劉漢清

建筑業(yè)作為我國國民經濟的支柱產業(yè)，正處于由粗放式發(fā)展向精細化發(fā)展的關鍵時期。傳統(tǒng)的建筑業(yè)發(fā)展模式已經無法滿足我國現階段裝配式建筑快速發(fā)展的需求，體現在建筑質量和施工效率上，還包括綠色建筑、工業(yè)化建筑和數字化智能建造等方面。我國作為建筑大國，迫切需要在裝配式建筑領域展現強勁的競爭力，實現建筑強國的發(fā)展目標。

在新發(fā)展形勢的推動下，建筑領域的工業(yè)化發(fā)展進入了與信息技術融合的全新發(fā)展階段，即在建筑全生命周期內建立完整的產業(yè)鏈，利用互聯網和大數據平臺加快整個產業(yè)鏈智能化、數字化的轉型升級，促進裝配式建筑與智能建造的深度融合，推動裝配式建筑向更高層次發(fā)展。

智能建造作為一種新型建造方式，其應用技術主要包括建筑信息模型（BIM）技術和數字孿生技術。建筑工業(yè)化與智能建造的融合可以實現該領域的數字化和智能化，提高建筑施工質量、施工效率以及各項資源的利用率，可見推行智能建造在當前“雙碳”發(fā)展目標下具有重要的意義。

1 新型裝配式建筑工業(yè)化與智能建造概述

1.1 新型裝配式建筑工業(yè)化

我國裝配式建筑從20 世紀中期緩慢起步到現階段的快速發(fā)展，其主要推動力是工業(yè)化程度的不斷提高與完善。目前，裝配式建筑在我國大面積發(fā)展普及，利用機械設備、工程機器人等一系列輔助工具進行一體化裝配施工，建造水平越來越高。隨著建筑工業(yè)化與信息化的融合與突破，建筑領域迎來新的工業(yè)化發(fā)展時期，并進入更高層次的發(fā)展模式。《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確提出，要大力發(fā)展裝配式建筑，建立以標準部品部件為基礎的專業(yè)化、規(guī)?；?、數字化生產體系，培育一批裝配式建筑生產基地，推動形成完整產業(yè)鏈，提升建筑工業(yè)化水平。

隨著建筑行業(yè)的快速深入發(fā)展，人們意識到建筑工業(yè)化不只是傳統(tǒng)意義上的設計標準化、施工機械化和管理科學化，而是應統(tǒng)籌考慮建筑全生命周期?，F階段，新型裝配式建筑工業(yè)化的創(chuàng)新之處在于不再局限于建筑施工過程，而是考慮建筑從決策設計到生產施工以及后期維護修理的全生命周期問題，實現整個工程產業(yè)鏈高效益、低能耗和高質量的發(fā)展目標。這主要體現在設計一體化、生產工業(yè)化、施工裝配化、裝修一體化和管理信息化等方面[1]。

1）裝配式建筑全生命周期包括從審批投資、設計生產、運輸施工到維護重建的全階段。裝配式建筑的發(fā)展目的之一是提高工程質量和效率，設計階段能否實現全行業(yè)的統(tǒng)一標準化尤為關鍵，直接影響設計構件的通用性，合理且統(tǒng)一的行業(yè)標準還能減少資源的浪費。

2）建筑構件生產工業(yè)化是新型建筑工業(yè)化最重要的一環(huán)，也是區(qū)別于傳統(tǒng)建筑行業(yè)的關鍵，通過對預制構件生產、運輸、儲運和質檢流水線的集成化管理，使預制構件實現商品化，同時建筑構件工業(yè)化生產也是實現建筑綠色節(jié)能的重要措施。

3）施工階段的整體進度是影響建筑效率最關鍵的環(huán)節(jié)，施工裝配化涉及工人和機械，要保證提高技術工人的素質和智能機械的使用與覆蓋程度。通過智能平臺監(jiān)測施工過程，提高工程的精細化程度和施工效率。

4）裝飾裝修工程作為建筑主體施工完成后的附屬工程項目，在傳統(tǒng)的裝配式建筑中往往被忽略。裝修過程不僅會產生大量建筑垃圾，還會對建筑主體造成破壞，威脅整個建筑的安全性。新型裝配式建筑工業(yè)化將建筑主體工程施工和裝飾裝修工程形成了一體化的建造模式，極大地減輕了資源浪費問題，提高了建筑全過程的工程周期。

5）除以上4 點外，整個工程的決策、建造到運維過程涉及多行業(yè)、多部門的參與，各種信息的匯總與協調需要采用科學有效的管理方法。新型裝配式建筑工業(yè)化采用動態(tài)管理的措施分析整個項目，實現高效率、高質量、低碳環(huán)保的發(fā)展目標。

1.2 智能建造的概念及發(fā)展

《中國建造2035 戰(zhàn)略研究》中提到，建筑業(yè)工業(yè)化發(fā)展是建筑業(yè)數字化與智能化轉型發(fā)展的升級戰(zhàn)略，表明我國傳統(tǒng)的建造業(yè)已無法滿足現階段發(fā)展的需求，智能建造是建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。智能建造作為建筑業(yè)工業(yè)化與數字化、智能化融合的全新發(fā)展模式，不僅是“雙碳”發(fā)展目標下建筑領域可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，也是促進建筑領域精細化發(fā)展的重要推力。

“智能建造”作為近幾年建筑行業(yè)備受關注的熱詞，每位學者針對其發(fā)展和應用方向都有各自獨到的定義。但不難發(fā)現，智能建造不同的定義始終圍繞建筑全生命周期內的工業(yè)化和信息化融合發(fā)展的大背景，即通過智能平臺和新型技術工藝，為整個工程項目的生產活動提供信息資源和相關技術支撐，實現最大化的信息共享、最全面的行業(yè)生產鏈和最大限度的資源利用率。

智能建造是傳統(tǒng)建筑行業(yè)與高新技術產業(yè)的結合，也是該領域一種全新的信息交叉發(fā)展方向，通過互聯網技術、人工智能、BIM 技術和可視化技術賦予建筑行業(yè)新的發(fā)展活力。智能建造通過BIM 技術和數字孿生等一系列方法，解決和優(yōu)化裝配式建筑工程設計與施工中遇到的問題，提高裝配式建筑的質量和施工效率。裝配式智能建造已經在深圳、廣州等城市成功實現工程試點，示范效果明顯[2]。

2 裝配式建筑工業(yè)化與智能建造的融合

2.1 裝配式建筑工業(yè)化與智能建造的融合方式

裝配式建筑工業(yè)化與智能建造的融合主要依靠BIM 技術實現，復雜的工程項目還需要進階的可視化技術輔助，即利用數字孿生技術。

2.1.1 BIM技術

BIM 是指以三維數字化技術為基礎，對建筑工程領域各種信息模型進行數據建模的技術[3]。該技術被認為是建筑行業(yè)繼計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）之后的又一次科技革命。BIM 技術的應用是智能建造水平不斷提高的關鍵，可在圖1 所示的各個工程階段應用。作為當前裝配式建筑重要的輔助工具，BIM 技術的應用可以使裝配式建筑真正實現模塊化設計與施工，設計單位和施工單位可以通過BIM 技術實現建筑案例的模擬分析、數據交付以及可視化溝通。

圖1 BIM 技術在建筑全生命周期的應用（來源：作者自繪）

BIM 技術涵蓋了整個工程項目全過程的所有數據信息，項目規(guī)劃設計初期需要進行場地勘探。傳統(tǒng)的勘探方式通過人工單點測繪，受建筑周邊環(huán)境影響大、測量時間長、工作量和風險較高。目前可以采用無人機勘探，將采集實景照片生成高精度的實景模型，與BIM 技術結合可以輔助分析日照、通風及可視度等[4]。利用BIM 技術可以進行參數化建模，參與項目的設計各方均可在BIM 中修改參數化模型。BIM 能夠及時同步更新修改的信息，減少設計各方在圖紙修改方面的工作量，提高溝通效率。最常見的3D仿真化技術可以在施工前進行圖紙審查，避免鋼筋、結構構件之間發(fā)生碰撞，提高設計項目的容錯率。利用動態(tài)模擬可以提前發(fā)現工程存在的風險，如高空墜物和起重機與建筑主體的碰撞，提前做好緊急工作的應急預案。

BIM 技術還可以進行多元化數據輸出，如利用后處理的計算分析可以輸出鋼筋算量、成本分析以及項目進程管理等，而且BIM 輸出的成本算量具有準確高效、可視化程度高的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的建筑工地管理屬于粗放式，缺乏統(tǒng)一的規(guī)定和信息整合。智慧工地作為BIM 技術在施工階段的體現，利用一體化管理平臺管理施工人員信息、設備進場與施工和施工總進度安排。智慧工地還可以對比進程報表與預期安排，在移動數據終端對異常工況進行預警，實時發(fā)現實時處理，提高工程質量。智慧工地與物聯網的結合，可以實時監(jiān)測工程的用水用電，有利于降低資源的浪費和對環(huán)境的污染。

BIM 技術還可以與地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）等感知系統(tǒng)聯合應用，通過云計算和人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術在終端實現3D/4D、虛擬現實的模擬結果，應對大型復雜的工程項目。因此，要加快BIM 技術與裝配式建筑的深度融合，加強整個建筑行業(yè)之間業(yè)務的協同合作，促進裝配式建筑向信息化、數字化的智能建造領域發(fā)展，實現裝配式建筑在標準化管理和精細化施工方向的全面升級。此外，通過BIM 技術可以進行建筑新技術的交流和推廣，推動建筑業(yè)向更高層次、更具優(yōu)勢的方向發(fā)展。

2.1.2 數字孿生

數字孿生并不是21 世紀提出的新理念，最早可追溯至20 世紀美國的阿波羅項目，利用物理實體預測太空中飛行器的變化狀態(tài)，進而提前做出對應決策[5]?，F階段的數字孿生真正擺脫了物理實體實現數字化的仿真模擬，此項技術已經在建筑領域實現應用，即通過采集物理實體的數據進行虛擬建模，對比BIM 和有限元模型的數據信息，更新模擬模型并進行監(jiān)測指導。張健新等[6]分析了數字孿生技術在裝配式混凝土框架鋼節(jié)點上的應用，發(fā)現基于BIM 技術、有限元模擬和傳感器生成的數字孿生模型可以有效反映實際工程建造過程中節(jié)點的受力狀態(tài)，在施工校準和預測監(jiān)測方面能夠發(fā)揮重要作用。同樣，數字孿生技術應用范圍并未局限于裝配施工過程，在工程項目的智能化管理、韌性城市的建設和工程預測等方面均有所應用，并取得了顯著的效果。

數字孿生是以BIM 技術為基礎的高精度數字化模擬技術，可以利用物聯網采集真實模型信息，在數字化空間內進行預測和可視化分析。例如對裝配式建筑進行整體或局部分析，通過虛擬現實技術進行實景建模，輔助復雜工程的裝配式施工過程，精確計算可能存在的施工誤差，實現安全科學的高效率施工。此外，近幾年智慧城市也處于大力推廣和發(fā)展的階段，利用數字孿生和遙感技術可以構建城市居住環(huán)境的生態(tài)層，模擬現實行為，實現人居環(huán)境全周期的數字化，推動智慧城市的發(fā)展變革。

2.2 裝配式建筑與智能建造融合的意義及作用

裝配式建筑的推廣應用使傳統(tǒng)建筑模式下的“建房子”變成“搭房子”，極大地提高了工程質量和施工效率。智能建造將裝配式建筑帶入新的發(fā)展時代，在降低工程成本的同時提高3 ～5 倍的工程效率。而且信息化和智能化技術的應用，使建筑領域各階段的標準化和規(guī)范化程度更高。綠色建筑與節(jié)能減排是我國建筑領域的現行主要政策之一，裝配式建筑與智能建造的融合可以有效助力我國“雙碳”發(fā)展目標的實現，推動綠色建筑的全面升級和資源的可持續(xù)發(fā)展。裝配式建筑作為智能建造的載體，二者的融合可以實現建筑行業(yè)整體的轉型升級，為我國建筑行業(yè)的綠色發(fā)展指引道路。

3 智能建造的發(fā)展前景與面臨問題

預制構件在現階段建筑領域的需求量與日俱增，裝配式建筑在新建建筑中的占比也越來越大，優(yōu)化和發(fā)展裝配式建筑是必然的發(fā)展趨勢。同時，未來的城市發(fā)展必定是數字化、智能化的，智能建造將成為建筑業(yè)發(fā)展的主流方向。

隨著人工成本的逐年增高和對裝配式建筑高質量發(fā)展的需求，國家在推動智能建造發(fā)展方面采取了安全有效的合理布局，并出臺相關政策確保智能建造得到穩(wěn)步發(fā)展。雖然智能建造技術在我國推廣應用較晚，但在建筑設計、智慧工地、成本管理等方面得到了強力支持，使得BIM 技術在我國發(fā)展迅速[7]。未來借助智能化系統(tǒng)，還可實現對建筑實體的管理和后期維護。通過硬件系統(tǒng)生產和優(yōu)化建筑設備，如智能模架裝備、3D 打印設備和建筑機器人等，最終可利用智能化技術建立完整的智能建造產業(yè)互聯網。

智能建造作為一種新裝配式工業(yè)化下的全新發(fā)展理念，由于現階段工程應用較少和推廣普及程度低，導致人們對智能建造的理解參差不齊，片面地理解為建設智慧工地和利用機械化工具會給施工造成一定困難，而且BIM 技術缺少在建筑機器人和高自動化設施領域的深入應用。各個數字化平臺之間無法實現真正的交流互通與工作協同，無法形成一個完整的、極具規(guī)則性和商品化的產業(yè)鏈，與仿真實訓平臺之間的兼容性和交互性有待提高。BIM 技術、數字孿生技術和仿真實訓平臺等是智能建造的強力助手，也是智能建造與傳統(tǒng)建筑業(yè)融合發(fā)展過程中需要首先結合與發(fā)展的新工藝、新技術。

4 結語

新型裝配式建筑工業(yè)化發(fā)展的關鍵突破點是自動化一體技術，包含從設計、制造、施工以及維護的全過程機械化、信息化和智能化技術的發(fā)展更新。

目前，裝配式建筑在國家政策推動和相關領域高速發(fā)展的大背景下，逐步形成了融合BIM 技術和數字孿生技術的全新智能建造發(fā)展模式。通過數字化平臺，可以將建設項目的各個環(huán)節(jié)進行智能化管理，實時監(jiān)測建筑項目的質量，同時結合仿真實訓平臺提高智能建造的綜合競爭力。因此在建筑業(yè)高速發(fā)展的大環(huán)境下，要加快對裝配式建筑智能化與數字化的研究，促進我國建筑業(yè)平穩(wěn)快速的實現高質量發(fā)展和轉型升級。