智能建造技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用探索

摘 要：本文旨在探討智能建造技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用及其發(fā)展前景，分析其在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工及運(yùn)維階段的具體實(shí)現(xiàn)方式。研究采用文獻(xiàn)綜述與案例分析相結(jié)合的方法，重點(diǎn)分析了BIM技術(shù)、數(shù)字孿生、智能生產(chǎn)線、機(jī)器人安裝及大數(shù)據(jù)分析在裝配式建筑中的應(yīng)用實(shí)踐。結(jié)果表明，智能建造技術(shù)顯著提升了裝配式建筑的設(shè)計(jì)精度、生產(chǎn)效率、施工質(zhì)量和運(yùn)維效果，同時(shí)推動(dòng)了建筑行業(yè)的數(shù)字化與綠色化轉(zhuǎn)型。研究進(jìn)一步提出了加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)、構(gòu)建人才培養(yǎng)體系和完善數(shù)據(jù)共享機(jī)制的建議，為智能建造技術(shù)的推廣與應(yīng)用提供了參考。本文分析表明，智能建造技術(shù)對(duì)裝配式建筑的高效、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智能建造技術(shù)；裝配式建筑；BIM技術(shù)；數(shù)字孿生

1 前言

裝配式建筑作為建筑行業(yè)的一次深刻變革，以其高效、環(huán)保和節(jié)能的特性得到了廣泛關(guān)注。而智能建造技術(shù)的迅猛發(fā)展，為裝配式建筑提供了全新的發(fā)展路徑。智能建造技術(shù)涵蓋了從建筑設(shè)計(jì)到運(yùn)維管理的全過(guò)程，通過(guò)數(shù)字化、信息化和自動(dòng)化技術(shù)的融合，為裝配式建筑提供了高效、安全和精確的支持。本文從智能建造技術(shù)的概述入手，深入探討其在裝配式建筑中的具體應(yīng)用，并提出相應(yīng)的發(fā)展建議，以期為建筑行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型提供參考。

2裝配式建筑與智能建造技術(shù)概述

裝配式建筑系指在工廠預(yù)先制造建筑構(gòu)件，然后運(yùn)送至工地進(jìn)行組裝的建造方式，與傳統(tǒng)建筑相較，展現(xiàn)出工期緊湊、資源節(jié)省和污染低等顯著特點(diǎn)。然而，其設(shè)計(jì)難度、生產(chǎn)精確度及施工協(xié)同性對(duì)技術(shù)水平要求甚高，為智能建造技術(shù)拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。

智能建造技術(shù)構(gòu)成建筑行業(yè)智能化進(jìn)程的關(guān)鍵，涉及BIM技術(shù)、數(shù)字孿生、機(jī)器化施工、數(shù)據(jù)化分析等領(lǐng)域。該技術(shù)依托數(shù)字化與智能化途徑，提高了裝配式建筑在規(guī)劃、生產(chǎn)、建設(shè)及維護(hù)各環(huán)節(jié)的效能與品質(zhì)。

3智能建造技術(shù)在裝配式建筑中的具體應(yīng)用

3.1建筑設(shè)計(jì)階段的數(shù)字化與信息化應(yīng)用

3.1.1基于BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)借助三維模型和信息整合，將裝配式建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵信息匯聚至一個(gè)高效率的信息平臺(tái)。在建筑方案設(shè)計(jì)階段，BIM可處理大量數(shù)據(jù)，在建筑構(gòu)造與管道配置方面，每個(gè)立方米模型可容納超過(guò)五萬(wàn)項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，詳細(xì)闡述材料特性、節(jié)點(diǎn)尺度、接口聯(lián)接等要素。BIM模型實(shí)現(xiàn)了與超20種設(shè)計(jì)及施工軟件的無(wú)障礙連接，保障數(shù)據(jù)在多主體協(xié)作過(guò)程中的一致性與完整性。

在大型預(yù)制建筑項(xiàng)目中，BIM模型數(shù)據(jù)量通常超過(guò)500 GB，包含三維空間模型、四維時(shí)間序列信息及五維成本預(yù)算資料。BIM技術(shù)中的核心應(yīng)用之一為碰撞檢測(cè)功能，可對(duì)復(fù)雜建筑體系中的超200萬(wàn)個(gè)獨(dú)立構(gòu)件進(jìn)行交互性分析，識(shí)別潛在矛盾并提出改進(jìn)策略，因此可防止施工過(guò)程中的重復(fù)作業(yè)問(wèn)題。

BIM技術(shù)擁有實(shí)時(shí)更新功能，在方案設(shè)計(jì)階段可靈活嵌入建筑性能指標(biāo)（如光照、空氣流通或承載分布），調(diào)整設(shè)計(jì)策略。BIM技術(shù)通過(guò)綜合如此龐雜的數(shù)據(jù)，大幅增強(qiáng)了裝配式建筑設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與作業(yè)速度，為項(xiàng)目順利開(kāi)展奠定了穩(wěn)固基礎(chǔ)。

3.1.2智能生產(chǎn)線與預(yù)制構(gòu)件制造

智能生產(chǎn)線在裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)中扮演著至關(guān)重要的技術(shù)角色，擁有卓越的自動(dòng)化數(shù)據(jù)信息處理功能。在生產(chǎn)過(guò)程中，單一智能生產(chǎn)線每小時(shí)可處理800個(gè)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崟r(shí)生成超過(guò)100萬(wàn)條細(xì)致的加工指令，適用于鋼筋切割、混凝土澆筑等作業(yè)。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)的高精度傳感器保障了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的精確度，鋼筋切割精度可達(dá)0.1毫米，混凝土澆筑體積偏差未超過(guò)0.5%[1]。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)可在24小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)300立方米混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)作業(yè)，與傳統(tǒng)人工生產(chǎn)方法相比，效率提高了兩倍以上。傳感器采集系統(tǒng)可每秒捕捉5000個(gè)生產(chǎn)參數(shù)，涵蓋生產(chǎn)場(chǎng)所的溫度、濕度、氣壓及設(shè)備作業(yè)狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)流程全程的即時(shí)監(jiān)管。通過(guò)對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行深入分析與持續(xù)優(yōu)化，智能生產(chǎn)線顯著提升資源利用效率，在保證構(gòu)件品質(zhì)的前提下，顯著降低材料與能源消耗量，為推動(dòng)裝配式建筑的綠色與高效發(fā)展提供了技術(shù)保障。詳情如表1所示。

3.2生產(chǎn)制造階段的自動(dòng)化與智能化技術(shù)

3.2.1智能生產(chǎn)線與預(yù)制構(gòu)件制造

智能生產(chǎn)線在裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件制造中實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化和精確化，其核心在于通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，確保生產(chǎn)質(zhì)量與效率。例如，在混凝土澆筑過(guò)程中，系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)混凝土流量和密實(shí)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。澆筑過(guò)程遵循以下公式：

Q=·v·η（T，P）

其中：Q表示混凝土流量（立方米/小時(shí)），d為澆筑管道直徑（米），v為混凝土流速（米/秒），η（T，P）為流體粘度系數(shù)，取決于溫度T和壓力P。

通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和壓力，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整流速v和直徑d，從而確?；炷撩軐?shí)度和澆筑均勻性滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)合傳感器采集的變量數(shù)據(jù)，該公式為智能生產(chǎn)線優(yōu)化生產(chǎn)效率和材料利用率提供了理論支持，同時(shí)顯著提升了預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量和一致性。智能生產(chǎn)線由此成為高效制造裝配式建筑的重要技術(shù)保障。

3.2.2質(zhì)量檢測(cè)與流程控制的智能化手段

質(zhì)量檢測(cè)與流程管控是生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)品質(zhì)。運(yùn)用智能化技術(shù)，構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的品質(zhì)檢驗(yàn)不再依賴人工經(jīng)驗(yàn)，而是轉(zhuǎn)向高效精確的機(jī)器視覺(jué)及傳感器技術(shù)。例如，傳感設(shè)備可實(shí)現(xiàn)即時(shí)監(jiān)控構(gòu)件的尺寸、形態(tài)及表面光滑度，自動(dòng)檢測(cè)是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。在異常情況被發(fā)現(xiàn)之際，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)并記錄相關(guān)信息，指導(dǎo)企業(yè)適時(shí)調(diào)整生產(chǎn)指標(biāo)。此外，智能流程管控技術(shù)借助大數(shù)據(jù)分析對(duì)設(shè)備運(yùn)作實(shí)施優(yōu)化，預(yù)測(cè)設(shè)備養(yǎng)護(hù)需求，降低設(shè)備故障停機(jī)時(shí)長(zhǎng)，提升生產(chǎn)線整體效能[2]。

3.3施工安裝階段的智能建造技術(shù)應(yīng)用

3.3.1機(jī)器人輔助安裝與精準(zhǔn)控制

機(jī)器人輔助裝配技術(shù)在預(yù)制建筑施工程序中扮演關(guān)鍵角色，其利用自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的精確裝配與快速安裝。例如，塔式起重機(jī)機(jī)器人與地面輔助裝置可協(xié)同實(shí)現(xiàn)巨型預(yù)制部件的吊運(yùn)與組裝，并融合激光定位技術(shù)，可于毫米級(jí)誤差限內(nèi)實(shí)現(xiàn)部件裝配。該技術(shù)顯著減少了人工搬運(yùn)與組裝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，施工效率顯著增強(qiáng)。此外，該技術(shù)能夠在風(fēng)險(xiǎn)地帶或極限環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，降低施工現(xiàn)場(chǎng)安全隱患，使復(fù)雜的建筑項(xiàng)目取得顛覆性進(jìn)展。

3.3.2智能監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)管理

智能監(jiān)控體系借助即時(shí)數(shù)據(jù)搜集與解讀，為建筑工地供應(yīng)了實(shí)時(shí)監(jiān)控手段。無(wú)人機(jī)與攝像頭實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)全范圍監(jiān)控，融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析，管理者可實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)展、資源配置狀況及潛在風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，系統(tǒng)可提供優(yōu)化提議，如優(yōu)化施工資源配置，提升現(xiàn)場(chǎng)管理的科學(xué)性與效能。該智能監(jiān)控技術(shù)顯著增強(qiáng)了施工的精度與安全保障水平，縮短了大型預(yù)制建筑項(xiàng)目的施工時(shí)間。

3.4運(yùn)維管理階段的智能化監(jiān)測(cè)與反饋

3.4.1智能傳感器與數(shù)據(jù)采集

在預(yù)制建筑的使用維護(hù)期，智能傳感器技術(shù)是建筑全生命周期管理的關(guān)鍵工具。傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑運(yùn)行狀況，涵蓋溫濕度、能耗、結(jié)構(gòu)應(yīng)力及環(huán)境參數(shù)等多方面數(shù)據(jù)。利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將這些信息輸送至核心調(diào)控系統(tǒng)，供管理者實(shí)時(shí)查閱與評(píng)估。例如，在高層預(yù)制建筑領(lǐng)域，傳感器可即時(shí)采集風(fēng)載與地震引發(fā)的振動(dòng)信息，與現(xiàn)有建筑參數(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑物結(jié)構(gòu)健康狀況。該監(jiān)測(cè)方式能夠有效預(yù)知可能的安全風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)的養(yǎng)護(hù)與加固提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[3]。

3.4.2運(yùn)維管理中的大數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為裝配式建筑運(yùn)維決策提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，通過(guò)對(duì)傳感器搜集的大量數(shù)據(jù)實(shí)施深度剖析與探究，可達(dá)成建筑性能的實(shí)時(shí)優(yōu)化與問(wèn)題的精確識(shí)別。以能源調(diào)控為案例，大數(shù)據(jù)分析有效匯聚了源自不同地域與設(shè)備的能源消耗信息，構(gòu)建全面的能源消耗模型。在某智慧樓宇建設(shè)項(xiàng)目中，對(duì)建筑內(nèi)部各部分用電行為進(jìn)行了剖析，由此管理者對(duì)能源分配方案進(jìn)行了優(yōu)化，降低了能源消耗成本。

除能源管控之外，大數(shù)據(jù)技術(shù)在建筑安全監(jiān)控領(lǐng)域亦展現(xiàn)出顯著價(jià)值。例如，對(duì)結(jié)構(gòu)健康傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析，可辨識(shí)建筑構(gòu)件連接處的細(xì)微變動(dòng)，如松懈、移動(dòng)或疲勞裂縫?；谠摂?shù)據(jù)集的預(yù)測(cè)趨勢(shì)，管理者可預(yù)先部署維護(hù)或替換，防止由潛在風(fēng)險(xiǎn)累積引發(fā)的嚴(yán)重安全事故。

4智能建造技術(shù)在裝配式建筑中的發(fā)展建議

4.1加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

促進(jìn)智能建造技術(shù)在預(yù)制建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，需增強(qiáng)技術(shù)研發(fā)布局，尤其是對(duì)BIM技術(shù)、自動(dòng)化施工、數(shù)字鏡像以及數(shù)據(jù)挖掘等關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行細(xì)致探究。目前技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)格式與接口標(biāo)準(zhǔn)在異質(zhì)系統(tǒng)間存在不一致性，技術(shù)協(xié)同效率遭受?chē)?yán)重掣肘。為此，須推進(jìn)構(gòu)建統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范體系，涵蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和運(yùn)維整個(gè)生命周期，確保技術(shù)模塊與設(shè)備間的相容性與互聯(lián)互通。同時(shí)，政府與行業(yè)組織需增強(qiáng)對(duì)技術(shù)研制的扶持程度，設(shè)立專(zhuān)門(mén)研究資金，促進(jìn)企業(yè)、高校及科研單位協(xié)作研究。此外，標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范對(duì)裝配式建筑的大規(guī)模推廣具有基礎(chǔ)性作用，亦能推動(dòng)國(guó)際技術(shù)交流與協(xié)作，增強(qiáng)我國(guó)在全球智能建造領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.2構(gòu)建多層次人才培養(yǎng)體系

智能建造技術(shù)的普及需依托專(zhuān)業(yè)人才支撐，故須建立健全的人才培育機(jī)制。高等院校與職業(yè)院校需完善課程體系，增設(shè)BIM技術(shù)、機(jī)器人操控、數(shù)據(jù)分析及智能化設(shè)備保養(yǎng)等方面的專(zhuān)業(yè)課程，塑造兼具建筑學(xué)知識(shí)與智能技術(shù)技能的復(fù)合型專(zhuān)業(yè)人才。同時(shí)，應(yīng)強(qiáng)化校企合作程度，構(gòu)建協(xié)同研究平臺(tái)與實(shí)習(xí)場(chǎng)所，使學(xué)生得以接觸先進(jìn)技術(shù)設(shè)施及真實(shí)工程項(xiàng)目。此外，企業(yè)內(nèi)部需構(gòu)建全面的員工培訓(xùn)體系，針對(duì)各類(lèi)職位的技能要求，提供專(zhuān)屬的培訓(xùn)項(xiàng)目與技術(shù)研討活動(dòng)，增強(qiáng)員工對(duì)智能化施工的適應(yīng)性。通過(guò)構(gòu)建多元人才培育機(jī)制，有效契合了產(chǎn)業(yè)對(duì)高質(zhì)量人才的需求，可為技術(shù)迅速實(shí)施與運(yùn)用提供堅(jiān)實(shí)保障[4]。

4.3建立完善的數(shù)據(jù)安全與共享機(jī)制

在智能建造技術(shù)實(shí)施進(jìn)程中，數(shù)據(jù)保護(hù)與共享構(gòu)成了技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵基礎(chǔ)。鑒于包含眾多建筑資訊、項(xiàng)目資料及個(gè)人隱私信息，必須構(gòu)建完善的數(shù)據(jù)安全保障體系，涵蓋數(shù)據(jù)收集、傳輸、保存與應(yīng)用的完整過(guò)程。具體措施包括：運(yùn)用加密通信技術(shù)、防火墻及權(quán)限管理手段，保障數(shù)據(jù)安全與完整性。同時(shí)，行業(yè)內(nèi)部需構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，構(gòu)建跨部門(mén)、跨企業(yè)的數(shù)據(jù)互聯(lián)與資源共享機(jī)制。該平臺(tái)需依循一致的數(shù)據(jù)格式與接口規(guī)范，保障多元主體順暢進(jìn)行數(shù)據(jù)互通與共享，進(jìn)而增強(qiáng)技術(shù)運(yùn)用效能。構(gòu)建數(shù)據(jù)資源共享體系，亦能提升裝配式建筑項(xiàng)目的協(xié)作效能，可為智能建造技術(shù)發(fā)展提供充足的數(shù)據(jù)支持。

5結(jié)論

智能建造技術(shù)為裝配式建筑的全生命周期管理提供了有力支持，從設(shè)計(jì)到運(yùn)維階段的技術(shù)應(yīng)用顯著提升了建筑質(zhì)量、效率和安全性。然而，當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用仍面臨標(biāo)準(zhǔn)化不足、人才缺乏等問(wèn)題。未來(lái)需從技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)和數(shù)據(jù)管理等多方面入手，推動(dòng)智能建造技術(shù)在裝配式建筑中的深入應(yīng)用，為建筑行業(yè)的智能化和綠色化發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力。

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作者簡(jiǎn)介：向永婭（1989.10-），女，侗族，貴州石阡人，本科，助教，研究方向：建筑工程技術(shù)。