智能建造下的装配式建筑数字化设计研究

曾敏 刘捷超

【摘要】近年来，新型建筑工业化以装配式建筑为载体，取得了长足的发展，大幅提升了建筑业的建造水平和建筑品质。湖南省以装配式建筑的信息化、数字化发展为对象，以实现部品部件在装配式建筑项目全生命周期以及全流程的管理为目标，打造了全省统一的装配式建筑全产业链智能建造平台。本文概述了湖南省装配式全产业链智能建造平台的组成架构以及主要特点，介绍了通过智能建造平台实现装配式建筑数字化、标准化设计的方式和方法，并通过实际项目中的应用，阐述了在智能建造模式下的装配式建筑数字化设计要点。

【关键词】智能建造;部品部件库;装配式

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.07.034

引言：

2020年7月3日住建部等13部门联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，提出要以大力发展建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，推动绿色和智能建造以及建筑工业化基础共性技术和关键核心技术研发应用，大力发展装配式建筑，加大绿色、智能建造在工程建设各环节应用，形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营、管理等全产业链融合一体的智能建造产业体系。湖南作为全国“绿色建造试点省”，在发展装配式建筑产业方面主动担当，大力推动装配式智能建造产业发展，2019年初，湖南省住建厅在湖南省人民政府的大力支持下，按照“政府引导、企业主导、统一规划、分步实施、成果共享”原则，整合全省产业基地企业和科研院所的优势资源，在全国率先启动了湖南省装配式建筑全产业链智能建造平台（以下简称“智造平台”）的建设工作。智造平台将装配式建筑技术与BIM、互联网、云计算、物联网、大数据等新型信息技术集成融合，通过统一标准、统一平台和统一管理，搭建装配式建筑全流程标准化和数字化体系，集成并打通装配式建筑项目设计、生产、运输、施工、运维、报审、监管全流程技术和管理，建立全省统一的装配式建筑全产业链智能建造管理和服务综合平台。通过对于国内外装配式项目研究，建立并应用标准部品部件库，能有效减少了构件类型，降低开模数量，降低构件成本，取得了较好的社会、环境与经济效益。以长沙市为例，长沙市以装配式智能建造为载体，通过与BIM技术的融合，全市在建设领域大力推广建筑信息化、数字化，通过BIM应用的政策支持，建设工程设计精准度和品质显著提高，应用基于BIM技术的装配式建筑集成体系贯穿设计、生产、施工、检测、运维等各个环节。因此，整合装配式建筑全产业链，实现全过程、全方位的信息化集成，是裝配式建筑发展的方向。

本文基于湖南省装配式建筑全产业链智能建造平台的构成和其相应的管理模式，论述了在智能建造模式下装配式建筑的数字化发展方向，并通过介绍基于智造平台进行的BIM正向设计项目案例的运用，给出了装配式建筑如何通过数字化工具实现标准化设计以及降本增效的目的。

1、湖南省装配式建筑全产业链智能建造平台

智造平台由政府侧产业公共服务平台和企业侧产业应用平台两大板块组成。政府侧平台包括湖南省装配式建筑标准部品部件库及管理云平台、湖南省住房城乡建设科技信息平台、装配式建筑全过程质量监管和追溯平台、装配式产业大数据分析和公共服务平台，企业侧平台包括基于BIM的装配式建筑智能化设计系统、预制构件数字化生产系统、装配式项目智慧施工管理系统、装配式建筑运维管理系统、EMPC项目全流程综合管理平台和装配式钢结构项目全生命周期数字建造平台。形成了涵盖装配式建筑全产业链的智能建造体系。

通过智造平台的建设，湖南省在全国首创了省级统一的数据标准和通用部品部件标准化体系。编制了装配式建筑数据交付标准、分类编码标准和预制构件标准图集，通过BIM基础数据管理系统，形成贯穿产业链上下游的信息通道，实现了全专业、全流程的数据集成管理及多用户操作。基于公有云的标准化部品部件库，方便全省设计单位直接选用，通过装配式设计系统可优先选取标准构件，提高了构件复用率，实现了设计标准化。

智造平台首创了基于自主BIM技术的装配式建筑数字化建造体系。将数字技术应用于项目设计、生产、施工、运维、监管各环节，实现了基于BIM技术的数字化设计、数控化加工、智能化施工和智慧化运营，通过BIM记录各阶段信息数据。通过建立唯一编码体系保证数据记录的唯一性，发挥BIM全生命期数据共享、协同工作的优势，实现了不同专业和上下游之间的信息协调一致。

智造平台采用了大量智能化技术：装配式设计系统可完成多专业智能建模，预制构件智能拆分，冲突智能检测和避让处理;设计数据对接工厂生产管理系统，可直接驱动各类数控加工设备，实现自动化生产，生产流程中可根据施工进度和生产线状况实现优化排产;智能化施工系统结合施工管理技术和智慧工地技术，可实现施工过程优化、吊装及安装模拟、拼装校验等环节;项目竣工后，将完备的建设信息资料提交业主，便于开展建筑空间管理、设备设施管理、能耗管理、智能维修等智慧化运维。

智造平台通过互联网和云服务传递各系统数据，实现了系统之间的互联互通。与此同时，湖南省住建厅已将智造平台纳入了《2020年“智慧住建”工作要点》，并初步实现了平台与湖南省工程建设项目审批管理系统、湖南省施工图管理信息系统、湖南省工程项目动态监管平台以及质量考评系统对接，数据共通共享，形成了完整的智慧住建体系。

通过各类创新技术的应用，智造平台有效解决了装配式产业中的诸多“瓶颈”问题，实现资源的合理配置，在线化、规范化管理大幅提升行政监管效率，标准化体系将大幅提升标准构件复用率，有效降低项目建造成本，数字化技术将全面提升建造精度，工程精度由厘米级提升至毫米级;智能化技术的应用将大幅提升设计、生产和施工效率，全生命周期质量管理能够最大限度地消除质量隐患，全面打造湖南省智能建造和绿色建造新模式。

2、基于智造平台的数字化设计方法

湖南省装配式建筑全产业链智能建造平台对于装配式建筑数字化设计提供了“一库”、“二标准”以及“六图库”的配套设计体系，“一库”指湖南省装配式建筑标准部品部件库，装配式建筑标准化部品部件设计应考虑其全生命周期，根据部品部件在建筑物所处功能和要求的不同，遵循受力合理、連接简单、施工方便、重复使用率高、易维护和更换的原则。标准部品部件库通过对湖南省现有预制部品部件生产厂家的全方位调研，筛选了符合标准化设计原则的预制部品部件，形成了标准化核心库，核心库中构件类型主要包含叠合板、预制内墙、预制外墙、空调板、阳台板、叠合梁、预制柱、楼梯共八种构件类型。通过政府部门发布的入库管理办法，实现了以标准化为目的的部品部件库管理模式。“二标准”指《湖南省装配式建筑信息模型交付标准》以及《湖南省装配式建筑部品部件分类编码标准》，两本标准通过对装配式建筑各阶段建筑信息模型交付的内容及形式进行约定，以及对部品部件信息模型的分类和编码，构成了装配式建筑应用数字化技术的底层协议。“六图库”指包含《桁架钢筋混凝土叠合板（60mm厚底板）》在内的6本湖南省装配式建筑全产业链BIM智能建造平台配套标准图库。

智造平台为装配式建筑的数字化设计提供了系列化的解决方案。平台用户通过同步标准部品部件库中的云端标准构件，为后续的拆分设计提供了数据依据，导入符合《湖南省装配式建筑信息模型交付标准》的方案模型后，通过智能拆分模块实现拆分设计，拆分的构件尺寸能够实现最大程度的重复利用率，提升标准化设计水平。构件通过建立的底层协议实现分类及编码，以备生产、物流、施工、运维等阶段的数字化流通使用。平台依据《桁架钢筋混凝土叠合板（60mm厚底板）》等标准化图库可实现一键智能出图，为施工阶段提供准确的作业图纸。所有数字化设计成果在平台可直接流转到BIM图审系统，自动生成项目装配率以及标准化率等关键指标，实现数字化设计闭环。

3、数字化设计在项目中应用

基于湖南省装配式建筑全产业链智能建造平台的功能和特点，结合湖南地区政策要求，装配式建筑的数字化设计流程可归纳如图1所示：

以湖南某公租房项目为例，主要采用预制构件为预制板和预制隔墙，本项目采用的数字化设计流程如下：

本项目在建模过程中，采用BIM正向设计理念。设计师以标准化、模块化思维，从云端标准部品部件库下载核心库构件进行组装，旨在降低项目的模具摊销成本，减少非标构件，提升安装效率。平台通过自动优先选取云端核心库中标准化构件进行匹配，从而实现“少规格，多组合”的设计目标。通过预制构件的标准化倒逼功能单元的模数化，形成经济效益更为优化的装配式建筑设计方案。

结语：

湖南省装配式建筑全产业链智能建造平台的建立，为装配式建筑的数字化设计提供了较为完备的技术保障。数字化设计模式对于装配式建筑的效能提升具有关键性价值，通过基于同一智能化平台的数字化工具应用，形成产业链上下游的数据信息通道，满足装配式建筑各部品部件信息模型的信息采集、存储和智能检索，驱动装配式建造全过程的标准化以及数字化应用。数字化设计不仅仅可以提升设计效率，同时可以发挥设计环节在项目全生命周期的主导作用，引导全产业链上下游企业综合能力的提升，打破专业间的信息壁垒，促进装配式建筑全流程数据共享与流动，为装配式建筑高质量发展提供关键支撑。

参考文献：

[1]张健，陶丰烨，苏涛永.基于BIM技术的装配式建筑集成体系研究[J].建筑科学2018（1）：97-102.

[2]刘美霞，卞光华 董嘉林，袁泉.基于部品库标准化构件的装配式混凝土建筑设计优化研究[J].中国勘察设计2020（3）：94-97.

[3]叶浩文，樊则森，周冲，刘程炜.装配式建筑标准化设计方法工程应用研究[J].山东建筑大学学报2018（6）：69-74.

作者简介：

曾敏（1988.03-），男，汉族，湖南长沙人，研究生，工程师，主要从事绿色建筑、装配式建筑行业管理工作。