文／高煒 北京天空建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司 北京 100000

引言：

1、裝配式建筑概述

裝配式建筑，是傳統(tǒng)建筑的優(yōu)化和升級，它是將最初在施工現(xiàn)場進(jìn)行制作的工作，轉(zhuǎn)移至加工工廠進(jìn)行預(yù)制作，然后將加工完成的構(gòu)件運(yùn)回施工現(xiàn)場，采用?？壳腋咝У钠唇臃椒ǎ瑢⒘銟?gòu)件進(jìn)行組裝，構(gòu)建而成的建筑。

裝配式建筑早在1820年就誕生于世，最早應(yīng)用于第一次美國移民高潮時(shí)期，其采用木構(gòu)架以拼接的方式建筑的房屋就是一種裝配式建筑。而后在19世紀(jì)中葉，倫敦應(yīng)用裝配式建筑技術(shù)，造就了第一座舉世矚目的大型裝配式建筑-水晶宮，在第二次世界大戰(zhàn)后，受形式所迫，諸多國家缺乏住房情況嚴(yán)重，為解決人民群眾的住房剛需問題，裝配式建筑技術(shù)發(fā)揮了其絕對性優(yōu)勢，從而進(jìn)一步推進(jìn)裝配式建筑技術(shù)的發(fā)展。但是，裝配式建筑技術(shù)直到20世紀(jì)才被全面推廣并得到大眾認(rèn)可?，F(xiàn)如在，隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展以及多元文化的融合，同時(shí)在國家相關(guān)政策出臺以及各地方政府的扶持的大好環(huán)境下，裝配式建筑迎來了大力發(fā)展的環(huán)境。

裝配式建筑優(yōu)勢突出，受到廣大群眾的認(rèn)可，其優(yōu)點(diǎn)如下:第一，施工速度快，由于其將部分或者全部構(gòu)件在工廠預(yù)先制作好，免去了復(fù)雜的現(xiàn)場作業(yè)工作，使得構(gòu)件制作和其他的施工工作一起進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步作業(yè)，有效的節(jié)約時(shí)間，從而加快了施工的進(jìn)度。第二，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化，鑒于裝配式建筑的構(gòu)件是在工廠實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，使標(biāo)準(zhǔn)化成為了生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，從而產(chǎn)品質(zhì)量的可控性得到保證。第三，施工建筑質(zhì)量高，基于構(gòu)件良好的質(zhì)量基礎(chǔ)上，采用焊接接頭的方式，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度螺栓和鋼筋等配件的連接，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。第四，環(huán)境優(yōu)化，因?yàn)檠b配式的構(gòu)件加工由施工現(xiàn)場轉(zhuǎn)移至加工工廠，其產(chǎn)生的垃圾廢物也有施工現(xiàn)場轉(zhuǎn)移至工廠，并隨著工廠的廢物處理系統(tǒng)進(jìn)行清除，進(jìn)而優(yōu)化施工現(xiàn)場環(huán)境。第五，降低成本，由于裝配式建筑構(gòu)件的制作需要模具，僅需一個(gè)模具就可以制作出大量且相同的結(jié)構(gòu)件，減少材料的浪費(fèi)又可進(jìn)行大批量生產(chǎn)，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)大幅度降低了人工成本，材料成本和不必要的損耗。

截止目前為止，世界上還沒有能稱得上完美的建筑設(shè)計(jì)技術(shù)，裝配式建筑設(shè)計(jì)也一樣，雖然它有著諸多的優(yōu)勢和特點(diǎn)，但同時(shí)它也存在著一些因不成熟導(dǎo)致的技術(shù)障礙，如裝配式建筑在設(shè)計(jì)階段缺乏協(xié)調(diào)性、預(yù)制件裝配過程缺乏精準(zhǔn)性等問題，這些問題阻礙著裝配式建筑技術(shù)的發(fā)展，因此有必要對相關(guān)前沿信息技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)查和研究。

2、裝配式建筑設(shè)計(jì)管理存在的技術(shù)難題

現(xiàn)階段，由于裝配式建筑建設(shè)發(fā)展存在一定的局限性，在管理過程中，裝配式建筑建設(shè)存在著諸多未攻克的技術(shù)性難題，如:設(shè)計(jì)信息缺乏交互性、傳遞信息缺乏及時(shí)性，構(gòu)件裝配過程中缺乏準(zhǔn)確性，導(dǎo)致整體進(jìn)度滯后，難以提高工作效率，不利于裝配式建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，為解決上述技術(shù)難題，下文對此展開具體分析：

2.1 設(shè)計(jì)信息缺乏交互性

采用裝配式建筑建造技術(shù)的關(guān)鍵就是將施工現(xiàn)場的問題轉(zhuǎn)化為加工工廠的問題。使在施工階段中出現(xiàn)的問題，提前在設(shè)計(jì)階段和生產(chǎn)過程中得到有效解決，這就要求各個(gè)階段工作之間相互交叉，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息共享。然而現(xiàn)階段，建筑、給排水、采暖等各項(xiàng)工作均交由各個(gè)單位獨(dú)立完成。由于不同企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)、功能和規(guī)范等方面要求各不相同，因此使用的設(shè)計(jì)軟件之間也存在較大的差異性，致使不同的設(shè)計(jì)軟件生成的數(shù)據(jù)信息無法互相識別和讀取，缺乏最基本的交互性。因此，為解決設(shè)計(jì)信息缺乏交互性這一難題，有必要設(shè)立一個(gè)相同目標(biāo)，將所有軟件的獨(dú)立信息連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的共享機(jī)制，從而提高各部門之間信息的交互性。但是，以什么樣的方式將信息連接在一起，依舊是一項(xiàng)技術(shù)性難題。

2.2 信息傳遞缺乏及時(shí)性

BIM 作為裝配式建筑建造設(shè)計(jì)管理的一種有效的數(shù)字化工具，雖然可以將構(gòu)件全部的生命周期信息數(shù)字化，儲存至BIM 系統(tǒng)中，使信息在利益者之間相互傳遞并實(shí)現(xiàn)共享，但是卻難以做到與項(xiàng)目實(shí)時(shí)同步。由于在裝配式建筑設(shè)計(jì)管理過程中構(gòu)件設(shè)計(jì)、加工，運(yùn)輸以及裝配階段所產(chǎn)生的信息不能實(shí)時(shí)傳遞給裝配工人。一定程度上導(dǎo)致構(gòu)件自身信息與儲存信息造成嚴(yán)重的脫節(jié)，從而進(jìn)一步影響施工進(jìn)度，因此信息傳遞缺乏實(shí)時(shí)性這一難題亟待解決。目前，通過采用一種高效的方式，以BIM技術(shù)為工具來解決裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)全過程中同步產(chǎn)生的信息管理的問題，卻衍生出了新的技術(shù)性問題，如設(shè)計(jì)者提供的預(yù)制構(gòu)件的基本信息是采取何種高效且準(zhǔn)確無誤的媒介，將基礎(chǔ)信息傳送至生產(chǎn)過程中，從設(shè)計(jì)到裝配的全過程中信息無法實(shí)時(shí)同步，出現(xiàn)信息時(shí)效性差的問題，導(dǎo)致現(xiàn)場施工人員難以領(lǐng)會設(shè)計(jì)者的意圖，不清楚加工工件的具體情況，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件信息與BIM系統(tǒng)中的信息不能實(shí)時(shí)同步，所以為保證高效且準(zhǔn)確的傳遞信息，就需要采取某種特定的方式極其工具，在預(yù)制構(gòu)件加工過程中實(shí)時(shí)記錄所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流。

2.3 構(gòu)件裝配缺乏準(zhǔn)確性

在裝配式建筑裝配過程中，由于裝配構(gòu)件數(shù)量多、重量大，給裝配工人的工作帶來巨大挑戰(zhàn)。為了及時(shí)并且保質(zhì)保量完成工期，雖然可采用BIM 技術(shù)對構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行整合，使結(jié)構(gòu)件連接位置逐一對應(yīng)，但是由于技術(shù)能力有限，專業(yè)技能不全面以及精準(zhǔn)定位工具的缺乏，導(dǎo)致構(gòu)件難以準(zhǔn)確裝配成功，甚至還會出現(xiàn)業(yè)業(yè)復(fù)復(fù)的裝卸等現(xiàn)象，使工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后，所以，為降低工程作業(yè)難度，提高作業(yè)效率，找到一個(gè)可以快速精準(zhǔn)的定位方法或工具是至關(guān)重要的。

3、裝配式建筑設(shè)計(jì)管理中應(yīng)用的前言信息技術(shù)

為可以更好的解決上述裝配式建筑設(shè)計(jì)所面臨的技術(shù)難題，通過采用前沿的信息技術(shù)將難題逐一攻破。目前處在前沿的信息技術(shù)包括:可實(shí)現(xiàn)直觀感受的裝配可視化管理的BIM 技術(shù)；解決信息傳遞時(shí)效差的RFID 技術(shù)；改善信息交互困難的P-BIM 技術(shù)和提高構(gòu)件裝配過程中準(zhǔn)確性穩(wěn)定性的北斗定位技術(shù)。具體概述如下：

(2)建設(shè)專門性監(jiān)測井，替換現(xiàn)有機(jī)民井。加快替換利用機(jī)民井監(jiān)測的長期監(jiān)測站點(diǎn)，避免因開采導(dǎo)致局部水位大幅度降落，影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性；消除因生產(chǎn)井所屬權(quán)變更或報(bào)廢而無法監(jiān)測，造成數(shù)據(jù)中斷的隱患，提升監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)性和監(jiān)測質(zhì)量；改善監(jiān)測站點(diǎn)管理和維護(hù)困難的現(xiàn)狀。

（1）BIM 技術(shù)。BIM 技術(shù)近年來成為了建筑工程行業(yè)使用最為廣泛的前沿科技。BIM）是建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理過程中一種有效的數(shù)字化工具，對各種構(gòu)件模型參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化整合，從而提供視化信息，進(jìn)而精準(zhǔn)的將構(gòu)件與構(gòu)件位置一一對應(yīng)，提高了裝配的工作進(jìn)度和可操作性。

（2）P-BIM 平臺。P-BIM 平臺是以中國基建行業(yè)目前發(fā)展的狀態(tài)為前提，用高度協(xié)調(diào)各方參與者的方式提高各方積極性，利用現(xiàn)有的軟件平臺，在準(zhǔn)確高效的引導(dǎo)下對現(xiàn)有使用中的平臺遵照BIM 的模式進(jìn)行改造升級，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)等同于BIM 系統(tǒng)的應(yīng)用方式，從而在裝配式建筑的設(shè)計(jì)過程中使多款設(shè)計(jì)軟件可在P-BIM 軟件平臺進(jìn)行信息交互。

（3）RFID 技術(shù)。RFID 技術(shù)，簡單來說就是利用視頻信號控制和識別物體的一種技術(shù)，目前RFID 技術(shù)應(yīng)用很廣泛，適用于各種場合與工況，也適用于裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)加工生產(chǎn)、運(yùn)輸以及裝配過程中所產(chǎn)生的實(shí)時(shí)信息。

（4）北斗定位技術(shù)。北斗定位技術(shù)是基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠的定位服務(wù)，在構(gòu)件裝配過程中，通過采用北斗實(shí)時(shí)定位技術(shù)，使構(gòu)件與構(gòu)件位置精準(zhǔn)匹

配，為裝配員工的工作降低難度，有效的提高工作效率。

4、前沿信息技術(shù)平臺需求分析

在裝配式建筑項(xiàng)目的實(shí)施中，由于預(yù)制品和各相關(guān)方的差異，使得企業(yè)的信息化管理工作更加復(fù)雜，而信息化的管理直接影響著項(xiàng)目的工期和效益。當(dāng)前，我國的裝配式施工企業(yè)的管理水平較低，存在著不同的問題：不同的設(shè)計(jì)軟件在不同的開發(fā)過程中，缺乏協(xié)作的平臺，使得不同的產(chǎn)品在不同的環(huán)境中存在著不同的可用性；由于在整個(gè)生產(chǎn)過程中，由于缺乏一個(gè)共享的平臺，使得整個(gè)過程中的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間不夠及時(shí)；在組裝過程中，由于沒有采用先進(jìn)的輔助技術(shù)，使得預(yù)制件的組裝精度不高；由于大量的大型裝配式建筑缺乏統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，使得大量的數(shù)據(jù)缺乏有效的使用。應(yīng)用建筑技術(shù)的一個(gè)主要功能是在設(shè)計(jì)階段提前解決設(shè)計(jì)階段的問題，使設(shè)計(jì)方式從以現(xiàn)場為主轉(zhuǎn)向以生產(chǎn)為導(dǎo)向的生產(chǎn)、生產(chǎn)為導(dǎo)向的新型生產(chǎn)方式。由于數(shù)據(jù)庫、功能和操作方法的差異，使得各軟件之間的數(shù)據(jù)無法進(jìn)行有效的標(biāo)識和互操作。各大公司都以 BIM 為名，但其最終目標(biāo)卻是各自開發(fā)自己的業(yè)務(wù)，使得各個(gè)公司之間的 BIM 相互隔離，無法分享，形成“信息孤島”。所以，建立統(tǒng)一的“信息孤島”必須統(tǒng)一，以增強(qiáng)互用性，但如何實(shí)現(xiàn)信息孤島的連接仍然是一個(gè)技術(shù)難題。

5、前沿信息技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)踐

5.1 構(gòu)件的模型建立

裝配式建筑結(jié)構(gòu)中，分為兩個(gè)部件：一是軟件內(nèi)部的現(xiàn)存部件，也就是一個(gè)已保留的部件，而在實(shí)際的項(xiàng)目中，這些部件已經(jīng)被用過；二是需要加入新的組件，利用BIM 軟件對新組件進(jìn)行分析，把新組件轉(zhuǎn)化為現(xiàn)有組件。裝配式建筑設(shè)計(jì)管理過程中，首先需要進(jìn)行裝配式建筑信息模型建模，依托于BIM 技術(shù)將讀取到的預(yù)制構(gòu)件的信息參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化整合并采用可視化的方式存儲于建筑模型中。在完成了建模之后，整個(gè)部門將會逐漸轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)區(qū)域，而在完成了建造的過程中，還會不斷地將對應(yīng)的二維碼貼到工地上，然后將其安裝到工地上。在這一過程中，必須利用BIM 所開發(fā)的可操作的平臺，對其進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行修改，以防止因工程階段的問題而造成的“返工”。如此一來，使得此模型具備了與實(shí)體一比一的真實(shí)度，大大改善了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)交流缺乏以及共享性，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對建筑整體性能的分析，提高了建筑的品質(zhì)。

5.2 精裝修點(diǎn)位優(yōu)化

很長一段時(shí)間以來，裝配式建筑設(shè)計(jì)管理中前沿技術(shù)的應(yīng)用都忽視了裝配式建筑的裝修環(huán)節(jié)。在數(shù)字化技術(shù)迅速發(fā)展的作用下，BIM 技術(shù)在驅(qū)動(dòng)裝配式精裝修點(diǎn)位優(yōu)化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，具體來說，在開展碰撞檢查時(shí)，建筑前沿信息的應(yīng)用能夠有效地優(yōu)化精裝修點(diǎn)位，從而進(jìn)一步強(qiáng)化裝配式建筑結(jié)構(gòu)的美觀性和功能性。此外，在裝配式建筑室內(nèi)空間裝飾設(shè)計(jì)過程中，建筑前沿技術(shù)也發(fā)揮著關(guān)鍵技術(shù)，通過對裝修模型予以優(yōu)化和完善，構(gòu)建完善的三維立體的BIM 設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而精準(zhǔn)輸出施工圖。

5.3 場地布置優(yōu)化

場地布置在裝配式建筑施工中屬于十分重要的組成部分，其能夠結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)、施工條件等諸多因素來科學(xué)性地布置和調(diào)整施工機(jī)械設(shè)備的布置以及構(gòu)建的進(jìn)場、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，從而有效地推動(dòng)后續(xù)施工工作的良好實(shí)施。從實(shí)際情況來看，若僅僅依托于傳統(tǒng)方式來布置裝配式建筑場地，則很難科學(xué)設(shè)計(jì)施工場地的各種因素，且極易出現(xiàn)一些潛在的矛盾風(fēng)險(xiǎn)，這也會對具體的施工質(zhì)量和施工效率產(chǎn)生極為不良的影響。在基于建筑信息模型技術(shù)的場地模型系統(tǒng)中，可以根據(jù)裝配式建筑的特性，將工程現(xiàn)場的各種平面要素可視化，并建立起施工現(xiàn)場的施工裝備；對機(jī)械、器材等要素進(jìn)行三維立體建模，事先進(jìn)行布局，以有效地解決場地分割問題，以提升空間利用效率。此外，基于構(gòu)件運(yùn)輸、施工、保存等具體場所的施工信息建模技術(shù)，利用建筑信息建模技術(shù)，將不同的施工過程和不同的施工過程和不同的施工過程，在符合施工技術(shù)的前提下，對不同的施工地點(diǎn)進(jìn)行合理的規(guī)劃和變更，確保達(dá)到施工需要。因此，與常規(guī)施工現(xiàn)場布局的最佳設(shè)計(jì)相比，利用可視化的施工信息建模技術(shù)，能夠使現(xiàn)場布局更加科學(xué)、直觀、全方位的模擬臨建效果，實(shí)現(xiàn)立體的設(shè)計(jì)，保證施工計(jì)劃的順利進(jìn)行。

5.4 建立設(shè)計(jì)決策支持平臺

第一個(gè)是檢索功能。本系統(tǒng)的功能是將BIM 和標(biāo)準(zhǔn)型的建模結(jié)合起來，采用不同的查詢方式來實(shí)現(xiàn)對建筑工程的需求。詳細(xì)來說，目前的電子目錄搜索方式有三種：電子目錄搜索、快速搜索和先進(jìn)搜索。在快速檢索中，通過在檢索框中鍵入關(guān)鍵詞即可得到符合檢索要求的BIM 部件和空間結(jié)構(gòu)；而高級檢索則可以進(jìn)行精確的檢索，包含了以材料屬性、適用范圍和分類為關(guān)鍵詞的檢索方法。同時(shí)，在檢索過程中，將會優(yōu)先顯示出得分較高的部件和空間的形狀，從而為設(shè)計(jì)者提供了更多的便利。第二個(gè)是建議。本課程的核心功能就是根據(jù)不同的需求，實(shí)現(xiàn)對各方面的專業(yè)技術(shù)進(jìn)行有效的管理與分享。本模塊與上述組件模型得分密切相關(guān)，根據(jù)BIM 在工程和建設(shè)過程中的實(shí)際工作表現(xiàn)給予其建模得分，從而達(dá)到上述從高到低的配置。第三部分是評估部分。本系統(tǒng)的主要作用是綜合、客觀地評估各組件的BIM 建模，并將其評估的效果直接回饋給各推薦模塊，從而決定了各組件BIM 的建立。利用該評估模型，可以對預(yù)制件進(jìn)行有效的品質(zhì)控制。而在組件的制造過程中，廠商也可以將有關(guān)的BIM 組件的模型傳輸?shù)皆撓到y(tǒng)中，然后再由系統(tǒng)的管理者進(jìn)行評審，最終確定該模塊的性能。另外，許多現(xiàn)有的大體量的建筑在功能和布局方面存在著高度類似的特點(diǎn)，所以可以將它們的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，從而為工程設(shè)計(jì)者的工作和研究工作帶來一定的借鑒意義。

結(jié)語：

綜上所述，當(dāng)前裝配式建筑設(shè)計(jì)管理過程中依舊遭受著設(shè)計(jì)信息的缺乏交互性、傳遞信息缺乏及時(shí)性、構(gòu)件裝配過程中缺乏準(zhǔn)確性等技術(shù)難題的困擾。為此，目前采用前沿信息技術(shù)則成為解決難題的有效手段。以BIM 技術(shù)、P-BIM 平臺、RFID 技術(shù)、北斗定位技術(shù)等前沿信息技術(shù)為媒介，通過技術(shù)整合方式 將其應(yīng)用于裝配式建筑設(shè)計(jì)與管理過程中，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑建設(shè)過程的人工化、智能化管理的目標(biāo)，以此來有效地推進(jìn)裝配式建筑設(shè)計(jì)管理的快速平穩(wěn)發(fā)展。