曹 希（上海綠地建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，上海 200083）

“十三五”以來裝配式建筑的發(fā)展得到了國家的大力支持，住建部制定了《“十三五”裝配式建筑行動方案》《裝配式建筑示范城市管理辦法》等若干政策文件，全力促進(jìn)裝配式建筑的全面發(fā)展。我國裝配式建筑得以持續(xù)快速發(fā)展，新開工裝配式建筑面積占比逐年增長，建造水平和建筑質(zhì)量顯著提升。伴隨建筑信息模型（Building Information Modeling， BIM）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術(shù)的不斷發(fā)展與融合，裝配式建造逐漸呈現(xiàn)智能化趨勢。2020 年，住建部、國家發(fā)展改革委和科技部等十三部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確推進(jìn)建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化升級，大力發(fā)展裝配式建筑、推動智能建造。

本文簡要介紹了裝配式建筑、智能建造的相關(guān)概念和二者之間的關(guān)系，結(jié)合具體項目實例對當(dāng)前裝配式建筑智能建造的優(yōu)缺點進(jìn)行分析，探討了裝配式建筑智能建造的發(fā)展趨勢。

1 裝配式建筑發(fā)展概況

1.1 裝配式建筑的概念

裝配式建筑是指建筑的部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制，構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，通過可靠的連接方式組建而成的建筑。裝配式建筑按照結(jié)構(gòu)體系，包括裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)等，目前較為常見的為前兩種形式。

1.2 裝配式建筑的發(fā)展

我國裝配式建筑于 20 世紀(jì) 50 年代開始推行，60—80年代持續(xù)發(fā)展，后由于當(dāng)時的裝配式建筑在抗震能力及滲漏、隔音、保溫等方面的缺陷，從 80 年代末起，裝配式建筑的發(fā)展進(jìn)入低潮期。2016 年中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，明確大力推廣裝配式建筑，并提出力爭用 10 a 左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到 30%。

得益于國家及各地方鼓勵政策的推動，近年來裝配式建筑的發(fā)展顯著加快。2021 年 3月 11 日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司發(fā)布了《關(guān)于2020年度全國裝配式建筑發(fā)展情況的通報》。文中指出，2020 年，全國 31 個省、自治區(qū)、直轄市和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)新開工裝配式建筑共計6.3 億 m2，較2019年增長 50%，占新建建筑面積的比例約為 20.5%，完成了《“十三五”裝配式建筑行動方案》確定的到 2020 年達(dá)到 15%以 上的工作目標(biāo)。數(shù)據(jù)顯示，從結(jié)構(gòu)形式看，新開工裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑 4.3 億 m2，較 2019年增長 59.3%，占新開工裝配式建筑的比例為 68.3%；裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑 1.9 億 m2，較 2019 年增長 46%，占新開工裝配式建筑的比例為 30.2%。其中，新開工裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅1206 萬 m2，較 2019 年增長 33%。裝配式鋼結(jié)構(gòu)集成模塊建筑得到快速推廣，為新冠肺炎疫情防控發(fā)揮了重要作用。

2 智能建造的含義

2.1 智能建造概念

目前，對于智能建造尚未形成統(tǒng)一的概念。普遍意義而言，智能建造是工程建造領(lǐng)域與多領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展，信息化與工業(yè)化充分深度融合后，自然形成的一種新型建造模式。有別于傳統(tǒng)建造模式，智能建造模式中科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化率高，利用 BIM 技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息科技[1]，在工程建造全周期活動的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，提升勘察、規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運(yùn)營能效，提高建筑工程質(zhì)量安全、效益和品質(zhì)，從而實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)的健康發(fā)展。

2.2 智能建造關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 BIM

BIM是在計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維向三維轉(zhuǎn)變的革命性技術(shù)。BIM 的技術(shù)核心是一個共享的信息數(shù)據(jù)庫，其中包含項目的物理和功能特性，在項目的全生命周期中可用于開發(fā)、設(shè)計、建造、運(yùn)維等管理行為的應(yīng)用。各參與方在項目的不同階段均可在BIM中插入、提取、更新和修改信息，實現(xiàn)項目信息化集成管理，項目決策更加簡便、高效，顯著提高效率和項目質(zhì)量，降低項目風(fēng)險，增加項目收益。

2.2.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）從最初的傳感網(wǎng)發(fā)展而來，其定義和范圍一直處于一種動態(tài)、且不斷拓展的狀態(tài)。簡單地說，物聯(lián)網(wǎng)通過信息傳感設(shè)備，把所有物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，同時進(jìn)行信息交換，以實現(xiàn)智能化識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成。感知層實現(xiàn)對物理世界的智能感知識別、信息采集處理和自動控制，網(wǎng)絡(luò)層依托網(wǎng)絡(luò)（公眾電信、互聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)專用通信網(wǎng)絡(luò)等）實現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，應(yīng)用層應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施、中間件和各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。5G 技術(shù)的出現(xiàn)，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展加速，萬物互聯(lián)的場景指日可待。

2.2.3 云計算云計算（Cloud Computing）是分布式計算的一種，通過互聯(lián)網(wǎng)訪問、可定制的IT資源共享池，并且采用按使用量付費的定價方式。廣義而言，云計算是指服務(wù)的交付和使用模式，即通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲取所需的資源，這種服務(wù)可以是 IT 的基礎(chǔ)設(shè)施（硬件、軟件、平臺），也可以是其他服務(wù)。其核心理念是按需服務(wù)，例如數(shù)據(jù)備份、災(zāi)難恢復(fù)、電子郵件、虛擬桌面、軟件開發(fā)和測試、大數(shù)據(jù)分析以及面向客戶的 Web 應(yīng)用程序等等，而無需購買、擁有和維護(hù)物理數(shù)據(jù)中心及服務(wù)器。三種主要類型包括基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。每種類型的云計算都提供不同級別的控制、靈活性和管理。

2.2.4 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)（big data），巨量數(shù)據(jù)集合。如今常說的大數(shù)據(jù)，通常指因信息交換、信息存儲和信息處理三方面能力大幅增長而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。麥肯錫全球研究所給出的定義為，一種規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價值密度低四大特征。大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特點為，規(guī)模大、類別復(fù)雜、處理速度快、真實性高且蘊(yùn)藏價值。通過大數(shù)據(jù)的抓取、分析、處理，以及以此為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)挖掘和智能決策，獲得具有預(yù)測性的、可能被忽視的規(guī)律，從而針對性地做出各種決策。

2.2.5 人工智能

人工智能（Artificial Intelligence）是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，是一種使計算機(jī)、計算機(jī)控制的機(jī)器人或軟件智能地思考的方式，其方式與人類的智能思維方式類似。人工智能通過研究人類大腦如何思考以及人類在嘗試解決問題時如何學(xué)習(xí)、決定和工作，將研究結(jié)果用于開發(fā)智能軟件和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。人工智能企圖了解智能的實質(zhì)，研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等，是發(fā)展迅速、涉獵相當(dāng)廣泛的一門新邊沿學(xué)科。其屬于自然科學(xué)、社會科學(xué)和技術(shù)科學(xué)三向交叉學(xué)科，涉及計算機(jī)科學(xué)、哲學(xué)、數(shù)學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、仿生學(xué)、信息論、控制論等等眾多學(xué)科。

在智能建造關(guān)鍵技術(shù)中，BIM 技術(shù)貫穿于項目建造的整個生命周期，可謂是智能建造的基礎(chǔ)。同時，各種技術(shù)之間互相穿插、滲透與融合，例如大數(shù)據(jù)的處理和挖掘與云計算有著相當(dāng)密切的關(guān)系，而大數(shù)據(jù)本身也被稱為人工智能的基石。隨著科技發(fā)展的加速發(fā)展，智能建造所涉及的技術(shù)必定更加多樣，融合愈加緊密。

3 裝配式建筑與智能建造

3.1 裝配式建筑工業(yè)化趨勢

科技的高度發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的快速增長，使得人類社會已從工業(yè)社會邁入信息社會，信息化技術(shù)全面滲透至各個行業(yè)?？萍夹畔⒒牟粩嗤茝V與應(yīng)用，對傳統(tǒng)模式有著極大的沖擊。在我國，建筑業(yè)作為傳統(tǒng)的國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)方式仍較為落后，傳統(tǒng)模式已不能滿足高質(zhì)量的發(fā)展要求。

相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式，裝配式建筑的構(gòu)件在工廠制作，現(xiàn)場工作量較少。具有先天優(yōu)勢，更易于工業(yè)化、數(shù)字化、智能化升級，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)建造方式，融合各領(lǐng)域各行業(yè)的先進(jìn)成果，以實現(xiàn)科技含量水平高、經(jīng)濟(jì)效益好、高效節(jié)能、綠色環(huán)保的新型建筑工業(yè)化。對于裝配式建筑而言，工廠化預(yù)制技術(shù)是現(xiàn)場智能施工的前提和基礎(chǔ)[2]，目前我國的預(yù)制構(gòu)件尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?，仍存在很大的上升空間。

3.2 裝配式建筑項目實例

3.2.1 某高層辦公樓

某高層辦公樓項目位于市中心，緊鄰居民區(qū)、周邊高層建筑及城市高架橋，距離周邊建筑最近處僅 15 m，距離高架橋最近處僅 23 m。辦公樓 -2 F，地上 18 F；地下埋深約10 m，建筑高度約 80 m。該項目采用裝配式混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)，構(gòu)件最大重量近 9 t，構(gòu)件共計 2000 余塊。施工仿真模擬示意圖如圖 1 所示。

圖 1 施工仿真模擬示意圖

該項目是上海市首個裝配式高層綜合辦公樓，被住建部列入年度科學(xué)技術(shù)項目計劃中的裝配式建筑科技示范項目。在項目前期就啟用 BIM 技術(shù)，在項目全過程中采用 BIM 技術(shù)，運(yùn)用了構(gòu)件深化設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)計劃、施工模擬、施工復(fù)核、施工指導(dǎo)等功能，串聯(lián)起了構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝和現(xiàn)場施工進(jìn)度、成本控制等各個環(huán)節(jié)，使各相關(guān)方聯(lián)系更為緊密，溝通更為高效。

該項目的梁、柱節(jié)點預(yù)制構(gòu)件預(yù)留鋼筋較多，預(yù)制構(gòu)件預(yù)留洞、預(yù)埋件也較為繁多，還有斜交梁等復(fù)雜的梁、柱節(jié)點，鋼筋密集。對于復(fù)雜節(jié)點，建立復(fù)雜節(jié)點模型，通過BIM、云計算等對可能發(fā)生的各種問題進(jìn)行了演算，真實模擬構(gòu)件就位可能出現(xiàn)的各種工況，優(yōu)化設(shè)計和施工，解決了諸多問題。而由于事先模擬，優(yōu)化施工，還避免了可能會造成的碰撞問題和設(shè)計缺漏等問題。在施工過程中，縮短了工期，節(jié)約了人工。

運(yùn)用 BIM 技術(shù)進(jìn)行全方位管理、全過程管控，保證了工程質(zhì)量和施工安全，實現(xiàn)了施工管理的精細(xì)化；使得整個工程不同于傳統(tǒng)的建筑施工，還具有信息化、現(xiàn)代化的特點。該項目積極探索實踐，采用新技術(shù)新方法，并對其進(jìn)行完善、形成多項技術(shù)成果。但由于該項目裝配式構(gòu)件規(guī)格較為特殊，并非量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，項目實際成本降低有限，總造價相對較高，并沒有達(dá)到裝配式建筑有效控制成本的預(yù)期目標(biāo)。

3.2.2 某大型商業(yè)體

某大型商業(yè)體位于市區(qū)大型保障房項目一側(cè)，是保障房重要的配套商業(yè)項目。該商業(yè)項目用地呈不規(guī)則四邊形布置，施工場地狹小，周圍建筑林立。該項目為一棟集辦公、商業(yè)、餐飲、娛樂綜合用途的多層建筑，采用框架結(jié)構(gòu)，地下 2 F，地上 9 F，其中裙房 5 F（總高度約 27 m），三棟塔樓各 4 F（總高度約 45 m）。該項目的兩棟塔樓和其所在的裙房水平投影位置，采用裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)。該項目是上海市首個裝配式商業(yè)綜合體項目，被住建部列入年度科學(xué)技術(shù)項目計劃中的裝配式建筑科技示范項目。

該商業(yè)體裙房跨度較大，各節(jié)點預(yù)留鋼筋較多，在其中還存在一處整體保護(hù)建筑，施工具一定的難度。構(gòu)件多、場地小，現(xiàn)場堆放難度很大。針對這些問題，該項目從規(guī)劃設(shè)計階段就已運(yùn)用 BIM 技術(shù)建模，對構(gòu)件設(shè)計、制作、運(yùn)輸和施工全過程進(jìn)行了計劃、模擬及復(fù)核，并對原有建筑實施隔離保護(hù)，確保其在施工過程中相對獨立、絕對安全。復(fù)雜節(jié)點動態(tài)碰撞檢查靜態(tài)示意圖如圖 2 所示。

圖2 復(fù)雜節(jié)點動態(tài)碰撞檢查靜態(tài)示意圖

經(jīng)過優(yōu)化處理，該項目鋼筋碰撞問題得到解決，裝配式構(gòu)件多為標(biāo)準(zhǔn)件，構(gòu)件供應(yīng)周期較短。構(gòu)件裝車運(yùn)輸、現(xiàn)場堆放和吊裝順序合理有序，縮減了項目周期。比對傳統(tǒng)施工，成本控制和文明施工等方面均取得了相當(dāng)?shù)某晒?，?jīng)濟(jì)、社會效益可觀。

以上所例舉的兩個裝配式建筑實例，屬于較早嘗試智能建造的項目，基于 BIM 技術(shù)、結(jié)合云計算等信息化手段，較好的解決了復(fù)雜工況施工難題，并在一定程度上降低了項目經(jīng)濟(jì)成本、增加了收益?？萍妓降牟粩喟l(fā)展，促使裝配式建筑智能建造的科技含量呈逐年上升趨勢。對于裝配式建筑而言，智能建造介入越早，涉及越廣，越能推動項目朝精簡、標(biāo)準(zhǔn)、高效、節(jié)約的方向發(fā)展。

4 結(jié) 語

現(xiàn)代科技進(jìn)步異常迅速，將推陳出新、不斷發(fā)展的新科技與裝配式建筑結(jié)合，不僅能充分提升建筑品質(zhì)，滿足社會發(fā)展需要；還能提高生產(chǎn)效率，縮短工期降低成本增加收益，推動建筑業(yè)轉(zhuǎn)型與健康發(fā)展。裝配式建筑的智能建造，目前尚處于初期階段，需要看到的是，與計算機(jī)、金融、汽車等信息化水平較高的行業(yè)相比，由于新科技在建筑業(yè)的應(yīng)用尚淺，智能建造于裝配式建筑多數(shù)還停留在控制成本、數(shù)字設(shè)計、指導(dǎo)施工等層面。如何打破建筑業(yè)和新科技間的壁壘，將 BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等科技充分融合，實現(xiàn)裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、規(guī)?；峭七M(jìn)裝配式建筑智能建造的關(guān)鍵所在，存在巨大的發(fā)展?jié)摿τ写诰颉?/p>