数字技术下装配式建筑项目管理研究

在我国“双碳目标”背景下，进一步加快了建筑业信息化、数字化、智能化转型步伐，装配式建筑因具有节能减排、降低成本和缩短工期的优点得到国家大力推广。自 2016 年以来，随着国家出台了一系列相关支持政策，装配式建筑规模高速扩张，但在一些装配式项目实际建造过程中，却出现了管理混乱、造价高、工期延长等现象。生产技术和管理系统的发展跟不上装配式建筑的发展速度是造成这一现象的主要原因。随着科技的进步，越来越多的数字技术应用在不同行业，为完善装配式建筑的生产技术及管理系统提供了基础支持。

目前，我国建筑业数字化程度位于所有行业末端，仅高于农业。2020 年 8 月，住房和城乡建设部印发的《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》鼓励建筑单位项目中应用 BIM 技术、数字孪生、物联网、虚拟现实等数字技术，来推进建筑工业化、数字化、智能化升级。针对装配式建筑标准化生产、信息化管理的特点，应用数字技术能够大力提升项目的生产和管理效率。因此，在装配式建筑智能化转型过程中，如何将装配式建筑与数字技术进行深度融合是目前亟需解决的问题。

本文以装配式建筑特点与现状为切入点，探寻装配式建筑现存困境的原因，分析数字技术支持下装配式建筑困境的解决方法和未来发展方向。对装配式建筑的智能化发展及整个建筑业的智能化、工业化转型具有重要作用。

装配式建筑是使用预制手段将建筑业从现场传统手工生产方式转变为工厂生产、现场装配的建筑模式。建造步骤为：建立建筑模型、进行构件拆分、构件工厂生产、构件运输及现场安装，其独特的工厂预制模式决定了装配式建筑具有设计标准化、构件生产工业化、管理信息化及建筑产业化的特点。

2.1 设计标准化

装配式建筑是“设计、加工、装配”一体化的建造模式，在设计阶段对模型进行标准化设计是构件工业化生产及现场精细化装配的基础。设计标准化要求数据与模型统一，不同模块之间相互协同，因此构件要少规格、多组合，并一体化考虑结构、建筑、机电、装修设计等去实现构件及部品标准化。

2.2 构件生产工业化

在构件标准化设计前提下，对构件进行批次、大量的生产。在工厂中能够更精准地对生产温度及湿度进行把控，提高了构件的生产质量；同时工厂生产可以避免现场湿作业带来的工业废水、固体垃圾和浇筑噪音；也可以降低因长时间高空现场作业所产生的安全风险。批量化的工业生产方式相较于手工现场作业，可以降低工人数量，降低建造成本；同时不用等待流水节拍，减少建造时长，工业化生产不仅节能环保，更提高了建造效率。

2.3 管理信息化

在装配式建筑的整个设计、生产、建造及运维阶段使用信息技术对项目进行信息采集，建立信息化管理平台，在不同阶段均可对构件来源进行追溯。例如在设计阶段对建筑信息模型进行构件拆分、输出构件信息、生成构件生产清单与加工信息库，当构件出厂后均会拥有编码，后续构件所处位置及状态都记录入管理平台。依据信息化管理平台，对类型复杂、来源分散的信息进行储存，并根据施工现场变化同步更新数据，以实现在不同建造环节中，不同项目参与方与不同专业管理人员能够对项目进行协同管理。

2.4 建筑产业化

得益于其标准化设计、工业化生产、信息化管理的特点，装配式建筑已形成了统一建造模式及完整的“设计 -生产 - 装配 - 运维”产业链，成为可大范围推广的建筑产业。目前，国家已出台多种政策大力支持装配式建筑相关产业，装配式建筑在建筑市场中的占比日渐扩大，传统建造模式将逐渐过渡为装配式建造模式。

装配式建筑的工业化生产能够使得质量、成本及工期可控，能够减少现场湿作业，更节能环保，但在实际工程项目中却难以发挥装配式建筑的优势。其突出表现为：在实际建造中，装配式建筑较之传统现浇模式成本更高。据浙江某项目统计，装配式建筑中每平方米的造价要比传统现浇模式高出 886.69 元，其中在土建工程方面高出912.49 元。此外装配式建筑更依赖不同资源间的调度，更需要不同阶段的协同管理，目前，不少预制构件厂生产和管理时信息化程度较低，管理效率低，导致构件质量得不到保证；构件的堆放和运输管理混乱，导致生产与施工脱节，拖长项目工期。

上述问题主要归咎于装配式建筑技术、管理、人才的发展速度滞后于装配式建筑扩张速度，具体原因为管理体系不完善、技术支持匮乏、产业基础薄弱。

3.1 管理体系不完善

装配式建筑管理中不能直接套用现浇施工中的组织管理模式，需要更精细化的管理。例如设计出图不能直接运用于构件的工厂化生产，需要设计人员进行深化设计，生成构件生产清单再进行工厂生产；构件生产厂管理人员面对的是工厂工人，针对现场施工工人的管理方法不再有效，工厂中即使极小的管理失误都会导致批量化生产的构件在安装过程出现问题；现场从现浇作业转变吊装作业，对现场管理人员来说需要更好的协调能力去调度构件进场与吊装。各个阶段联系紧密，任意环节出现问题都会严重影响项目的成本与进度，总体来说装配式建筑对不同阶段的管理人员的专业技能、沟通能力、协同作业能力都提出了更高的要求。但是目前管理人员难以改掉固有的管理习惯，在设计、生产、施工阶段管理分离。即在同一阶段中没有形成规范统一的管理标准，在不同阶段中也没有完善的管理体系以覆盖整个建造流程。

3.2 技术支持匮乏

信息化是装配式建筑的主要特点，但目前信息搜集、处理技术匮乏，没有贯穿装配式建筑全生命周期的信息管理平台。装配式建筑中信息多而杂，数字技术支持不够，使得信息传递不及时和不准确，难以建造稳定的管理环境，最终导致管理体系的不完善。在构件生产时，机械布料、振捣、养护更精细，质量检查比人工更准确，因此，基于信息技术的自动化机械的应用可以提高构件生产效率，保证构件生产质量；在构件运输时，依赖信息技术能对构件出库、运输路线、构件跟踪与监控等全过程进行专业化管理；安装过程中，准确的构件信息与入场信息能够保证构件吊装快速准确，最大化发挥资源效用。综上所述，信息技术支持不够，加之缺乏标准的技术体系使得难以实现自动化构件生产，运输过程构件难以准确跟踪，吊装过程人员、物资管理混乱，浪费人力物力、增加成本、延长工期。

3.3 产业基础薄弱

产业基础薄弱一方面是指建造中软件、硬件设施不够完善，另一方面是指构件生产厂规模不足。软件不足是指缺乏统一管理软件，由于打造一套贯穿装配式建筑全生命周期的信息管理平台，需要大量的人力物力的投入，目前管理软件无法覆盖项目整个生命周期；在构件生产厂中，要实现自动化生产必然需要投入大量的机械成本，装配式建筑建造模式还不够成熟，为了避免承担亏损风险厂家只引进部分机械代替人工工作，硬件设施不足。目前装配式建筑构件生产厂多为小型厂家，由于行业中没有统一的构件设计与生产标准，若按照单个项目进行构件生产，小规模生产将会制约构件厂引进全自动化硬件设施，进一步使得装配式建筑难以形成大规模产业。软件硬件设施不够完善、生产规模难以扩大是装配式建筑产业基础薄弱的主要原因。

智能建造技术是以大数据、BIM、物联网、云计算等现代化信息技术为基础的综合技术，推动着建筑业的智能化发展。智能建造的核心是信息，通过搜集海量的工程信息并进行结构化与标准化处理来积累数据，再完善算法，使得数字程序逐渐智能化。

装配式建筑追求构件标准化、生产过程自动化、管理信息化。但受限于信息管理系统不完善、技术支持匮乏、产业基础薄弱等原因，难以提高装配式建筑的数字化程度。将数字技术运用到装配式建筑，能够最大化发挥数字技术在建筑业中的效用，从根本问题上改善装配式建筑现状。例如将 BIM 技术、物联网技术、云计算技术、大数据技术、人工智能等智能建造技术融合到装配式建筑的全生命周期中，以充分发挥装配式建筑优势，推动装配式建筑发展。

（1）BIM 技术主要是对建筑进行数字孪生，构建建筑的数字化模型。从设计阶段就定义构件，直接包含了构件在生产、运输、安装、运维阶段的所有信息与不同阶段中构件的关联关系，在数字模型中对各个阶段进行动态仿真，从而在建造初期就映射了整个建造过程。应用 BIM 技术建立的建筑信息模型是进行项目管理的基础，是建筑全生命周期中构件信息的标准。

（2）物联网技术将不同阶段的构件信息形成信息网络，应用物联网技术感知构件在生产建造过程中的信息，识别构件的实际状态，并将收集到的信息传递信息管理平台。例如在建造过程中将传感器、激光扫描仪、相机等感知设备采集到的构件数据传递到管理平台；帮助管理人员进行模型信息对比，做出正确决策；再将决策传递到机械设备中，用以管理建筑的整个建造过程。尤其是当实际建造过程与设计出现误差时，在物联网技术支持下，能够实现构件的实时定位、跟踪与监控，及时的信息传递与决策反馈能够帮助管理人员对项目进行动态管理，避免出现建造偏差。物联网技术将不同设备间与管理平台进行链接，就像无形中编织出了一张信息网，用于及时传递各类实际信息与决策信息，架起了项目与管理人员之间信息沟通的桥梁。

（3）大数据技术与云计算技术是建立强大信息管理平台的基础。建筑在整个生命周期中的数据是非常庞大和复杂的，人工在海量数据中寻找有效的项目管理数据不仅费时费力，也无法保证准确率。大数据技术是以数据为驱动的处理技术，能够实现数据的快速挖掘与分析，并通过数据与算法结合，进行数据推理，对项目趋势做出预测，辅助管理人员对项目成本、进度、安全管理做出正确决策。依赖物联网技术，管理平台每天都会获得项目建造中的各种数据，大数据的存储与处理需要巨大的内存，云计算是基于互联网的计算方式，将数据储存在云端，并在云端处理项目数据，大大提高了数据的处理效率。将大数据技术与云计算技术结合应用，才能建立稳定可靠的项目管理平台。

（4）人工智能技术是为了实现生产建造过程的自动化与智能化。与纯机械重复施工不同，智能化施工加入了如人类思考的过程，“智”的过程依赖人工智能中的深度学习相关技术与理论，即将神经网络模型在数据库中重复进行训练，以达到稳定来模拟人的大脑。例如建筑机器人通过数据与神经网络的训练，不仅学习到了建筑知识，更汲取到了工人经验，在工作时可以像工人一样做出判断，而且能比人类更快、更准确地执行任务。依赖人工智能能够实现机械的自动控制，如到自动下料、自动检查病害、自动搬运与储存等，能够降低因人为失误造成的返工和材料浪费。

BIM 技术是制定整个项目信息的标准，是进行构件生产、吊装建造及管理决策的依据。物联网技术是将实际建造信息与管理人员相连接的桥梁，是快速获取实时信息、下达决策的必要条件。大数据技术与云计算技术是搭建数字管理平台的基础，保障着平台的正常运行。人工智能技术是管理平台的远端，使得机械在接收到工作指令后不仅能够高效率工作，又能像工人一样应对工作中出现的问题，顺利完成工作。不同数字技术在建造过程中的作用如下图所示，数字技术间的融合应用能够解决装配式建筑现存困境，完善装配式建筑的建造模式，推动其快速发展。

管理软件、机械设备、工程机器人辅助装配式建筑实现一体化设计、生产、装配与运维，助力装配式建筑形成完整的产业链。在数字技术的推动下，可从软件、网络、硬件和管理平台四个方面概括装配式建筑智能化发展方向。

5.1 定义工程信息的建模软件

在未来装配式建筑智能化建造中，工程前期就在建模软件中优化工程数字模型，把建筑信息与建造信息集成到数字模型中，项目在不同阶段数据都能够在同一模型上进行联动，实现一模到底。要实现不同建造阶段工程实体的精准映射就要重视 BIM 技术的发展，推动 BIM3D 模型到BIM5D 模型的转变，即在模型中不仅储存建筑本身构件信息，也加入建造过程中的成本信息与进度信息。未来也将会在软件中加入暖通、日照、消防等信息用于模型在运维阶段的应用。

5.2 打造装配式建筑全过程的信息感知与互联网络

未来将会有越来越多的智能化机械和机器人加入到装配式建筑建造过程，产生大量的建造数据，物联网应用就是实现工程信息的感知和互联。打造信息感知与互联网络将会实时传递不同机械间产生的信息，与模型信息进行连接，并实时反馈管理人员的决策，实现各个阶段中机械的协同工作，提高装配式建筑的建造效率。该互联网络在运维阶段也将发挥重要作用，能够实时感知项目运营状态，辅助管理人员及时预测项目潜在运营风险。

5.3 更多智能机械和施工机器人的应用

装配式建筑智能化必然要依赖智能机械的应用，例如在构件生产厂的构件表观质量检查中，使用基于机器视觉的检查设备，能够快速准确定位质量缺陷位置与损伤类型，进行记录与储存，分析出现损伤的原因并反馈给管理人员，降低后续构件生产出现质量缺陷的概率。此外智能机器人的应用能够帮助工人完成人工难以实现的工作，例如在高空、高负荷与恶劣条件下的装配施工。因此，为了提高装配式建筑施工效率，未来将应用更多的智能化机械与施工机器人。

5.4 构建贯穿装配式建筑全生命周期的管理平台

在装配式建筑的设计、生产、安装、运维阶段，需要统一的管理平台对数据进行处理。将工程不同参与方链接到管理平台，开放获取项目的实时数据，消除信息差，避免管理人员做出脱离项目实际情况的决策，也能降低不同参与方的沟通成本。建立稳定的管理平台，才能使得上阶段的数据成为资源用于指导下一阶段的施工，使下一阶段数据反馈到上一阶段作为经验，用于同类项目的建造。目前不少构件厂和工地上都打造了构件厂智能生产平台、智慧工地管理平台和项目智能运维平台，未来，将各个阶段管理平台的数据进行融合，打造贯穿装配式建筑全生命周期的智能管理平台是装配式建筑智能建造的最终方向。

在建筑业激烈的市场竞争环境下，以及全球“低碳”的发展背景中，装配式建筑以其节能高效的优点正在逐渐成为我国建筑行业的发展导向。尽管由于目前技术支持匮乏和硬件设施不足导致装配式建筑产业发展薄弱，但BIM、物联网、大数据、云计算及人工智能等智能数字技术的融合将会弥补装配式建筑的发展短板，装配式建筑将会朝着更强大的建模软件、更完整的信息感知与互联网络、更广泛智能机械及机器人应用、更全面的智能管理平台方向发展。未来需加快数字技术与装配式建筑的深度融合研究，加快建筑业整体工业化与智能的转型步伐。（作者单位：万科企业股份有限公司）

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