基于智能建造技术的装配式建筑施工管理研究

张洋

0 引言

装配式建筑是建筑行业工业化转型的重要体现，它将大量传统施工过程中需要在现场进行的工作转移到工厂内进行，极大地释放施工现场的人员、环境等压力，有效提高了建设效率。因此在激烈的市场竞争环境下，以及全球“低碳”的发展背景中，装配式建筑正在逐渐成为我国建筑行业的发展导向。

智能建造技术是以BIM、物联网、大数据等信息技术为基础，以“信息化”与“智能化”为原则，构建智能的管理平台和智慧的管理环境，以技术促改革，创新施工管理理念，使其与信息化、工业化深度融合，进而提高管理效率与管理效果。

装配式建筑与智能建造技术的结合是大势所趋，前者是建造方式上的创新，后者是管理理念上的创新，二者的结合必将大大提高建设工程管理质量。然而就当前发展情况而言，虽然近年来装配式建筑得到了大力发展，但总体水平相对于某些发达国家还处于起步阶段，与智能建造技术的结合水平也较低。因此，对智能建造技术在装配式建筑施工管理中的应用方式进行研究十分必要，可以为我国建筑行业向工业化、信息化转型提供有力支撑。

1 装配式建筑施工管理现状及问题

装配式建筑在我国发展时间尚短，还没有跳出传统工程项目管理的圈子，依旧延续着传统的管理模式，没有形成一套特有的管理方法。因此研究智能建造技术与装配式建筑的结合，有必要首先明确管理现状及存在的问题。

1.1 管理组织设置不合理

现阶段，大多数装配式依旧使用传统的组织管理模式，没有进行创新。装配式建筑不同于普通的建筑工程项目，其施工过程与设计、生产过程联系紧密，施工单位在拿到设计院的图纸后，往往不能直接应用于项目，需要进行深化设计，完成构件的拆分与标准化工作，然后将深化设计后的图纸交予生产单位按图生产，最后再由生产单位派出车辆送往施工现场进行吊装。由以上过程可以看出，装配式建筑的建设需要各单位的紧密配合，而传统的施工管理模式下，设计、施工、生产工作相分离，导致管理组织的设置较为片面，沿用这套管理组织对于装配式建筑的影响较大，容易出现信息沟通不畅的现象，无法对项目的顺利进行做出统一规划，不能覆盖装配式建筑的绝大多数流程，难以发挥装配式建筑一体化施工的优势。

1.2 产业链不健全

装配式建筑在建设过程中需要建设单位、施工单位、设计单位、生产单位的深度沟通，各方需要就装配式构件的初步设计、深化设计、标准化拆分、运输调度等问题达成统一认识，这需要一套完善健全的产业链（如图1 所示）。而现实情况下，设计、施工、生产往往相分离，业主分别与各单位签订合同并负责沟通协调工作，这导致各单位之间的交流不足，施工单位对于项目整体的把握不完整，不能整合全产业链资源，发挥全产业链集成优势。

图1 装配式建筑产业链示意图

1.3 构件运输规划不充分

不同于传统过程项目物资运输调度过程，装配式建筑在现场不需要过多原料，而是将构件的生产转移到了工厂内进行，预制构件厂将生产好的构件按照施工场地需求分批次运输至现场进行装配，保证正常施工。然而由于预制构件体积较大，运输成本较高，并且施工现场往往难以提供充足的场地供构件堆放。这对构件的运输提出了三方面的要求，一是要满足施工现场的日常使用，即待使用的构件必须在开工之前运输到施工现场，否则会延误工期；二是尽量保证“零库存”，即尽量使得构件随用随运，减少在施工现场的堆放，这样既可以减少工地的用地压力，也可以降低材料堆放、保存产生的费用；三是要做好对不同构件生产厂家的规划，根据现实情况，一个构件厂的生产力往往可能无法满足施工现场的构件需求，这使得施工方需要向不同的生产厂家进行采购，因此要对厂家进行规划，进而保证构件生产与运输费用最低。而在实际工程进行中，施工单位往往是根据经验进行排产，构件生产、运输规划的不充分，出现了资源浪费、资金超支以及工期延误等现象。

1.4 管理信息化程度不高

装配式建筑的建设是一项复杂的系统工程，设计、施工、采购、生产联系密切，需要各单位进行充分的信息共享，然而目前装配式建筑管理信息化程度还不高，信息技术覆盖面还不充分，往往根据主观判断进行生产工作。当前市面上已经存在许多建筑行业的管理类软件，但尚没有一款针对装配式建筑的管理平台，无法体现装配式建筑的特点，也无法形成良好的管理环境。此外，BIM、物联网、大数据等技术为装配式建筑提供了极好的管理手段，然而这些技术当前在装配式建筑中的应用还不广泛。

2 智能建造技术在装配式建筑施工管理的应用

2.1 深化设计过程

不同于传统的项目管理类型，装配式建筑的设计与施工过程密不可分，甚至可以将深化设计过程看作施工过程的一部分。深化设计是指在设计单位的图纸完成后，对预制构件进行深入分析，对构件拆分、预埋件布置、标准化设计等展开的工作，这不单是设计院的任务，而是需要设计、施工、生产等单位共同完成。既要考虑国家规范、承载力要求，也要考虑施工过程的难易程度，还要结合生产单位的生产能力，是一项十分复杂的工作，智能建造技术可以帮助参建各方高效完成。

（1）构件拆分中的应用

合理的构件拆分是实现标准化生产的首要条件，预制构件拆分对建筑功能、结构受力状况、工程造价等都会产生影响，因此在进行构件拆分的过程中需要考虑众多因素。BIM 技术可以将二维图纸翻成三维模型，进而直观地展示建筑细节，保证构件信息在项目全生命周期中的完整与流通，还可以更进一步利用BIM 软件实现构件受力情况分析，便于深化设计人员进行荷载计算，明确最优方案，进而节约成本，增加经济效益，提高预制构件生产品质。

（2）预埋件布置中的应用

预埋件是预先安装在隐蔽工程中的连接件，作用是用于以后连接和固定其他构件。由于装配式建筑的构件主要是在工厂中进行生产，因此在生产时需要提前明确预埋件在构件中的位置。BIM 技术可以对预埋件进行有限元分析，确保预埋位置不会影响结构受力情况，还可以统筹各单位的设计模型，检查是否产生管线与预埋件的碰撞，防止出现返工。

（3）标准化设计中的应用

标准化设计是实现装配式建筑工业化生产的重要思路，即将构件拆分之后，形成相同规格、相同尺寸的部分，以实现工厂的批量生产。装配式建筑标准化设计的核心是“少规格、多组合”，即保证标准化设计后的构件具有通用性，并且在施工现场可以完成拼装，不会影响工程质量。BIM 技术可以提供一个标准化设计的平台，充分检验构件拆分的可行性与协调性，也能检验构件内部的空间关系是否合理，避免了交叉碰撞，从而保证预制构件的批量生产，提高装配式建筑生产效率，促进装配式建筑更好发展。

2.2 施工过程中的应用

智能建造技术作为新一代信息技术，为工程项目施工管理提供了有力支撑，改变了传统的施工管理方法（如图2 所示）。BIM、物联网、大数据等技术在装配式建筑中的应用，可以建立一个多方协作的管理平台，使得参建各方能够充分协调，共同解决建设过程中遇到的各种问题，实现数据信息的高效流通，提高建设质量。

图2 智能建造技术在装配式建筑施工过程中的应用示意图

（1）BIM 技术的应用

BIM 技术的核心是建筑信息模型，即将建筑的各类信息集成在三维模型上，使得每一块构件中不仅包含结构、规格信息，也包含各类非结构信息，参建各方都可以在该模型上提取自己需要的数据，减少了工作量，提高了合作效率。BIM 3D 模型是BIM 技术的基础，除了可以直观展示模型并提供信息之外，还可以实现模型的实时更新，提高了项目可视化程度，保证各方有效把控项目进展情况。在BIM 3D 基础上衍生出的BIM 4D 模型，可以提取项目全生命周期中的进度情况，发现实际进度与计划进度之间的偏差，进而进行调整。在装配式建筑中，BIM 4D 可以实现施工单位与构件生产单位之间的沟通，保证构件按时按量运输。BIM 5D 技术用于跟踪项目预算进展情况，并进行成本分析的相关活动，BIM 5D 与三维模型和四维进度相链接，允许同时查看进度与成本情况，直观地发现成本产生偏差的原因，提高项目成本计算效率以及成本变化的准确性和可预测性，起到节约成本的作用。

（2）物联网技术的应用

物联网技术是通过将感应设备和识别设备布置在物体内部，实时提取物体信息的一种技术，装配式建筑作为建筑行业工业化发展的代表，更是与物联网技术有着深度结合的空间。当前物联网技术在装配式建筑施工管理过程中的应用主要分为三个部分。一是对材料进场和库存的管理，微电子新品芯片可以为每一个制作好的预制构件生成一个专属的二维码，利用无线射频技术清楚地了解到该构件的具体信息，如尺寸、规格、构件名称、安装位置等，同时将所有构件信息链接至物联网平台，实时掌握构件安装情况。二是对建筑结构进行监测，通过在构件内部，以及构件连接处提前布置传感器，实现对于应力、应变、位移等的监测，可以有效把握施工过程中构件受力的变化情况，判断是否需要采取加固、拆除等措施。三是对施工安全进行监督，在进行危大工程施工时，通过在结构脆弱处布置传感器，安装自动报警系统，可以实现危险提前预警，避免安全事故的产生，同时在施工电梯、脚手架等施工设备中也可采用物联网技术监测温度、振动等信息，实现对施工安全的全面管理，进而降低安全事故发生的概率，提高项目进度。

（3）大数据技术的应用

装配式建筑的建设是一个复杂的过程，会产生大量的数据，这为大数据技术的应用提供了条件。大数据技术是通过对规模巨大的资料在合理时间内进行整理与处理，将其转换为用来分析的原始资料，最终为决策提供有力支持。在装配式建筑中，大数据技术的应用往往与BIM 技术紧密结合。施工现场产生的数据，包括构件和设备的工程信息，以及质量、进度、成本、安全各方面的管理信息，都可以通过BIM 技术进行集成，形成一个全数据模型，为数据的产生、集成、存储、共享提供条件。大数据技术的分析流程往往遵循以下步骤：首先通过对BIM 模型中的数据进行提取，形成一个分类存储的数据仓库，随后基于数据仓库进行数据处理与数据分析工作，为施工阶段的各类决策提供支持。

3 推进智能建造技术与装配式建筑深度结合的策略

3.1 不断加强政策支撑

近年来，国家出台了一系列的政策法规推进装配式建筑与智能建造技术的大力发展，可以看出，装配式建筑与智能建造技术正在逐渐成为我国建筑行业的发展趋势。但是由于发展时间尚短，发展经验不足，装配式建筑与智能建造技术相结合的规范标准还处于空白阶段，因此从国家层面来看，有必要不断加强政策支撑，提高智能建造技术在装配式建筑中的应用水平，进而加速我国建筑产业向工业化、智能化的转变。

3.2 大力培养高端人才

在产业数字化的时代，把握数字经济，实现建筑行业转型的当务之急是培养与引进智能建造方面的人才。我国的智能建造技术还处于起步阶段，还没有系统的培养方案，相关人才较为缺乏，智能建造专业技术人员既要有土木工程师的技术能力，又要具备智能新土木人才的复合知识结构，因此高端人才的培养任重而道远，需要行业与国家的大力推进。

3.3 创新管理体制机制

当前开展的装配式项目大多依旧延续着传统的项目管理体制机制，导致设计、施工相分离，没有根据装配式建筑的特点进行调整。因此在装配式建筑施工开始之前，应该深入分析参建各方的关系，创新项目管理的体制机制，尽量采取EPC 总承包模式，将业主、设计单位、施工单位、生产单位等都纳入管理体制中来，建立全产业链的模式，使得各方能够通畅地进行信息交流，共同解决项目进行过程中遇到的困难，进而提高装配式项目施工质量。

3.4 深度融合信息技术

部分装配式项目的管理人员对于新一代信息技术与管理理念认识不足，施工管理过程缺乏科学性与全局统筹意识，因此需要参建方正确认识智能建造技术，深入学习新技术带来的新管理方法，实现创新与改革。在施工过程中，要积极融入BIM、大数据、物联网等技术，提高建设项目的智能性，进而提高建设效率，保证建设质量。

4 结语

综上所述，智能建造技术作为新一代的信息技术，其与装配式建筑的结合可以显著改善传统施工管理过程存在的弊端，提高工程项目施工管理过程的效率，有效保障工程质量，对于促进我国建筑产业向工业化、智能化的转变有着重要作用。然而由于智能建造技术与装配式建筑在我国发展实践较短，还需要经过长期实践的检验，才能明确二者最完善的结合方式，进而对建设工程项目带来最积极的影响。