【摘要】現(xiàn)階段裝配式建筑仍采用現(xiàn)澆混凝土的思維方式，在設(shè)計和生產(chǎn)階段標(biāo)準(zhǔn)化程度和自動化程度較低，沒有體現(xiàn)工業(yè)化快速生產(chǎn)的優(yōu)勢。結(jié)合國家政策及市場需求，智能制造已經(jīng)成為裝配式建筑行業(yè)的未來發(fā)展趨勢。可通過BIM技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI計算與決策等信息技術(shù)應(yīng)用同工業(yè)制造機(jī)器人等自動化設(shè)備相結(jié)合，實現(xiàn)裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工智能化水平的跨越式發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】裝配式建筑; PC構(gòu)件; 智能制造

【中圖分類號】TU741.2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

［定稿日期］2022-12-07

［作者簡介］侯飛（1994—），男，本科，工程師，研究方向為裝配式建筑智能制造、裝配式建筑工廠工藝規(guī)劃設(shè)計、裝配式建筑工程建筑設(shè)計、裝配式構(gòu)件生產(chǎn)和安裝。

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建造模式及管理模式不斷優(yōu)化、升級、迭代，新型建筑工業(yè)化與智能制造協(xié)同發(fā)展已成為建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。近年來，國家各部委相繼出臺了促進(jìn)新型建筑工業(yè)化與智能制造協(xié)同發(fā)展政策，如2020年和2022年相繼出臺的《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》和《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等相關(guān)政策均明文提出了智能建造和新型建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展方向和要求。作為裝配式建筑部品部件供應(yīng)商，如何有效融合部品部件生產(chǎn)與智能技術(shù)，實現(xiàn)PC構(gòu)件的智能生產(chǎn)和提質(zhì)增效是值得思考和探索重要課題。

1 裝配式建筑智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智能制造定義

以BIM和IOT平臺為基礎(chǔ)，實現(xiàn)裝配式建筑管理業(yè)務(wù)與生產(chǎn)業(yè)務(wù)之間、生產(chǎn)業(yè)務(wù)與基礎(chǔ)信息管理平臺之間信息數(shù)據(jù)互通互聯(lián)，形成數(shù)據(jù)自動閉環(huán)收集，在數(shù)據(jù)中心形成云端報表和智能決策看板。同時，可在大數(shù)據(jù)、AI計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及智能工廠的基礎(chǔ)上，開展標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、數(shù)字化建設(shè)，實現(xiàn)智能化的客戶引導(dǎo)、體驗與交互，實現(xiàn)智能排程、設(shè)備與生產(chǎn)過程智能化，實現(xiàn)智能存放與運輸供應(yīng)管理智能化（圖1）。

1.2 智能制造現(xiàn)狀

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化程度低

國內(nèi)裝配式建筑經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)廣泛運用于房屋、市政、工業(yè)、公共等建筑，但在發(fā)展過程中仍然存在許多不足之處，設(shè)計、生產(chǎn)、施工、監(jiān)理等多方單位均沒有形成一整套完整且契合實際的的裝配式建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系來指導(dǎo)PC構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、生產(chǎn)、施工和驗收，各方市場主體“各自為戰(zhàn)”，大有“百家爭鳴、百花齊放”之勢。標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，不同項目甚至同一項目的不同樓棟，其疊合樓板的尺寸、配筋、水電點位都不盡一致，造成PC構(gòu)件在設(shè)計、生產(chǎn)、施工各環(huán)節(jié)均突顯不同矛盾，此種情況阻礙了裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化推行、實施，也在一定程度上制約了裝配式建筑智能制造的發(fā)展、升級。

1.2.2 生產(chǎn)效率低

國外裝配式建筑整體發(fā)展較為先進(jìn)，通過設(shè)計生產(chǎn)一體化管理軟件實現(xiàn)PC構(gòu)件從設(shè)計到制造再到施工所有環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，已基本實現(xiàn)PC構(gòu)件工廠化、自動化生產(chǎn)。我國裝配式發(fā)展初期，在政策的引導(dǎo)下引入了一批國外自動化PC構(gòu)件生產(chǎn)線，同時提倡全流程BIM管理，但現(xiàn)階段建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、PC構(gòu)件深化設(shè)計以及水電設(shè)計對BIM的精度和深度要求不一致，導(dǎo)致各環(huán)節(jié)均需建立獨立BIM模型，造成各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)獨立且存在數(shù)據(jù)孤島的問題?；诖朔N情況，PC工廠需投入大量人力完成數(shù)據(jù)傳輸工作，但此種方式的周期長、效率低，準(zhǔn)確率無法得要有效保證，導(dǎo)致整體生產(chǎn)效率低下。

1.2.3 生產(chǎn)成本高

裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)與施工是一體化管理流程，同時各環(huán)節(jié)的需求又各有不同，現(xiàn)階段初始建筑設(shè)計技術(shù)人員對裝配式技術(shù)體系了解不夠深入，對預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)所采用的設(shè)備、工藝、實際情況缺乏完整的了解。經(jīng)過深化設(shè)計的PC構(gòu)件普遍存在的不同項目構(gòu)件尺寸通用性不強(qiáng)，配筋種類較多，尺寸標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，無法實現(xiàn)批量生產(chǎn)。而模具通用性不強(qiáng)，水電埋件設(shè)置規(guī)則不一致，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)成本增加，失去了裝配式建筑其本身所具備模塊化生產(chǎn)、施工效率高、建造成本低的優(yōu)勢。

2 裝配式智能制造實踐

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

BIM建模技術(shù)是建筑領(lǐng)域產(chǎn)品建模及應(yīng)用技術(shù)，是以三維模型為基礎(chǔ)，對建筑全生命期各環(huán)節(jié)的的需求信息進(jìn)行機(jī)構(gòu)化展示和表達(dá)，同時支持建筑各參與方進(jìn)行信息共享［1］。建筑行業(yè)智能化發(fā)展，必須要具備標(biāo)準(zhǔn)化以及模數(shù)化特點，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計后，裝配式部品部件即可進(jìn)行批量化生產(chǎn)，還可同步提升整體建造效率以及節(jié)約建造成本。因此要通過BIM正向設(shè)計、全專業(yè)全過程協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)智能的PC構(gòu)件深化設(shè)計、裝配式方案設(shè)計和裝配式建筑整體設(shè)計。

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計不能以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一以概之，要通過模數(shù)化進(jìn)行模塊化組合，達(dá)到建筑產(chǎn)品單元多元化。因此可通過統(tǒng)一的部品部件庫以及BIM模型，在充分考慮PC工廠資源配置、生產(chǎn)工藝以及現(xiàn)場施工工藝等情況下，形成PC工廠標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計準(zhǔn)則。實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，需要通過初期建設(shè)相較統(tǒng)一的數(shù)字設(shè)計平臺，通過資源合理配置，實現(xiàn)裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)銜接；并通過規(guī)范BIM模型和數(shù)據(jù)儲存要求，實現(xiàn)對設(shè)計、生產(chǎn)的技術(shù)支撐、指導(dǎo)［2］。

2.2 精益化生產(chǎn)

精益生產(chǎn)作為一種管理思想和管理體系，其目的就是消滅生產(chǎn)過程中存在的一切不必要浪費，實現(xiàn)以最優(yōu)的資源投入獲得最大的利益，再通過不斷改善、提升周而復(fù)始。PC工廠可通過精簡PC構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)、施工、管理過程中一切沒有附加產(chǎn)值的工作，實現(xiàn)品質(zhì)提升、成本降低、效率提高。

精益生產(chǎn)作為信息化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，需通過精益生產(chǎn)管理優(yōu)化、完善管理體系及流程，明確智能制造的最終目標(biāo)。可通過6S、工藝改進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)制定、持續(xù)改善等環(huán)節(jié)逐步提升整體生產(chǎn)效率，減少作業(yè)、管理浪費（圖2）。

2.3 信息化管理

信息化管理是利用先進(jìn)通信技術(shù)將設(shè)計軟件、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)等信息系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)技術(shù)信息數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。同時，信息化管理也是PC構(gòu)件生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化和智能化的基礎(chǔ)和必要條件。

信息化管理系統(tǒng)主要基于過程數(shù)據(jù)收集實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的制度化、規(guī)范化和透明化，解決生產(chǎn)操作過程的隨意性。并通過過程質(zhì)量控制，確保PC構(gòu)件生產(chǎn)過程質(zhì)量可控、信息可追溯。質(zhì)量管理信息化本身無法直接提升產(chǎn)品質(zhì)量，但通過此種模式可使質(zhì)量管理效率得到提升，從而減少PC構(gòu)件產(chǎn)品的不合格率［3］（圖3）。

2.4 智能化制造

以滿足客戶需求、提升工作效率為目的，通過標(biāo)準(zhǔn)化、自動化和數(shù)字化建設(shè)，實現(xiàn)PC構(gòu)件客戶、訂單、計劃、生產(chǎn)、交付全流程的自動交互與數(shù)據(jù)傳輸。

2.4.1 生產(chǎn)計劃智能化

系統(tǒng)匯總客戶需求訂單，綜合考慮生產(chǎn)所需的全部要素，通過大數(shù)據(jù)分析以及云計算自動形成總體生產(chǎn)計劃、材料計劃、采購計劃并自動推送至供應(yīng)商。同時系統(tǒng)可對訂單需求的人、機(jī)、料等生產(chǎn)資源進(jìn)行自動分配，降低資源浪費，實現(xiàn)生產(chǎn)的最優(yōu)配置。

2.4.2 生產(chǎn)過程智能化

生產(chǎn)管理系統(tǒng)將生產(chǎn)計劃、構(gòu)件圖紙、工藝參數(shù)、物料清單等信息下發(fā)至設(shè)備管理系統(tǒng)。鋼筋設(shè)備依據(jù)物料清單完成原材料的自動剪切、折彎、焊接、成網(wǎng)等。其次利用工業(yè)機(jī)器人完成自動布模、模具平面相對坐標(biāo)、鋼筋網(wǎng)片自動放置和自動放置預(yù)埋件等，并將信息傳遞至下工序，實現(xiàn)組模智能化。隨后系統(tǒng)依據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度自動生成混凝土計劃傳遞至攪拌系統(tǒng)按需生產(chǎn)并配置生產(chǎn)線，布料設(shè)備根據(jù)組模工序模臺構(gòu)件布模坐標(biāo)信息實現(xiàn)自動布料、自動振搗和拉毛，實現(xiàn)布料“無人化”。最后設(shè)備管理系統(tǒng)根據(jù)模臺構(gòu)件信息智能調(diào)度模臺運輸、暫存、入窯和出窯，減少時間等待浪費，提升養(yǎng)護(hù)窯利用率。

2.5 智慧化施工

以客戶服務(wù)為中心，搭建智能信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)智能物流、智能交付、智能裝配。通過數(shù)字模型解決PC構(gòu)件物流運輸、貨物簽收、訂單結(jié)算、吊裝指導(dǎo)以及安裝質(zhì)量檢測等問題，實現(xiàn)PC構(gòu)件施工過程智慧化。

客戶可通過手機(jī)APP、小程序等在線下單，真正實現(xiàn)按需生產(chǎn)；搭建客戶可視化平臺，開放廠內(nèi)相關(guān)視頻監(jiān)控，可實時查看訂單進(jìn)展情況，實現(xiàn)客戶全流程參與，增強(qiáng)客戶體驗。

應(yīng)用自動識別對比技術(shù)和GPS技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建物流信息數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)運輸線路自動規(guī)劃、物流位置自動查詢、到達(dá)時間精確預(yù)測、物流異常及時預(yù)警等，提升物流效率和服務(wù)水平。其次，通過將傳統(tǒng)票據(jù)電子化，改變常規(guī)交易模式，實現(xiàn)客戶線上下發(fā)訂單、產(chǎn)品簽收、結(jié)算確認(rèn)和供應(yīng)評價。最后，以數(shù)字化模型為載體，集成設(shè)計、生產(chǎn)、安裝信息，將實際與虛擬相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)PC構(gòu)件全生命周期的數(shù)字化、精細(xì)化和可視化管理（圖4）。

3 結(jié)束語

綜上所述，裝配式建筑在“雙碳”以及建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的時代特性下，智能化協(xié)同發(fā)展是既定目標(biāo)也是發(fā)展方向。本文對裝配式建筑的智能制造建設(shè)提出了一種解決方案和實施路徑，可通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、信息技術(shù)管理和自動化設(shè)備應(yīng)用，逐個擊破裝配式建筑智能制造發(fā)展過程中的“痛難點”，最后通過共享和集成數(shù)據(jù)，實現(xiàn)PC構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)、施工全生命周期的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，最終實現(xiàn)裝配式建筑智能制造的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 馬智亮，楊之恬.基于BIM技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng)框架研究［C］.//第一屆全國BIM學(xué)術(shù)會議論文集.2015：127-131.

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［3］ 周沖，鄭義，劉根民，等.信息化在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程質(zhì)量管理中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2020，49（5）：76-79.