装配式建筑智慧建造及其发展趋势

陈礼棋

（内蒙古科技大学， 内蒙古 包头 014010）

0 引言

现如今，我国已在建筑行业中大力提倡可持续发展理念，装配式建筑也逐渐受到社会关注。该建筑类型可以有效削弱生态环境污染程度，还可提高建筑建造效率和质量。在科技不断革新、研发环境下，已在装配式建筑建造过程中融入BIM、物联网、虚拟现实等多种新型科技，以此来推动装配式建筑实现智慧建造。从其现状及发展趋势角度来看，智慧化发展是装配式建筑的核心趋势之一，但由于智慧建筑概念在我国的提出时间较晚，使其在现实运行过程中还受经济、技术水平等因素影响。基于此，必须采取有效措施转变装配式建筑智慧发展现状，推动国内智慧建造可持续发展。

1 装配式建筑智慧建造中的关键技术

1.1 BIM技术

BIM技术是装配式建筑智慧建造中应用最为广泛的技术之一，其最鲜明的优势就在于能高效传输信息资源，可构建全生命周期模型。在装配式建筑建造过程中会涉及多个专业和阶段，不同阶段、专业间均可构建模型辅助工程建设，为其提供施工所需的所有信息。对于智慧建筑而言信息建模是重要环节，此时便可发挥BIM技术作用[1]。装配式建筑是对预制构件实施装配形成完整建筑体，所有预制构件都会经历设计、加工、运输等阶段，BIM技术则在各个阶段都有所作用。通过数据模型可对预制构件多个环节进行调整、控制，构建专业数据库对所有预制构件不同阶段信息予以储存、修改及查阅，是避免出现“信息孤岛”的有力举措。当前，BIM技术已在装配式建筑的三维模型构建、协同设计、动画展示等方面发挥积极影响。从三维模型中可以明确装配式建筑几何特征，根据需要将其生成与建筑对应的剖面图或立体图。与传统二维设计图相比，利用BIM技术创建的三维设计图更加立体，能准确传达工程信息。协同设计作为装配式建筑建造的重要辅助，是实现智慧化发展的前提，可利用BIM技术构建交互式机制，便于查询不同专业设计结果，帮助相关人员及时知晓建筑工程设计进度。另外，BIM技术软件还能制作和展示动态图，将建模软件和渲染软件结合后生成动态效果图，从而把原本的平面图转化为立体图，真实还原建筑项目面貌。

1.2 物联网技术

物联网技术能够实时接收和储存相关信息，在装配式建筑中加以应用，则可以对各预制构件实时信息予以传输、共享。该技术主要以感知作为核心目的，能通过与相关物体相连接收和采集物体信息。物联网技术作用发挥需得到互联网支撑，将互联网视为信息共享媒介，能够对物体进行动态跟踪、识别、监测，且不仅能实现物体间的互通，还实现了人类和物体间的交互。条形码、RFID等均属于物联网技术。近年来，随着科技融合深度不断加深，建筑行业已将条形码技术用于定位和跟踪建材去向，大大增强了建材管理便捷。RFID技术利用传感器实现实时监测，当装配式建筑建造环节出现异常时，也可通过读写器快速定位，促使工作人员及时采取解决措施，避免异常蔓延。物联网技术应用实现了智能化、大规模生产，将有限资源作用发挥至最大化，强化资源配置成效，促进生产环节稳定、高效实施[2]。整个建造环节都会安装传感器对实时数据进行采集，再通过无线通信实现数据输送，对整个建造过程展开全程监督。在对装配式建筑建造所需的构件进行生产加工时实现了精准定制，当数据达到数量级后便可对大数据予以采用。在挖掘大数据基础上，可以准确预测、匹配及管理，甚至为后续的输送、装配带来极大优势，构建一体化供应链。现阶段，我国一些大型建筑企业已经建立了网络系统和信息中心，但因为缺乏统一规划与管理，再加之系统开发时间较长，在具体应用上还存在弊端。

1.3 人工智能技术

人工智能在推动智慧建筑发展中占据重要地位，已在装配式建筑规划、安全控制等众多环节广泛使用。从装配式建筑规划环节来看，传统规划主要依靠人工记录流程及设计图纸，这种方式不仅费时费力，若设计结果不符合工程所需必须经过反复修改，难免造成人工劳动力浪费，也会耽误建筑正常施工进度。在引入人工智能技术后，运筹学、逻辑学等多种学科推动着传统建筑规划改革。比如，C/S管理应用系统中包含了装配式建筑多项内容，系统主要分为员工管理、合同管理、资产管理、财务管理等多个模块，在该系统内可展开综合全面化管理。装配式建筑施工会受工艺、自然、技术等多种因素影响，为有力确保工程项目高效管理，就需利用人工智能技术进行安全诊断和故障识别。人工智能拥有人工神经网络和专家系统，能模拟人类思维方式，具备强大的学习功能。可构建动力特性模型，对任何动力荷载下的建筑反映加以预测，提前制定安全防范策略，虽对人类行为进行模仿，但从某种意义来看又是一种超越。

1.4 虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种能够根据实时反馈装置实现三维建模、仿真的计算机技术，具有极强的交互功能，可仿真出真实环境，在装配式建筑智能化发展过程中同样起到推动性作用。在装配式建筑建造时所有程序环节都应高质量完成，且各环节间紧密相连，其中任何环节出现问题都可能直接影响整体建筑质量。所以，为了避免该情况发生，在正式展开建造前都会进行模拟建造，虚拟现实技术则带来了硬件支撑。在装配式建筑前期设计阶段会产生大量数据，通过该技术可以将所有数据传入数据库与系统生成整体方案，设计人员可对方案进行在线预览，从中还可以了解该建造方案所需成本，为施工报价提供有力依据。

2 装配式建筑智慧建造现状

2.1 成本投入较高

在装配式建筑实现智慧化发展时会受到成本因素制约。装配式建筑中涉及到的预制构件数量较多，随着装配式建筑不断增加，必须加快构件生产速度才能满足市场需求，该过程会涉及人工、设备、材料等成本投入。装配式建筑中的部分机械设备需从国外引入，运输成本和购买成本均较高，若自主研发也需投入大量人力、物力。由于我国装配式建筑智慧建造尚处于初期，和国外发达国家相比技术差距较鲜明。在此情况下，我国需加强专业人才培养，整个过程也会涉及多方成本投入。以BIM技术为例，虽然该技术可以降低建筑能耗、节约时间，但只能在大型装配式建筑中应用才能达到节约成本目的[3]。房屋业主和投资方更关注成本和工程进度，并不愿意将资金投入至技术应用上，如果技术研发不具备雄厚的经济支撑，便无法推动智慧建筑发展。

2.2 缺乏高质量管理

由于智慧建筑在我国的实践时间并不长，使其在管理方面还存在不足，尤其是相关标准有所缺失。装配式建筑中运用到的相关预制构件需系统合理设计、生产，必须和装配式建筑实际相符，严格将偏差控制在允许范围内。在进行施工现场装配时，还需和土建、机电安装、装修等工作密切配合。从整体来看，模数化标准是装配式工程设计必要基础，有时正是由于模数化标准未及时执行使得各专业无法协同运行。从目前智慧建造现状来看，虽然运用多种技术展开设计，但在对构件进行拆分或装配时缺乏有力标准支撑、参照，这便无法为建筑施工提供保障。

2.3 缺少信息化人才

现阶段，我国还未完全普及智慧建筑人才培养，这对于智慧建筑发展而言无疑是一大阻碍。就以装配式建筑设计环节而言，只有少部分设计人员能够有效发挥科技作用辅助设计过程，能够对技术资源进行挖掘的人员更是少之又少。传统经验较丰富的工作者学习智慧建造理念、技术需消耗大量时间，如果工作者无法熟练且系统应用科学技术便无法推动国内智慧建筑进步。我国各大高校虽然都已设立建筑专业，然而进入行业后真正具备协同能力的人才不多。高校是培养信息化人才的重要机构，可充分与高校合作建立校企合作模式，共同构建专业实训基地，以此来提高信息化建筑人才质量。

3 装配式建筑智慧建造发展趋势

3.1 智能化

所谓智慧建造便是利用科技手段取代传统人工劳动力，这不仅体现在智能设计、监管方面，还体现在智能决策、辅助等诸多环节，因此从这一角度来看，装配式建筑的智慧建造需全面实现智能化发展。到目前为止，我国智慧建造仅在部分环节利用科技取代人工，智能化水平拥有较多上升空间。在实现智能化发展过程中，装配式建筑建设涉及到的数据主要为管理数据或BIM数据[4]。模拟人工作业现场，融入物联网、人工智能等多种先进技术手段，将传统施工现场的人力转换为机器人，以此来减少人工成本，在装配式建筑建造质量上也能得到优化。机器人设备并不需要拥有较强的信息储存与计算功能，在相关程序、设备连接情况下进行工作，满足建筑智慧建造所需。比如，机器人在将周围环境识别后发送至服务端检索出同类型图片，对机器人的行动路线进行预测和计算，从而帮助机器人成功避开阻碍。在信息储存后所有机器人都能对相同信息进行检索，在机器人中形成共享数据链，完善自我学习功能。

3.2 集成化

以目前国内装配式建筑智慧建设现状来看，在集成化方面还有待完善。集成化发展主要是指应用系统和生产过程。在目前已有的管理应用系统中，虽然可以实现全面化管理，但在单点登录、多应用共享、协同工作等方面还需得以优化。实现生产过程集成化主要是指将设计、加工、装配、运输等流程加以综合，引入EPC等模式展开高质量管理。例如，未来移动智慧终端会成为智慧建造得力工具。智慧终端与互联网相连，具备多种操作系统，可以根据装配式建筑时需定制功能。在装配式建筑智慧发展中的作用主要体现在查阅设计图纸与装配方案、展示模型、安全质量管理等方面。与装配式建筑管理系统配合对预制构件生产规范、装配标准与具体方案等进行快速查阅。将装配前已设计完成的模型进行呈现，快速完成设计交底工作。对装配过程中存在的任何问题或突发情况实时检查，对问题进行总结和分析，辅助建筑高效完工。

3.3 精细化

精细化理念已在众多领域有所应用，对于装配式建筑来说，要想推动智慧化进程就必须朝精细化方向转变。装配式建筑中的预制构件需得到精细化设计和加工，待构件运输至装配现场后，施工人员需严格根据材料表实施装配。从智慧建造初期设计一直到后期管理都需密切贯彻精细化理念，确保各流程按照预期进行。针对建造中存在的显性与隐性安全隐患需提前加以预测，对建造计划进行动态调整，以此来应对突发情况带来的不稳定因素。

4 装配式建筑智慧建造发展建议

4.1 完善相关标准

从建筑智慧建造综合水平与成效中可以间接反映我国建筑行业标准是否健全，但由于受到实践时间、技术、经济等因素制约，使得相关标准还有待完善。针对该现状，我国相关领域必须加强标准制定，可邀请专业研究所成员、企业专家、学者等加入标准制定行列中，对装配式建筑智慧建造标准进行革新。标准制定应具备全面性，可涉及BIM、物联网等科学技术，提倡和引导智慧建造与科技结合，这是推动智慧建造稳定进步的基础。此外，可制定国家标准和地方标准融合管理体系，对智慧建造法律体系予以完善，使装配式建筑智慧化发展有法可依，不断推动智慧建造依法、合法运行。

4.2 提高自主研发水平

我国科技自主研发水平不及国外发达国家，这使装配式建筑智慧化发展受技术、工艺制约，提高自主研发水平已迫在眉睫。现如今，我国有的高校已经建立了人工智能专家系统对建筑不同阶级损伤进行预测，如北京交通大学建立ART2神经网络系统识别建筑损伤，通过不同阶级频率来预测损伤情况。沈阳工业大学通过对建筑一至六阶固有频率变化参数来预测建筑损伤幅度，但实际应用受各种因素制约，且与装配式建筑建造相关的科学技术较少。要想增强装配式建筑智慧建造延伸性与实用性，还必须加强多方联合意识与联合能力。针对该问题，装配式建筑领域与科技研发领域需加强沟通力度，深度剖析当前工作中存在的不足与原因，如数据资源安全问题、软件匹配与二次开发问题等。以现已研发的科学手段为参照进行优化、挖掘，加强智慧建造关键技术研发所需的软硬件强化工作。时刻关注国际信息，了解国际科技走向，借鉴他国优秀的科研经验，结合国内智慧建造真实现状、需求投入研究[5]。除此之外，国家政府可以针对技术研发制定补贴、优惠政策。对于在技术研发工作中有突出贡献的成员可减轻税收压力，给予合理扶持。如此一来，既有效减轻了科技研发负担，又能在研发团队中形成推力，激发各成员研发动力。

4.3 加快专业人才养成

人才质量决定着我国智慧建造走向，人才作用不言而喻，基于此，我国需采取有效手段加快专业人才培养。比如，行业可与高校联手打造装配式建筑智慧实训基地，在基地内引入与时俱进的科学技术，使人才提前接触和掌握智慧建造精髓，为后续实际发展奠定扎实基础。在专业基地接触到的知识更为系统科学，指导力量也更具权威，培训结束后便可将人才送往建筑行业，联合打造人才精细化培养模式，解决当前智慧建造中的人才缺口。也可以利用互联网转变人才培养形式，实现装配式建筑装修与机电设计、预制构件设计与装配技术和管理一体化。

5 结束语

综上所述，装配式建筑正朝着智慧化发展，在智慧建造过程中已广泛应用BIM、物联网、人工智能及虚拟现实等新兴技术，技术融入虽取得一些成效，但仍然面临一些不足。装配式建筑和智慧建造均涉及较高成本投入，由于实践时间较短缺乏高质量管理，在信息化人才方面也呈现出紧缺状态。在未来发展中，智慧建造可以朝着智能化、集成化、精细化等方向发展，研发出更多细致化科技产品提高智慧建造水平。为达到发展目标，需对现有标准予以完善，提高国内自主研发水平，加快专业人才养成。