新型裝配式技術(shù)驅(qū)動現(xiàn)代施工技術(shù)革新[摘要]隨著現(xiàn)代社會對建筑業(yè)要求的不斷提升，傳統(tǒng)施工方式面臨諸多挑戰(zhàn)。裝配式建造作為一種高效施工手段，正有力推動現(xiàn)代施工技術(shù)的進(jìn)步。在國家大力倡導(dǎo)智能建造的背景下，裝配式建筑的數(shù)字化進(jìn)程不斷加快。本文結(jié)合具體案例，分析了數(shù)字化裝配式技術(shù)在建筑工程中的實(shí)際應(yīng)用。研究表明，全面數(shù)字化的裝配式施工在多個方面取得了顯著成效，展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?，推進(jìn)數(shù)字化裝配式技術(shù)的創(chuàng)新，對促進(jìn)現(xiàn)代施工技術(shù)的發(fā)展具有重要意義，亟待進(jìn)一步深入研究和推廣應(yīng)用。[關(guān)鍵詞]裝配式建筑；智能建造；數(shù)字化技術(shù)；施工技術(shù)革新TheInnovativeDevelopmentofModernConstructionTechnologyDrivenbyNewPrefabricatedApproachesAbstract:Associetaldemandsontheconstructionindustrycontinuetorise,traditionalconstructionmethodsareencounteringnumerousdifficulties.Prefabrication,asanefficientconstructionapproach,isfacilitatingtheevolutionofmodernconstructiontechniques.Withstronggovernmentalsupportforintelligentconstruction,thedigitaltransformationofprefabricatedbuildinghasbeenfurtheraccelerated.Throughcaseanalysis,thispaperexaminestheapplicationofdigitalprefabricationtechnologywithintheconstructionengineeringsector.Thefindingsindicatethatfullydigitizedprefabricatedconstructionhasachievedremarkableoutcomesinthesedomainsandholdspromisingfutureprospects.Hence,innovationindigitalprefabricationtechnologyiscrucialforadvancingmodernconstructionmethodsandwarrantscontinuedresearchandpromotion.Keywords:prefabricatedconstruction;intelligentconstruction;digitaltechnology;constructioninnovation0引言在全球環(huán)境問題日益突出的今天，綠色建筑已成為引領(lǐng)建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向，不僅契合人們對建筑品質(zhì)的根本追求，也在推動可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)建筑施工方式曾為我國GDP快速增長做出重要貢獻(xiàn)，但也帶來了嚴(yán)重的能源消耗與環(huán)境污染問題。在此背景下，裝配式施工技術(shù)憑借其顯著優(yōu)勢應(yīng)運(yùn)而生，并受到廣泛關(guān)注與深入研究。隨著建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不斷深入，裝配式建筑逐步向工業(yè)化方向邁進(jìn)。同時，在中美貿(mào)易摩擦加劇的形勢下，政府積極推動國產(chǎn)化、自主可控的數(shù)字化集成管理平臺的研發(fā)。本文通過深入分析數(shù)字化技術(shù)在PC構(gòu)件工廠中的實(shí)際應(yīng)用，為新型裝配式技術(shù)的推廣提供案例支持，構(gòu)建了涵蓋數(shù)字化下單、自動化生產(chǎn)與可視化監(jiān)控的裝配式應(yīng)用新模式。旨在探索基于信息化平臺的新型裝配式技術(shù)如何推動現(xiàn)代施工技術(shù)革新，助力建筑工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)綠色化與可持續(xù)發(fā)展。新型裝配式建設(shè)理論體系新型裝配式技術(shù)的核心在于數(shù)字化技術(shù)的全面融合。通過打通設(shè)計與生產(chǎn)之間的業(yè)務(wù)隔閡，實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)部“物料—生產(chǎn)—倉儲—供應(yīng)”全業(yè)務(wù)流程的信息化協(xié)同管理。深入挖掘數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，為工廠生產(chǎn)與運(yùn)營提供管理支持與決策輔助。構(gòu)建涵蓋柔性排產(chǎn)、自動下料、智能生產(chǎn)與信息化管理的智能工廠體系，主要包括智能化生產(chǎn)、信息化管理及數(shù)據(jù)應(yīng)用三大板塊，并設(shè)有統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口以實(shí)現(xiàn)與外部信息系統(tǒng)及平臺的數(shù)據(jù)交互。圖1系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1Overallsystemarchitecture1.1智能化生產(chǎn)向上對接MES系統(tǒng)及BIM深化設(shè)計數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管理層構(gòu)件生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化錄入與信息化排產(chǎn)；向下聯(lián)動設(shè)備層，實(shí)現(xiàn)工位設(shè)備的自動調(diào)度、協(xié)同作業(yè)及車間層產(chǎn)線的信息化管控。具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。圖2智能產(chǎn)線系統(tǒng)Fig.2Intelligentproductionlinesystem1.2信息化管理借助PC-MES系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)排程，將設(shè)計數(shù)據(jù)傳送至中央集控系統(tǒng)，通過中央系統(tǒng)調(diào)度生產(chǎn)線設(shè)備，利用設(shè)計數(shù)據(jù)驅(qū)動隱蔽工程智能質(zhì)檢、智能布料系統(tǒng)及鋼筋網(wǎng)片柔性生產(chǎn)線等自動化作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計信息對生產(chǎn)流程的全面引導(dǎo)。例如，施工現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)經(jīng)模型深化后被拆分為多個可裝配單元（圖3），各單元依據(jù)裝配式深化設(shè)計方法匹配PC工廠模塊庫，模塊庫通過中央控制系統(tǒng)調(diào)度設(shè)備，結(jié)合工位圖與物料表信息完成生產(chǎn)排產(chǎn)。此外，工廠模塊庫生成的深化圖紙可與原結(jié)構(gòu)設(shè)計深化圖紙進(jìn)行比對，有效降低設(shè)計誤差積累（圖4）。圖3主體結(jié)構(gòu)模型Fig.3Primarystructuralmodel圖4技術(shù)實(shí)施路線Fig.4Technologyimplementationroadmap1.3數(shù)據(jù)應(yīng)用基于決策數(shù)據(jù)服務(wù)，結(jié)合工廠業(yè)務(wù)場景及管理需求，從輔助管理與輔助決策兩個維度為工廠提供直觀的可視化服務(wù)?？梢暬o助管理涵蓋堆場可視化與疊合板生產(chǎn)線可視化等內(nèi)容；可視化輔助決策則包括生產(chǎn)輔助（進(jìn)度、質(zhì)量、安全、消耗與趨勢分析）、物料輔助（庫存、消耗與采購）、倉儲輔助（要貨響應(yīng)、堆場使用與管理）以及供應(yīng)輔助（發(fā)貨與簽收管理）等多個方面，具體內(nèi)容如圖5所示。圖5可視化管理功能Fig.SEQFig.\*ARABIC5Visualizedmanagementfunctions實(shí)際案例分析2.1項目概況本案例為湖北省某企業(yè)實(shí)施的智能建造項目。項目以工業(yè)化為主導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)、數(shù)字化為驅(qū)動、智能化為目標(biāo)，通過構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字體系，以創(chuàng)新思維解決施工過程中的數(shù)據(jù)共享與協(xié)作難題，實(shí)現(xiàn)基于中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動PC構(gòu)件制造，加強(qiáng)施工現(xiàn)場與PC工廠之間的業(yè)務(wù)銜接。項目實(shí)現(xiàn)了BIM設(shè)計數(shù)據(jù)驅(qū)動（劃線、噴涂、布料）與生產(chǎn)線（模具清理、物流、振搗、質(zhì)檢、碼垛及養(yǎng)護(hù)）的智能化運(yùn)行，系統(tǒng)界面如圖6所示。圖6系統(tǒng)操作界面Fig.6Systemoperationinterface2.2項目特點(diǎn)該項目是新型裝配式技術(shù)數(shù)字化應(yīng)用的典型代表，主要圍繞三大目標(biāo)展開：數(shù)據(jù)貫通、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)與自主可控。1）數(shù)據(jù)貫通。針對建筑工程中存在的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)問題，直接采用深化設(shè)計生成的BIM模型，實(shí)現(xiàn)PC工廠內(nèi)部數(shù)據(jù)的無縫對接，即“一模到底”。2）數(shù)據(jù)驅(qū)動。基于統(tǒng)一BIM模型，推動PC構(gòu)件加工、生產(chǎn)管理及生產(chǎn)設(shè)備的智能化升級。3）自主可控。依托國產(chǎn)軟件體系，開展自主研發(fā)，確保技術(shù)成果的自主可控，削弱外部技術(shù)依賴。2.3項目關(guān)鍵技術(shù)項目基于PKPM輸出的深化設(shè)計模型，打通PC工廠內(nèi)部數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)、生產(chǎn)管理與生產(chǎn)裝備之間的數(shù)據(jù)流通。深化設(shè)計階段，PKPM模型輸出BOM清單與PCXML數(shù)據(jù)；PC-MES系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后，將BOM清單傳送至生產(chǎn)線進(jìn)行排產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的生產(chǎn)管理；PCXML數(shù)據(jù)則發(fā)送至SCADA集控系統(tǒng)，用于驅(qū)動智能布料、混凝土輸送及自動清理等設(shè)備，具體流程如圖7所示。圖7項目總體流程Fig.7Overallprojectflowchart1）數(shù)據(jù)驅(qū)動生產(chǎn)。以深化至單個鋼筋與線盒級別的設(shè)計模型為基準(zhǔn)，提取構(gòu)件清單與詳細(xì)組成數(shù)據(jù)。以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線計劃排程，PC-MES系統(tǒng)按計劃將構(gòu)件數(shù)據(jù)下發(fā)至中央集控系統(tǒng)（SCADA），協(xié)同驅(qū)動工位設(shè)備與操作人員完成流水線生產(chǎn)。數(shù)據(jù)流起始于初步設(shè)計，經(jīng)深化設(shè)計、生產(chǎn)排程與設(shè)備驅(qū)動，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計信息對生產(chǎn)全過程的引導(dǎo)，流程如圖8所示。圖8生產(chǎn)數(shù)據(jù)流動示意Fig.8Dataflowinproductiondriving2）數(shù)據(jù)驅(qū)動管理?；贐IM生成的數(shù)據(jù)直接支撐工廠信息化管理，BOM表驅(qū)動MES排產(chǎn)、物料需求及追溯管理。從初步設(shè)計出發(fā)，通過BIM深化生成PKPM設(shè)計模型與生產(chǎn)BOM表，推動MES系統(tǒng)排產(chǎn)，并結(jié)合“一物一碼”實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息化與質(zhì)量可追溯，流程如圖9所示。圖9管理數(shù)據(jù)流程Fig.9Data-drivenmanagementprocess3）數(shù)據(jù)驅(qū)動裝備。基于BIM生成的.pcxml文件直接驅(qū)動生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行。從BIM深化設(shè)計開始，通過模型輸出的PCXML數(shù)據(jù)，經(jīng)中控系統(tǒng)解析與重構(gòu)后，轉(zhuǎn)換為符合機(jī)械設(shè)備運(yùn)行要求的數(shù)據(jù)指令，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件自動化生產(chǎn)，業(yè)務(wù)流程如圖10所示。圖10裝備數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流Fig.10Data-drivenequipmentbusinessflow2.4項目實(shí)施規(guī)劃項目研發(fā)周期劃分為五個階段：設(shè)計、管理、生產(chǎn)、堆放與發(fā)貨、決策階段。1）設(shè)計階段：重點(diǎn)解決與國產(chǎn)PKPM軟件的數(shù)據(jù)交互問題，完成深化設(shè)計后，將BIM模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工廠加工所需的BOM數(shù)據(jù)。2）管理階段：打通MES與SCADA系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)經(jīng)MES直接指令SCADA系統(tǒng)作業(yè)。3）生產(chǎn)階段：對現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行智能化升級，研發(fā)具備中央集控能力的PC工廠智能生產(chǎn)與信息管理系統(tǒng)。4）堆放與發(fā)貨階段：開發(fā)堆場管理系統(tǒng)，集成至主系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主營業(yè)務(wù)閉環(huán)。5）決策階段：運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算與可視化技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)處理算法，研發(fā)PC工廠輔助決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全流程三維可視化，為生產(chǎn)運(yùn)營提供決策支持。2.5項目成果項目通過集成國產(chǎn)PKPM的BIM深化設(shè)計與PC-MES、中控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了鋼筋網(wǎng)片生產(chǎn)的數(shù)據(jù)驅(qū)動與自動物流，以及混凝土輸送、碼垛、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)的自動化作業(yè)，建立了虛實(shí)交互的可視化數(shù)字生產(chǎn)線，全廠工況實(shí)現(xiàn)三維可視化呈現(xiàn)。所有研發(fā)過程均實(shí)現(xiàn)自主可控，部分成果如圖11-19所示。圖11模臺自動清理Fig.11Automaticallycleanedtable圖12機(jī)械手自動畫線Fig.12Themanipulatorautomaticallydrawslines圖13自動噴涂脫模劑Fig.13Automaticdemoldingagentspraying圖14鋼筋片網(wǎng)柔性生產(chǎn)Fig.14Flexibleproductionofsteelbarsheetmesh圖15激光掃描投影質(zhì)檢Fig.15Laserscanningprojectionqualityinspection圖16混凝土智能調(diào)度Fig.16Intelligentschedulingofconcreteproduction圖17自動布料與振搗Fig.17Automaticdistributingandvibrating圖18智能碼垛與養(yǎng)護(hù)Fig.18Intelligentpalletizingandcuring圖19自動物流系統(tǒng)Fig.19Automatedlogisticssystem結(jié)語1)數(shù)據(jù)驅(qū)動的裝配式工廠技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)施工構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化與信息化，顯著提升施工效率與工程質(zhì)量，減少人為失誤與工期延誤。生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時可視化同步，有助于施工現(xiàn)場及時掌握構(gòu)件生產(chǎn)狀態(tài)，縮小PC工廠與工地之間的時空隔閡。該技