基于智能建造的装配式房屋建筑施工技术

引言

在全球科学技术以及“双碳”发展目标下，建筑业正在向数字化、智能化方向转变。装配式房屋施工将房屋构件生产出来进行现场组装，相比传统施工提高施工效率、降低环境污染，是推进建筑工业化的代表。智能建造技术集成BIM、物联网、大数据等先进技术，带来建筑业智能化、数字化工地建设转型，将智能建造技术融入装配式房屋施工，能够缓解当前传统施工效率低、质量难以保障等困扰。

基于智能建造的装配式房屋建筑施工研究

一、基于智能建造的装配式房屋建筑施工现状分析

1.1 发展概况

过去几年，装配式房屋建筑的智能建造施工在全球范围内呈现蓬勃的发展势头。在国内，随着《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》等一系列政策的推动，装配式房屋建筑的智能建造产业已步入快速发展阶段。从项目数量上看，装配式房屋建筑智能建造项目量呈现稳步上升趋势，未来 2-3 年，我国新增装配式房屋建筑智能建造项目数量相比之前 2 年新增量上涨近 40% ，智能建造装配式建筑将越来越多的城市纳入城市建设规划之中；在产业发展规模上，产业规模也呈现出不断扩大趋势，装配式房屋建筑的构件生产、先进设备制造、施工服务等链条企业构成了较成熟的产业生态。一些头部施工企业积极谋求智能建造装配式领域布局，通过建设智能工厂、引入智能设备、完善智能化施工环节，实现了由传统施工向智能化、工业化施工的变革升级，一些新尝试也不断涌现，尝试采用工程总承包（EPC）的方式，将智能建造技术应用于装配式房屋建筑项目建设，贯穿于设计、生产、施工的全过程之中，通过使用先进技术，不断提高装配式房屋建筑项目建设过程效率以及项目施工质量。

1.2 政策支持与技术应用情况

政策方面，国家及各地方政府都出台了一系列支持政策，为基于智能建造的装配式房屋建筑施工的落地提供了充足的后援保障。国家层面除上述的指导意见外，还设立相关技术研发专项及示范性项目专项资金的支持；地方政府设立鼓励政策来支持企业使用智能建造装配式的技术，如一些地区对于符合标准的智能建造装配式建筑项目给予一定金额的每平方米财政补贴，激励企业的积极性。技术应用方面，BIM 已在设计阶段普遍进行技术应用，实现对建筑模型的三维可视化与碰撞，从而达到减少设计错误，降低施工变更的效果。物联网技术也在施工过程中逐步应用起来，通过在构件、设备上设置传感装置，将施工状况进行实时监控与数据收集。大数据和人工智能技术已经开始在施工管理决策方面，基于大量施工数据实现对施工风险的预测和施工方案的优化。但技术应用程度目前还不够平衡，一些中小企业因资金和技术原因导致的技术应用的广度及深度不够等问题。

二、基于智能建造的装配式房屋建筑施工核心技术分析

2.1BIM 技术应用

BIM 是基于智能建造在装配式房屋建筑施工领域占据核心地位，BIM 技术在设计阶段应用时，设计师用BIM 软件建立建筑信息模型，包括建筑的几何信息、构件的材料信息、构件的连接信息等，通过三维可视化效果展示，发现设计中存在的问题，能够进行多专业的协同设计，降低设计冲突度。如在某大型装配式住宅项目中，利用 BIM技术，提前发现管线和结构构件发生碰撞 300 余处，避免施工过程中的返工，减少 20余天的工期。在施工阶段，建筑信息模型可以作为指导施工的参考，在施工人员的手持终端中，查看模型，了解构件安装的位置及施工顺序等。

2.2 物联网技术应用

在装配式房屋建筑施工方面，物联网技术为装配式房屋建筑带来智能化管理。在预制构件生产制造过程中，在生产设备、模具上安装相关传感器，采集温度、压力、生产率等生产数据信息，对预制构件生产加工进行自动控制，并实时质量检测，一旦生产出现异常，对生产工艺自动发出警报信号，进行自动生产参数调整，保证生产构件的品质质量稳定；在预制构件运输储藏过程中，通过物联网技术对预制构件进行位置监测，对储藏位置监测，利用 GPS 定位以及 RFID 标签定位，从而及时监测掌握构件运输位置等以及储藏位置等环境是否符合储藏要求，防止构件丢失或构件受损等；在施工现场装配作业过程中，物联网传感器可以对施工现场的施工设备、现场环境参数等进行监测，从而达到施工安全与施工质量控制的要求。

2.3 大数据与人工智能技术应用

大数据技术。通过对装配式房屋建筑施工数据的收集与分析，比如对构件施工数据的收集与分析、对施工进度数据的收集与分析、对质量检测数据的收集与分析等，建立大数据分析平台，通过数据分析模型获取数据，为施工管理提供数据支持，通过挖掘历史项目数据对不同的施工工艺获取的工期和成本进行预测，为施工管理制定的施工方案提供依据。人工智能技术。人工智能技术可有效解决施工的自动化及施工质量检测。智能机器人可以替代人对工作环境较差及工作的强度较大的工作进行自动完成，可利用智能机器人取代人工进行构件安装、砌体墙施工等，提高施工效率与施工质量。

三、基于智能建造的装配式房屋建筑施工面临的问题

3.1 技术层面问题

存在智能建造技术与装配式房屋建筑施工的技术融合兼容性问题。由于技术系统间的数据格式、通信协议不统一，目前，智能建造技术系统间的数据无法良好地进行交互及共享。由于BIM 软件与物联网监测系统的数据传输存在障碍，影响到施工过程的协同管理。技术研发投入量大、周期长，部分核心的技术与设备还主要被国外企业垄断，在行业的发展自主性上有较大障碍。以高端的智能建造软件、高精度传感器等为代表的关键技术及核心设备掌握在国外的企业手中，国内企业在技术研发层面存在较大的压力，技术突破和创新难以快速形成。

3.2 管理层面问题

传统建筑管理方式不适于建筑智能建造和装配式施工，项目各方人员信息不对称，沟通协调工作不畅，致使施工过程出现的问题不能及时解决。企业内部管理也出现了不适用状况，智能化管理尚未完善，不具备对企业智能化建造技术应用的组织协调能力，在项目施工过程中智能化管理流程尚未确立，各部门职责不清晰，不利于智能化建造技术的发挥。

3.3 人员层面问题

建筑行业中整体对智能建造技术以及装配式施工技术的知识了解欠缺，加之对于智能建造与装配式施工技术应用的相关技能不够熟悉，导致在运用新技术应用下的施工顺序也不够熟练。而施工人员仍然对传统的施工方法有着习惯性，不熟悉智能化的设备，导致在实际工作时存在很多困难。由于技能人才严重匮乏，进而影响着建筑行业的发展。建筑行业同时缺少掌握智能建造技术并且熟悉装配式施工管理的交叉型人才，而且高校开设的专业种类数量并不丰富，校园针对企业技术的培养并不完善，与企业实际的需求不符。上企业内部并没有设立相应的培训机构，导致在实际工作中不能对技术的提高发挥其应有作用和价值，难以在对新技术的应用以及管理岗位中配备专业人才。

3.4 成本与市场问题

智能建造所需的设备及技术研发投入较大，例如智能机器人、高精传感器、专用软件等等，进一步加大了企业前期的成本投入。尽管长期来看，智能建造装配式建造将具备成本优势，短期成本较高，使得企业投资意愿较低。市场对于智能建造装配建筑认可度仍需提升。消费者对于智能建造装配建筑仍存在一定程度认知不清的问题，怀疑其质量，更乐意选择传统建筑，而没有注意到其优点所在。市场竞争失范，在面对降低成本的需求时，企业更多愿意选择劣质的建筑构件与技术，造成了该行业较差的口碑与形象，不利于其市场开发。

四、基于智能建造的装配式房屋建筑施工优化策略

4.1 加强技术研发与集成创新

鼓励企业、高校以及相关科研院所进行产学研合作，加大产学研协作攻关力度，加大智能建造与装配式施工融合技术的研发力度。对于技术的融合性问题，要制定统一的数据规范、通信协议，促进不同技术系统的相互融合。加强核心技术问题攻关，解决技术的瓶颈，摆脱对进口技术的依赖。政府可以出台研发专项基金，并对研发过程中在智能建造软件、传感技术、智能设备的制备领域取得突破的企业进行奖励。促进多个技术的集成创新，将 BIM、物联网、大数据、人工智能等技术有机结合，针对装配式房屋建筑施工全流程形成智慧化解决方案。

4.2 优化管理模式与协同机制

企业管理层应当更新管理理念，建构智能建造和装配式施工符合的管理新模式，引入项目管理信息化系统，使项目参建各方实现信息共享及工作协同，在项目管理系统中，设计方可通过及时更新设计图纸，预制部品部件厂可依据设计需求按时组织生产，施工单位也可及时知晓施工信息，促使施工现场有序进行，从而更加方便有效的实施智能建造施工；合理地将工程内部管理工作进行完善，明确划分出每个部门在智能建造施工中的工作任务，构建智能化管理体系，把智能建造技术应用列入项目管理考核内容当中，对施工智能化工作进行监督和检查，并与项目部供应链上下游合作企业进行合作，进行长期、固定的稳固关系，以更好地开展协同关系。

4.3 强化人员培训与人才培养

健全建筑企业职工培训，提升全体员工智能建造技术与装配式施工技术的技能素质。企业可组织对职工开展职工培训，可邀请知名人士就智能建造技术、装配式施工进行讲解与示教；还可以组织网络学习平台，为职工提供强大的网络学习资源供职工自主学习。高等院校与职业院校可调整专业设置，设置智能建造、装配式建筑专业相关的专业课程，培养一批能够适用建筑业的复合型人才。加强与学校的合作，可设置实习与实训基地，使学生在实践项目中实现专业技能的提升。

4.4 降低成本与拓展市场

一是政府制定政策，对推行智能建造装配式技术的企业提供扶持补助，减少企业购置设备和技术创新方面的成本。鼓励金融机构出台低息贷款、融资租赁等金融手段，为企业解决资金困难问题。二是企业自身也需要通过技术创新、规模化生产降低自身成本，比如对构件生产工艺的优化提升、加强构件生产效率提升，减少每构件成本支出。通过加强市场宣传、做消费者教育以及博览会和发布个案等向消费者进行基于智能建造装配式房屋建筑物宣传，使消费者接受并喜爱该种建造形式，对质量、绿色环保、建设周期等问题有更好的接受度。政府方面也可以对公共建筑项目使用智能建造装配式技术，起到示范性宣传作用。

结语

基于智能建造的装配式房屋建筑施工是建筑行业今后发展的关键方向，必将有着非常大的发展前途。虽然现阶段存在技术、管理、人员、成本、市场问题，但在技术上加强研发创新、在管理上优化模式、在人员上加大培训、在成本上加以压缩、市场不断拓展的综合手段下，可以有效解决现阶段存在的问题，保证行业持续向前健康稳定发展。当然，随着技术的不断发展、市场的日渐成熟，基于智能建造的装配式房屋建筑施工能够更好应用于今后的建筑行业发展中，帮助建筑业实现高质高效发展及持续稳定的发展模式。

参考文献

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