规定统一标准。将其中建造量大、使用面积广、共性多、通用性强的建筑构配件及零部件、设备装置或建筑单元，经过综合研究编制成配套的标准设计图，进而汇编成建筑设计标准图集。标准化设计的基础是采用统一的建筑模数，减少建筑构配件的类型和规格，提高通用性。

体系化是根据各地区的自然特点、材料供应和设计标准的不同要求，设计出多样化和系列化的定性构件与节点设计（也包括施工机械的设计及选用）。建筑师在此基础上灵活选择不同的定型产品，组合出多样化的建筑体系。

（2）建筑构配件生产的工业化

将建筑中量多、面广易于标准化设计的建筑构配件，由工厂进行集中批量生产，采用机械化手段，提高劳动生产率和产品质量、缩短生产周期。批量生产出来的建筑构配件进入流通领域成为社会通用的商品，促进建筑产品质量的提高并降低生产成本。

（3）建筑施工的装配化和机械化

建筑设计的标准化、构配件生产的工厂化和产品的商品化，使建筑机械设备和专用设备得以充分开发应用。减少低技术人力，培养并增加高技术人力，通过掌握智能施工机械的操作，完成建设任务，并推动施工机械化的大面积应用。

（4）组织管理科学化

生产要素的合理组织，即按照建筑产品的技术经济规律组织建筑产品的生产。提高建筑施工和构配件生产的社会化程度，也是建筑生产组织管理科学化的重要方面。针对建筑业的特点，一是设计与产品生产、产品生产与施工方面的综合协调，使产业结构布局和生产资源合理化。二是生产与经营管理方法的科学化，要运用现代科学技术和计算机技术促进建筑工业化的快速发展。

机械化施工

施工机械化是指在建筑施工中将手工操作转变为机器操作的过程。它是建筑业生产技术进步的一个重要标志，是建筑工业化的重要内容之一。其发展有三个阶段：第一阶段是部分机械化，主要采用机械操作，其他相联系的作业仍用手工;第二阶段是综合机械化，各种作业都用机器来完成，工人只操作机器;第三阶段是机械自动化，各种机器的运行由专门的仪表来控制，不需要人来操作。

实现施工机械化，有利于提高劳动生产率，节约劳动量;加快工程进度，缩短建设工期;保证和提高工程质量，降低工程成本。

3D打印技术

3D打印技术是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它是将内装有金属、陶瓷、塑料、砂等特殊“打印材料”组成的3D打印机耗材，有机械臂叠层出建筑构件，与电脑连接后，通过多层打印方式，把计算机上的蓝图变成实物。

3D打印耗材可二次利用建筑产生的垃圾，3D打印机所用的油墨原料是从建筑垃圾、工业垃圾和矿山尾矿，以及水泥、钢筋和特殊的助剂所组成的材料。建筑垃圾通过处理、加工和分离形成油墨，最终成为3D打印机的原材料，有效进行了建筑垃圾的二次利用，节省了建筑原材料的部分费用。这种材料的理论强度和使用年限上大大超过了钢筋混凝土结构，但在刚度和耐久性等综合性能上，还需要长期使用的过程中加以验证。对于结构的稳定性上，3D打印可任意设计墙体结构，一次性解决墙体的承重结构问题，可用于桥梁，简易工房、剧院、高层等建筑中。目前国内外均有3D打印建筑的试点工程，未来此技术能大面积应用，将会是建筑业的革命。

BIM技术

BIM（Building Information Modeling）技术是应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、施工、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。BIM技术有5个特点，可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性。与传统的二维图纸不同，BIM可以说是三维、四维甚至更多维度的设计，可以构件建筑物的三位模型，同时还加入了时间的维度。基于BIM技術，可以更好的使建筑工业化和施工机械化发挥其效用和把控，充分发挥装配、3D打印、机械的控制、项目全过程管理等技术的优点。

现阶段下建筑工业化和施工机械化在实际工程中的应用

设计阶段 设计阶段是整个施工过程中最为重要的一步，它的主要任务是：完成基于三维模型多专业协同工作，保证建筑构造与结构一致，建立各专业可视化建筑空间设计模型，确定各专业预留、预埋的重点区域及相关预制构件的拼接，3D打印构件的确定和模型的建立，预制构件初步模型搭建及名称确定，模拟施工和碰撞检查及施工方案的优化等。

基础 基础可采用现浇形式，这样可以更加快速完成基础的制作，支设模板时可采用3D打印机械完成。如独立基础、筏型基础、桩承台、条形基础等，再浇筑混凝土实现基础快速的制作。

钢筋 利用机械臂完成绑扎与焊接，机械连接需要人工辅助来完成。

柱 可采用预制好的构件直接安装，也可以采用3D打印模板然后现浇混凝土，两者差别很大，一个是整体性问题，还有就是施工步骤，这个要参照对应工程的施工组织设计。

梁、板、楼梯 梁和板采用叠合梁、板安装，然后再进行浇筑，这里要看混凝土柱和墙是现浇的还是预制构件的。楼梯完全可以采用预制构件，直接安装。

混凝土墙 两种施工方式，预制构件装配和混凝土现浇，预制墙板直接安装就可实现快速建立，现浇墙采用3D打印模板，然后浇筑混凝土，也同样可以实现快速完成墙的建立。

砌筑墙 采用砌砖机械与人工相结合的施工方式，需要大面积砌筑的，就采用砌砖机械，例如砖混结构。小面积的就需要人工来完成，例如砖墙顶部的斜砖。

装配式构件运输 构件的运输要选择最佳的路线，还要考虑构件单次运输的冗余度，因为这关系到运输的成本，如果两者没有更好的实现最佳的效率，那么成本将会大大增加。

结合以上所诉，以及对现有技术掌握的情况下一步到位实现新技术的普及还有一定的时间，但就现有的技术而言，可结合以上的所有的技术包括目前使用广泛的现浇技术，综合发挥其在建设过程中最有效的部分结合使用使之实现快速、精确、节约、环保等优点，为将来实现建筑工业化和施工机械化的技术普及奠定基础。

参考文献

[1]中华人民共和国和住房和城乡建设部等部门关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见。

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部等部门关于加快新型建筑工业化发展的若干意见。