【2019建筑行业峰会嘉宾分享】《装配式建筑智慧建造现状及发展趋势》

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《装配式建筑智慧建造现状及发展趋势》——清华大学土木工程系教授马智亮各位领导、各位同行大家下午好!非常高兴有机会跟大家做一个分享,我分享的题目是《装配式建筑智慧建造现状及发展趋势》。    我主要是就这几点跟大家做一个分享:首先是问题的提起。关于装配式建筑大家都比较清楚,具有减少环境污染,缩短工期,提高建造质量的优点。我们国家对装配式建筑,特别是最近以来特别重视,大家知道

《装配式建筑智慧建造现状及发展趋势》
——清华大学土木工程系教授马智亮

各位领导、各位同行大家下午好!非常高兴有机会跟大家做一个分享,我分享的题目是《装配式建筑智慧建造现状及发展趋势》。


    我主要是就这几点跟大家做一个分享:首先是问题的提起。关于装配式建筑大家都比较清楚,具有减少环境污染,缩短工期,提高建造质量的优点。我们国家对装配式建筑,特别是最近以来特别重视,大家知道2016年9月国务院办公厅提出了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》,力争用10年左右的时间,使工程咨询建筑占新建建筑面积的比例达到30%。


  这里有6条重点任务需要大家注意这些都离不开信息技术的运用。大家可能都熟悉我们信息技术运用,前些年我们讲信息化,现在讲数字化。数字化进一步发展是什么呢?就是智能化。我们作为装配式建筑实际上它最有条件做到智能化。智能化我们现在说法是智慧建造。现在说装配式建筑就能做到智慧建造吗?没关系,我们可以分一个阶段,装配式建筑的智慧建造有1.0、2.0、3.0,现在大家觉得还没有做的那么智慧,我们可以认为现在是1.0。要做到装配式建筑的智慧建造我们需要什么?最关键的我们需要有应用系统,通过它使得我们的建造过程智慧化。


    我想大家在我提出题目以后,大家可能在想针对装配式建筑智慧建造究竟目前的情况是什么样的?接下来装配式建筑的智慧建造,我们需要应用系统,应用系统的发展情况又是怎么样的?最后一个问题什么是装配式建筑的发展发展趋势?我想大家一定会关心这样的三个问题。


    刚才主持人已经提到了中国建筑业现状发展报告,我们这个报告今年是连续第七年,每一本报告都有一个主题,今年的主题是《装配式建筑信息化应用与发展》。这个报告是在住建部信息中心的领导下形成了专家组,有关专家集中集体的智慧。另外邀请行业做的最好的单位一起来参编,我本人做执行主编。


    我今天的汇报主要是针对这个报告,可以说是给大家一个报告的剧透,报告因为比较厚,大家读起来需要时间,我给大家介绍一下,大家更容易去读。这是我的第一点,第二点是装配式智慧建造的现状,我们怎么去把握现状,采用传统的方法就是进行问卷调查,形成了问卷以后委托专业的调研公司来进行,通过多种途径,包括网上、手机端、邮箱进行问卷的采集。最后我们今年总共收到267份问卷。这个问卷回答单位类型,包括了政府部门、建设开发单位、勘察设计单位、科研单位等等,区域分布还是能够反映实际情况,这个现状应该还是能够反映装配式智慧建造的现状。


    华北地区、华东地区、华南地区,各个地区都有分布,不是仅仅针对沿海或者是中部地区,这是一个全国性的分布。


    我们首先想了解的就是通过我们这个问卷调查,我们得到的装配式建筑信息化总体的应用是什么?总体上信息化用在哪些方面?用在了标准化设计当中,用在了部品的生产与管理当中,还用在了装配式建筑的施工与管理当中,系统化已经用在了这些方面。


    接下来就看稍微具体一点,分阶段来看。首先看设计阶段,设计阶段有很多环节,究竟装配式建筑信息化在哪些环节上已经实现了,也就是智慧阶段主要的应用点,在这大家可以看到列出来的是非常多,我把回答比例高的专门标出不同的颜色,我们可以看看。设计阶段信息化最主要的应用点,最多的、占比最高的是BIM应用。也就是说在设计阶段应用BIM技术然后进行装配式建筑的设计。其次有二维CAD的施工图的绘制,有集成设计,有基于平台的装配式建筑的协同设计,我是把前几位列出来,大家就了解装配式建筑现在设计阶段最主要的应用点是这些,设计之后应该是到了制造,是生产阶段。生产阶段最主要的应用,我们看占比最高的是深化设计,生产阶段构件场拿到设计图纸之后,首先进行深化设计,目前这个信息化比例非常高了。然后有生产管理、质量管理,占比我们看这几点都40%以上。


    构件生产出来然后到了现场,有现场施工与管理。客观地说现场施工阶段的装配式建筑的信息化还是比较滞后,所以我们提问的时候有意识的问你认为装配式建筑现场施工与管理可能的应用点有哪些?我们看到这个比例,有哪些呢?有虚拟、预瓶装、可视化技术交底、预制部件、质量跟踪、施工方案智能管理、机件安装。当然还有其它的,我是列出来排在前几位的。


    当然我们施工完了之后进入装修,我们可以看看装修阶段都有什么?装修阶段最多的,占比最高的就是装修部品部件的三维标准化图集、模块化设计标准部品库,这个占比是最高,也有其它方面。包括电云激光扫描,三维空间放样,这个标题做的稍微长一点,还有装修部品部件,信息化协同设计平台的应用,这是装修阶段。我们这样的话是不是把装配式监督的信息化的现状就能够做一个全面的了解。


    接下来来看装配式建筑智慧建造应用系统,我们之所以可以进行智慧建造,是因为我们应用了相关的信息系统。我们对于装配式建筑和一般的建筑有哪些不同,有哪些特色呢?我在这做了一些归纳,首先是基础上的特色,我们要做装配式建筑设计,跟一般的设计不一样,我们要进行构件的拆分,我们要在工厂进行制造之前要进行深化设计,比方说我们要考虑吊装的要求等等。然后我们构建要进行生产,和现浇结构也是不一样的,还有我们装配式建筑,施工和现浇建筑也是不一样。还有管理特色,管理特色和一般的建筑有什么不同呢?装配式建筑构建需要生产、库存、配送这些都需要管理。另外就是装配式建筑施工管理和一般的建筑也是不一样。


    为了使装配式建筑建造过程,就是实现它的智慧建造,我们需要应用相关的智能技术,这些智能技术都有哪些?我列举了一下。所谓智慧我们要感知,感知我们有物联网技术、有时时定位技术,我们要进行信息高速的传输,我们有互联网技术、云计算技术,我们有记忆、有分析,在这特别提一下记忆,实际上BIM模型实际上是记忆,GIS数据也是记忆。另外作为分析我们大数据、人工智能这样一些技术都是我们要实现智慧建造所必须的,还有3D扫描、机器人这些都是相关的技术。


    这些技术它在我们装配式建筑怎么来利用,我们可以从两个角度来利用,我们可以从这两个角度来考虑:第一个角度一些专业技术究竟利用在哪些环节,就是装配式建筑中BIM的应用点,我们可以分设计阶段、深化设计阶段、构件生产、物流、运输、现场、施工、物业运维,这个应用点列出很多,大家看个大概就可以了。


    另外一个角度,我们这么多技术既有可能是要把这些技术集成应用,形成我们的生产,技术系统和管理系统。我们把技术系统、管理系统都是按层次来进行划分,首先包含了硬件,硬件主要在设备层。然后有资源层,要有各种库,接下来就是应用层,对应于各个阶段可以有不同的系统,当然我们也可以想象有一个系统能够拉通各个阶段,就是一个非常集成化的系统,当然我们实际过程中现在还没有形成一个完全拉通的一体化的包罗万象的系统,我们深化设计的软件,构件生产管理有构件生产管理的软件,我们的加工有加工的软件,还有配送的系统。实际过程中还是这样的一个情况。在报告里面这样的系统都会给大家展开一个介绍,用一个例子给大家做一个展开,就是关于构件生产系统的展开。


    我介绍北京燕通的装配式构件信息管理系统,它做的比较深,而且做的比较全面,作为一个例子拿出来。我就拿一个构件生产阶段的系统给大家做一个介绍,这个系统是北京燕通公司针对预制构件企业的管理痛点,以提高生产效率、产品的质量、降本增效为目的,以预制构件深化设计、生产制造和运输安装管理、企业资源管理等众多管理要素进行了流程再造和信息化集成。


    实现了对预制构件从设计到交货乃至灌浆施工全过程的实时动态监控管理。


    以下可以看一下它典型的截面,针对这个系统给大家说一下这个系统的应用场景,对这个系统有所了解。首先这个系统是不是从设计阶段开始用,设计阶段首先做什么呢?先做深化设计,深化设计当然它主要是基于BIM,和这个系统关系不是很大。做好深化设计要做什么?要做进度计划,进度计划首先要和订单要联系在一起,生产每个客户下的什么订单,订单相关的有很多文档,订单来自客户,客户相关文档,我们应该有一个客户管理的功能,这个连接点进去,客户管理连接点进去。


    我们看这个系统有客户管理的模块,把客户订单相关的文档可以进行相关的管理。有了订单我们需要干什么?需要制定作业计划,作业计划就是我们要按照客户的需求来做。我们现在点进去看一下,交付的需求表示成这种进度,我们哪号楼几层,应该在几月几日之前都生产出来。


    我们计划定好了以后我们需要干什么?我们需要采购物料,我们需要生成物料需求的计划,就是说我们如果是前面有了订单的信息,然后我们现在在系统里面就可以形成物料需求的计划,我们就进行构件生产,需要多少钢筋,需要多少水泥?整体是需要多少?具体到哪个工程需要多少我们在界面里面是有选项的,比方说副中心工程所有的项目,是可以选的,这样的话我们就可以查看。


    物料需求从订单获得了,接下来还有模板计划管理,要生产需要模板也是同样的。生产计划要进行优化的派成,质量的控制怎么来进行控制,要使用相关的APP功能,我们点进去生成。要进行检查数据进入APP,录入的数据我们可以自动地生成。


    接下来我们生产好了要运输,库存要存储还要运输,库存他们也是结合这个系统的设置,在这方面有所开发,构建它不是一般的堆放,提高存储效率。


    构建要配送,配送也是采用了APP的方式,我们点进去就可以看到下达配送的任务,有关的配送的车组能够接到这个任务,司机又通过车组接到任务,司机送到现场以后APP录入相关的信息,表明构件已经送到了。


    构件送到了要算账,系统里面还有成本管理的功能,大家看就是这样一个例子,大家能够看到构件生产一个全过程,这个管理实际上也是智慧建造所必需的。


    这是我讲的第三点,最后第四点装配式建筑、智慧建造的发展趋势。下一步我们装配式建筑的智慧建造向什么方向发展。我归纳了四点:集成化、精细化、智能化、最优化。


    集成化,主要是两方面的集成,一个是系统的集成,刚才看到已经有这么多应用系统,刚才举的还是比较全的系统的例子,实际过程中现有的系统有十个二十个,还是要使一体化,一体化意味着什么?大家比较熟悉单点登录,比方说数据的共享,比方说协同工作。除了系统的一体化还有生产过程的一体化,包括设计、生产、施工一体化,一般我们大家都知道了要采用EPC模式,还可以采用IPD模式,这是比较新兴的交付模式。


    精细化,我考虑也是两个方面,第一个方面就是管理对象,细化到每一个部品、部件,我们在制造业是有材料表,在装配式建筑也可以形成材料,按照材料表把部件拿到现场,然后在现场进行装配就可以了。另一方面就是对施工任务的细化要细化到工序,做到更加精准。


    智能化,我们在管理的过程中,我们既然是智慧建造,要通过系统取代人,至少是部分的取代人,包含代替人去决策,或者辅助人的决策。其中用到了数据包括BIM数据、管理数据等等。比如说辅助制定作业计划,实现作业计划是最优化,然后有物流的调度能够智慧地进行调度。另外就是作业层,我们可以有类人工厂和现场的作业,实现智慧化,比方说我们在现场作业可能用3D打印,在工厂里面我们都普遍采用机器人,将来我们的工厂用不了多少人。


    最优化,首先设计要优化,设计对于建筑全生命期是最重要的。第二是最优化的作业计划,无论是进行生产也好,我们的施工也好,构件生产、施工都需要最优化,特别是在构件生产阶段,我们要实现柔性。不断接收订单,动态来调整作业计划。最后还可以有最优化的运输计划,这些都是最优化今后的发展方向。


     最后就是结语,首先是提起了装配式建筑目前的热点的问题,主要是关于信息技术的运用。我总结了智慧建造的现状,描绘了智慧建造应用系统,最后阐述了装配式建筑、智慧建造的发展趋势,以上就是我的交流,谢谢大家!

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