智能建造与建筑工业化协同发展

楚英元  八冶建设集团有限公司第一建设公司 730101

摘要

    建筑行业是国民经济的支柱产业之一，在国民经济的发展中占有重要的作用。但另一方面，我国正在大刀阔斧的进行建设，强劲的需求动力仍在持续，而产业却面临着环境污染、劳动力不足以及产业内技术含量低的问题。我国工程建设产业产业化的方向，对实现产业变革，高度化和可持续发展起到了决定性作用。

1、引言

建筑工业化经常与“新类型”一词一起出现，住建部办公厅印发智能建造与新型建筑工业化协同发展可复制经验做法清单中指出：各地要围绕数字设计、智能建造、智能施工等方面积极探索，研究和推动智能建筑协作发展和工业化，以取得巨大成功^[1]。

它被定义为用现代生产、运输、安装和科学生产管理技术取代传统建筑行业中杂乱、低效和低水平的手工业技术。可以看到，如果要实现绿色建筑，智能建筑和工业化是一种途径，且建筑的工业化范围更广，还包括建筑设计标准化、建筑制造工厂、建筑机械化和科学管理组织等。

简单来说，即让建筑业能如流水线一般流程化、标准化的开展，这就不单是采用先进的技术、优化工艺、科学合理地组织施工，更有必要制定一个统一的弹性模数和重要的基本标准(模块协调、公差和调整、合理的建筑参数、连接等)，并有一定规模的建筑工具产业作等前提。

2、建筑工业化的必然性

2.1、建筑工业化顺应时代发展的必然结果

2.1.1我国发展低碳经济不可避免的要求

根据我国低碳经济的要求，建筑工业化是传统建筑方法的转变，提高效率和质量，同时有效地减少能源和能源消耗，实现节能和减少排放。这是我国发展低碳经济不可避免的要求。

2.1.2应对人力资源短缺和劳动力成本持续上升的需要

应对人力资源短缺和劳动力成本持续上升的问题;随着社会老龄化趋势的持续加速，年轻和中年劳动力供应将变得越来越稀缺，使得建筑业所具有的“危、繁、脏、重”属性，难以吸引年轻劳动力。而建筑工业化通过引入新技术、科学统筹施工环节，不单可以提升效率，降低人工成本，更能够提升建筑业“重塑”自我形象，为建筑业吸引更多人才。

2.1.3缩短施工周期的需要

缩短施工周期；建筑工业化不单优化施工环节、引入新兴设备以提高效率，这也意味着，当摩天大楼的基础还没有被挖掘出来的时候，建筑的顶部或其他混凝土元素已经在工厂制造出来了，相较于传统的现场预制混凝土，将会更快、更安全。

2.1.4推动智慧城市的建成，扩大整合和创新的新技术应用的需要

推动智慧城市的建成，扩大整合和创新的新技术应用，如信息建模(BIM)、互联网、大数据、云计算、移动通信、人工智能和构建集成过程，这些技术让后期的建筑物越发的智能化，更有利于城市的统筹规划与日常管理。

建筑工业化可以说它并不是什么新理念，早在20世纪50年代，我国就开始在推行。近年来，由于建筑业“用工荒”、施工现场环境污染、质量不达标等问题，而推陈出新、不断完善，融入BIM、建筑机器人、物联网等新的技术，相信未来建筑工业化定大有可为^[4]。

3、我国建筑工业化发展存在的问题与思考

目前，我国的建筑设计和建设技术水平已接近或接近发达国家的技术水平。根据可持续发展的需要，建筑技术需要积极研究建筑业的现代化和工业化。建筑是建筑业现代化的一个重要方面。装配式混凝土结构的建筑工业化特征是显而易见的，我们需要加强研究、开发和推广，但我们也需要研究和推进单个系统的工业化，并加强对钢制结构的应用^[2]。

3.1装配式混凝土结构体系特点与存在的问题^[3]

装配混凝土结构有许多好处，如装配部件的生产、现场工作减少和现场污染减少。但是，近年来，在推进方面仍有以下问题需要解决，需要进一步推进、推广和应用。

3.1.1建造成本

至于预制钢筋混凝土结构，由于目前市场上对预制钢筋混凝土构件的需求很小，装配件没有像工业产品那样大量加工或生产，因此装配件的生产成本并不反映“工厂加工”优势。此外，装配件还需要额外的成本来连接节点、额外的运输成本，还需要更多技术要求高的现场建筑设备和人员。因此，在我的国家，建造钢筋混凝土模型的成本相对于现浇结构的成本要高。

高成本是推广和应用混凝土建筑的主要缺点之一。这还导致目前的混凝土建筑主要用于公共住房建设，这只能通过政府的鼓励、支持和补贴政策来实现，而这些政策是以试点项目的形式实施的。但我们也必须对成本问题有科学的了解。随着劳动力成本的进一步增加，组装部件的标准化生产和商业化以及组装混凝土结构的逐步推进，组装混凝土结构被比较。现场现浇结构的成本差异将逐渐减少，毫无疑问，装配式混凝土结构将具有更大的市场面积。

3.1.2模数化、标准化与多样性

对于预制建筑，应首先进行设计和标准化设计，以便于装配式工厂的生产更容易，尽可能减少成本，并使工程项目和建筑企业的建设和安装更容易。制度化和标准化的设计可以在工业建筑中很好地实现，但是如何在民用建筑中调制和标准化是我们必须积极研究和发展的工作。在推进预制建筑方面，我们必须在调制和标准化方面做得很好，但我们也必须考虑到标准化和建筑之间的关系。功能需求。发展建筑物的工业化不能限制建筑物的多样性;同样，如果没有标准化，多样性的重点就不应该发展。

装配建筑物生产的部件需要开发一种结合标准化和模块化的生产方法。大多数构件的生产和处理以标准化的方式进行，少量的构件可以单独处理。标准化生产构件可以大大提高效率和降低成本，这符合建筑工业化的发展方向;个性化的构件生产可以与建筑的多样性相匹配，个别的构件处理必须和处理一样。还有钢铁结构元素的生产。装配件的制造。根据蓝图的要求，企业处理和生产不同大小和类型的构件。

图1 模架支设图

3.1.3预制率和装配率

目前的工业建筑评价系统关注的是建筑的装配率和预制率，并认为符合特定装配率和预制率的建筑是工业建筑。然而，在决定制造和组装速度有多快时，应充分考虑建筑的特点。在设计预制建筑时，可以使用组装和安装的模式，而不是仅仅为了满足装配要求而制造组装，这会增加成本和成本。

此外，如果工厂生产的数量和组装速度过高，在建造过程中还会出现其他问题。例如，高楼大厦可能会增加施工时间，因为在高海拔地区组装大型部件需要很长时间和困难;由于成本限制和管理水平的限制，一些建筑工地可能需要更大的存储空间;在城市里，大型装配部件的运输可能会造成交通堵塞和不能忽视的碳排放，这些问题需要全面处理。

 

图2管道预安装图

3.1.4国外体系引进

预制房屋来自国外，也从国外进口到我国。但事实上，不同国家的国家条件和政策是不同的，盲目模仿现有的理论系统不一定适合我国的情况。

欧洲国家有装配工业，但大多数国家不是地震区，对地震特征的要求很低，主要用于低层住房。新加坡拥有有限的土地资源，拥有成熟的高楼住宅，由钢筋混凝土组装而成的建造技术，但其发展的主要原因是摆脱了大量外国劳动力对单一系统的需求，新加坡也不需要考虑地震稳定性。为了满足日本的地震安全要求，其高架式混凝土骨架结构使用了能源消耗技术，建设成本相对较高。这些外国系统并不完全符合中国的国家条件，因此它们不能简单地从研究和发展成果中学习。

尽管许多发达国家在长期发展之后发展了成熟的建筑技术和完善的生产模式，但由于国家和政策的差异，每个国家都走上了适合本国的建筑工业化道路。在我们的国家，建设工业化还处于早期阶段，我们必须仔细考虑发展和工业化的道路，结合不同的国内经济条件、结构要求和建设方法，而不是盲目地使用外国汇编系统。

3.1.5设计软件与设计效率

目在装配式混凝土结构的设计中，没有成熟的商业软件可以使用。规划者继续使用传统软件根据单个结构的设计方法进行设计，然后按照装配线的要求分解电路。构件(或专业公司)。第二个深水工程(这种设计方法不允许根据标准化要求充分考虑制造结构的特性，这导致以后出现了大量非标准构件和复杂节点，增加了制造构件、建筑和安装的难度，以及设计效率低下，设计的大负荷。

3.1.6现场施工安装

由于施工技术和施工设计与传统的现浇结构之间的巨大差异，组装和安装混凝土结构的过程相对复杂，有时建设周期甚至比现浇结构慢。具体来说，若干过程，如部件运输、堆叠方法、垂直起重机运输、安装工作面、临时固定部件和节点连接，必须科学地组织和管理，以减少手工操作，否则将需要很长时间，无法反映周期短的混凝土建设时期。

 

 

 

图3 现场安装智慧指导施工图

3.2、现浇结构体系在工业化方面应解决的问题

对于使用现代现浇技术的现浇系统，我们还必须考虑更高程度的工业化建设方法。目前，单一系统中的混凝土很早就形成了工厂生产和商业分配的工业方式。但是石膏板(胶合板)和钢筋需要在建筑工地处理，这需要大量的人力和制造大量的建筑垃圾。因此，我们必须在现场提出新的浇注要求，一个符合建筑工业化要求的地方系统。现场现浇结构的工业化是解决目前在建筑工地处理石膏板和钢筋的问题，以及减少现场劳动力和建筑成本。与混凝土结构相比，这种现浇结构的现代技术可以被看作是将混凝土从工厂转移到建筑工地。它还具有“四节一环保”的特征，并保持一个单一的结构。良好的结构完整性可以避免复杂的连接过程和组装混凝土结构。如果单一结构想进一步发展工业化，它必须集中精力解决以下问题。

3.2.1新型模板

传统的散装竹胶模板消耗了大量的竹制和木材资源。虽然它在低价方面有优势，但在废墟中噪音很大，安装和拆除过程需要大量的时间和工作量，而且转速很短，多次使用使回收变得困难。新的广泛使用的模板，如大模板和滑升模板、爬升模板，可以大大提高建筑效率，减少现场支模拆模的工作量。混凝土的平面也很高，达到清洁或接近清水混凝土墙面。混凝土墙有效地防止了后期施工的湿化，机械化建筑的程度很高，但大模板无法有效地解决楼盖结构模板的问题。作为一种新的模板，开发的铝合金复合材料具有轻量级、高强度、周转次数高和光滑的混凝土表面等特征。此外，铝合金模板的生产在工厂完成，在建筑工地不需要切割、切割或切割，几乎没有污染。尽管这种新型铝合金复合模板的一次性生产投资相对较高，但考虑到其全部成本，它在未来的应用前景将非常好。在超高建筑工地，一个由国内大型建筑企业驾驶的工业建筑平台和设备综合平台解决了钢制结构、塔式起重机、钢制结构和浇筑混凝土的问题，但目前的体系并不好。因此处理成本太高，需要解决综合工业建设平台的普遍性。

3.2.2成型钢筋验收

集中处理和钢筋的分布可以有效地降低建筑工地的工作量和污染，并提高整体结构的工业化程度。根据最新的验收规范和技术规范的指导，它将在集中加工配送模式下促进和使用钢筋方面发挥非常好的作用。然而，对钢筋成形材料的检查和验收仍然不能作为完全符合钢材产品的资格证方式进行。有时必须抓住成型的钢筋来验收。这将不可避免地对集中加工配送产生重大影响。此外，必须建立严格的质量管理和产品认证制度，以集中加工配送钢材，以完全消除在不同地方出现的“细钢条”等质量问题。

3.2.3水资源浪费与噪声污染

单一的结构符合钢筋和模板工业化的要求以后，它还必须解决水废物和现场噪音污染的问题。在许多建筑工地的混凝土硬化过程中，人们对水资源的再利用注意力不足，导致水资源的效率低下，混凝土浇筑时的噪音和震动太大，造成了严重的噪音污染，在城市建设上这两个问题需要特别注意。应根据绿色建筑的要求，合理利用水资源、降低和控制噪声应得到加强。

3.2.4钢结构体系在工业化方面面临的问题

钢结构建筑的梁、柱和建筑结构的其他部件都是在工厂加工和生产。构件只需要用螺栓固定或手工焊接即可。它有高工业化、轻重量、高强度和短期建设的好处，所以它也是一种具有工业特征的建筑的极端结构系统。在一些国家，建筑工业化正处于成熟阶段，如美国、加拿大、日本和其他国家，大多数国家使用钢结构来发展建筑的工业化。在过去的十年里，我国的钢结构发展得非常快，其使用范围和使用范围迅速改善。但是，当钢制建筑在我国大片地区推广和应用时，也会遇到一些问题。

3.3建造成本

与传统的现浇混凝土结构相比，钢结构建筑的成本略高一些，因为钢结构建筑的组成部分主要是根据订单和生产的技术项目生产的，需要第二次深化设计。构件是非标准的，无法处理。标准化、整体化与批量化的实施导致了一些更高的处理成本。在建造和安装钢材方面，提升设备投资相对较大，安装设备质量要求很高，项目管理要求高，也增加了工程成本。但是，考虑到我国目前钢铁生产能力过剩和钢铁价格不断下降，钢铁结构应该有良好的发展前景。

3.4钢结构设计队伍

与传统混凝土结构的计算强度相比，能够更好地设计钢结构的国内工程技术团队仍然有点弱，特别是在设计钢结构时，必须考虑到整体稳定性和当地结构和部件的稳定性。此外，设计组件的联合连接等问题相对复杂，因此设计人员更喜欢设计混凝土结构，这导致建筑项目中使用的钢结构比例相对较低。

3.5现场焊接作业

最广泛使用的钢结构系统是框架系统。在工程应用程序中，梁与柱连接的节点现在使用了螺栓焊接接头，即梁和柱墙由高强度螺栓连接，梁和柱架与坡口连接。在建筑工地有大量的焊接工作要做，必须制定减少现场焊接工作数量的连接方法。此外，所有超高建筑的钢柱都是由厚钢板制成的，而厚钢板的连接需要更多的焊接和更高的焊接要求。此外，现场焊接严重污染了环境，质量控制也很困难。

3.6钢结构住宅^[5]

为了促进钢结构的应用，钢结构住宅的设计是当务之急。然而，由于钢铁材料的特性，从钢结构中推进和使用住宅必须解决防火和防锈问题。然而，目前为止根本没有解决这个问题；此外，钢结构建筑的住宅通常使用框架。系统和室内梁和柱的存在会影响性能和视觉效果;钢结构住宅需要设计一个外部保护结构系统，将结构功能、热效率和外部装饰结合起来，但目前还没有得到很好的解决。上述方面限制了从钢结构建筑中大规模使用和推进住宅的主要原因。

图4 钢结构住宅图

4、我国建筑工业化发展建议

4.1全面推进多模式建筑工业化工作

我国建设工业化的发展需要改变其思维方式，而建设工业化的工作必须按照多样化模式的混凝土结构、现浇结构和钢结构系统结合全面推进。在推进建筑工业化的过程中，主管政府部门应根据全面市场和技术研究的前提，以及通过工业管理制定指导方针和实施结论，在高层设计工业化建筑。确定正确的发展方向，强调建设工业化的风格，强调合作设计模式，如混凝土结构、现浇混凝土结构、钢结构等。

4.2加强研发与工程示范应用

在政治支持下，所有科研机构、大学、企业和工业联盟应在国家“绿色建筑与工业化”的关键特别项目的框架内合并研究和发展，加强关键部位和特殊部件的技术研究与开发，专注于工程项目，应用试点项目和改进相应的标准系统。对于装配式结构系统，需要加强对结构部件、组装技术、标准化应用技术、模块化生产技术、BIM信息化技术、现场施工和安装技术、批量化生产、整体化安装等技术;现浇结构应加强对商品混凝土生产、新型铝合金模板、钢筋加工和连接技术、工业结构整合平台等的研究;钢结构必须加强新型连接节点、设计、制造和安装、BIM集成研究应用技术、复合外挂墙板技术等。

4.3注重市场化引导

当所有地区和企业发展工业化建设时，必须依靠政治支持，但也必须关注市场导向的建议。在促进和发展方面，必须根据当地条件采取行动，不同的工业建筑系统根据不同类型的建筑选择，以获得更好的社会和经济效益，同时提高企业的市场竞争力。例如，可以在多层住宅、多层车库和物流仓库、大型购物中心和诸如此类的地方使用装配式结构建筑，在大型的公共建筑、工业化建筑、住宅等建筑中经常还会使用钢结构。

在设计装配系统时，每个企业的配件的自动生产工厂必须向公众开放，以提高其使用效率，而不仅仅是作为子公司的生产基地。装配厂不仅要大规模生产标准化部件，还要根据设计图生产和处理特定部件，并及时提供建造场地所需的部件。只有通过标准化生产和面向市场的供应，才能有效地降低装配式结构系统的成本，提高市场竞争力。

4.4推进建筑工业化全产业链建设

实践表明，建筑工业化应该是整个生产链的工业化，从建筑设计、生产、运输和分配、建筑和安装到验收和使用。为反映建筑工业化的特征,我们必须坚定工厂化生产这一环节在建筑设计中发挥的主导作用,集中在工厂加工生产关键环节和完全实现“四节一环保”建设和安装通信和利用信息技术实现无缝连接, 以降低资源消耗,降低环境污染,减少劳动密集型。在建筑设计过程中,应在不同的工业建筑体系中运用不同的建筑设计方式,以提高建筑设计效果和工程设计水准。在制造过程中,应进一步提高制造效率,降低劳动力损耗,以保证生产质量。运输分配环节使用了类似于网络电子商务的现代后勤管理方式,以保证所采购的部件和零件准时和数量合理的运输,并分配到建筑工地,并且尽量减少在现场堆放。在施工与安装过程中,应注重提高施工技能与方法,以保证工程项目的品质。中国建设工业化的发展还应提高对BIM技术的运用,并建设一个完善的信息化管理体系，将设计、采购、生产、分配、储存、建设、金融、经营、管理和其他部门结合起来，信息平台、信息和资源交换以及有效管理整个建筑过程。

结语

在发展我国建设工业化的过程中，考虑到目前的研究和发展挑战，再加上我国的建筑技术和目前的经济发展水平，建议建设工业化的工作能够在多个制度下按照建筑工业化的特征进行。除了装配式结构，还需要开发现浇结构和钢结构系统。专注于工厂加工和生产的发展，减少现场的工作压力，提高建筑工地的效率和质量，减少建筑工地的污染，以满足建筑工业的发展要求，实现建筑行业的工业转型和技术现代化目标。审查和分析装配式混凝土结构、现浇结构和钢结构三种体系现有工业发展问题，并提出关于我国建设工业化的建议:

1、政府必须全面推动多模建设产业化,从而引领工业建设进入正确的发展模式;

2、加强技术研究、开发和工程的试点应用，提高相关标准和规格，并提供技术支持以促进建设工业化;

3、注意市场导向，在主管政府部门的支持下，应根据每栋建筑的特点调整措施并促进建筑物的工业化;

4、促进整个生产链的工业化建设，从建筑设计、生产、运输和分配、建筑和安装到验收和使用。

 

参考文献

[1]住房和城乡建设部.关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见[EB/OL].(2020-07-03)[2021-01-30].

[2]廖玉平.加快建筑业转型 推动高质量发展——《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》解读[J].住宅产业,2020(9):10-11.

[3]陈鹏,恽燕春,丁泓.大型叠合楼板在装配式框架结构中的高效应用[J].施工技术,2019,48(16):18-22,38.

[4]毛超,彭窑胭.智能建造的理论框架与核心逻辑构建[J].工程管理学报,2020,34(5):1-6.

[5]樊骅,夏锋,骆念亲.工业化住宅建设中的数据传递技术研究[J].住宅科技,2016,36(5):22-26.

 

作者联系方式：楚英元、730101、甘肃省兰州市兰州新区经十四路纬二十六路八冶基地、八冶建设集团有限公司第一建设公司、收件人 楚英元；164931356@qq.com