叶浩文:智能建造促进建筑工业化发展

  好想爱你        2021-01-13 11:07:43

本期为大家分享“中国建筑学会建筑产业现代化发展委员会2020年学术年会”专家演讲内容。


智能建造的发展,是充分应用BIM、互联网+、物联网、大数据、区块链、人工智能、5G移动通讯、云计算及虚拟现实等信息技术与机器人等相关设备,通过人机交互、感知、决策、执行和反馈,尽可能地解放人力,从体力替代逐步发展到脑力增强,从而提高工程建造的生产力和效率,提升人的创造力和科学决策能力,从而真正为中国建造奠定坚实的工业化基础。


对于我国建筑产业发展现状而言,大力发展装配式建筑是推动智能建造与新型建筑工业化融合的重点为此,叶浩文主任委结合企业实践经验,从四个方面分别介绍了其与智能建造融合发展的探索,并对智能建造与建筑工业化融合发展给出九个方面的可行性发展建议。

叶浩文:智能建造促进建筑工业化发展

1、数字设计


(一)基于BIM的正向设计。即利用BIM平台建立统一的三维可视化数据模型,进行各专业协同设计、出图管理,达到专业之间数据无缝衔接,支持多阶段、多参与方的模型协调深化。


BIM设计模型作为主要的设计成果载体,包含设计相关信息,具有可传递性,可在原模型基础上优化,可用于后续阶段,而不要重新建模。设计阶段做好统一模型、统一定位基准、统一命名规则、开展不同专业的建模、实现各专业模型的组装,非常有利于专业协同。


(二)全专业全过程协同设计。


通过发展BIM一体化协同工作模式,各专业设计师在平台共同建模、修改、共享信息、协同设计,同时可在设计阶段将生产、施工、运维进行前置参与,一旦出现设计方案与工厂制造、现场施工冲突,即可在同一参数化信息模型上进行优化设计,提前解决构件生产、现场施工可能会出现的问题,达到构件设计、工厂生产制造和现场安装的高效协调,实现“全员、全专业、全过程”的三全BIM信息化应用,提高效率。


(三)标准化设计


标准化设计是实现一体化数字建造的基础,其原则是模数统一、模块协同、少规格、多组合,各专业需要进行一体化考虑,实现平面标准化、立面标准化、构件标准化、部品部件标准化。


平面标准化的原则:有限模块、无限生长。表现为建立了比例控制、模数协调的系列功能单元模块标准化设计技术,整体方案采用标准化的设计整合,提供通用化模块接口,使各户型之间可进行多样化的组合。


立面标准化的原则:标准化+多样化。比如:饰面多样、模数化的外围护墙板标准化设计技术;窗墙比、门窗比控制下立面分格、排列有序的门窗设计技术;凹凸有致、错落有序、等距控制的预制空调板、阳台组合设计方法;基本装饰部品可变组合,饰面色彩、质感、纹理、凹凸多样的设计技术。


构件标准化的原则:少规格、多组合。表现为基于功能单元的构件尺寸模数协调设计技术,针对客厅、卧室、厨房、卫生间的功能单元模块,运用最大公约数原理,按照模数协调准则、通过整体设计下的构件尺寸归并优化设计,实现构件的标准化设计,便于模具标准化以及生产工艺和装配工法标准化。


部品标准化的原则:模块化、精细化。比如:在标准模块中划分“小模块“,按模数系列设计,结合模数网格确定部品尺寸系列,以比例控制、模数协调的方法建立系列功能单元模块(厨房、卫生间等)的标准化模块设计技术。


叶浩文:智能建造促进建筑工业化发展


2.智能工厂


(一)技术BIM在生产过程的应用


通过智能化数据化,工厂采用集成了各专业各环节信息数据的技术BIM,可将装配式建筑预制构件的设计数据自动传递至生产设备进行智能识别和自动加工。


此外,通过技术BIM将设计信息数据传递至无需人工干预的自动生产线,可自动化完成一系列工序,实现(画线定位、模具摆放、成品钢筋摆放、混凝土浇筑振捣、抹平、养护、拆模、翻转起吊等)生产全流程自动化,无需人脑临场决策的智能化机械手。


(二)管理BIM在生产过程的应用


BIM数据信息可通过生产管理子系统,无需人工二次录入,即可实现工厂生产排产、物料采购、生产控制、构件查询、构件库存和运输的信息化管理。将数据信息从设计传递到工厂各环节,如:


材料采购及库存管理:可通过BIM设计信息,自动分析构件生产的物料所需量,对比物料库存及需求量,确定采购量,自动化生成采购报表。生产过程中,实时记录构件生产过程中物料消耗,关联构件排产信息,库存量数据化实时显示,适时提醒;依据供应商数据库,自动下单供应商。


计划协同和进度管理:可依据BIM模型数据信息,智能进行计划协同和进度管理。实现计划动态调整,将施工进度计划、构件生产计划和发货计划进行及时匹配协调。


可追溯性管理:比如采用二维码或RFID技术,赋予构件唯一身份标识,通过移动端实时采集数据,了进行原材料、生产装配、运输物流、后期运维等全生命周期可追溯性信息管理。


质量管理控制:比如可通过移动端填写质量检验表单,合格后方可进入下一道工序,移动端与系统联动,实现质量检验信息实时反馈。


构件成品堆场智能管理:通过构件编码信息,关联不同类型构件的产能及现场需求,自动化排布构件产品存储计划、产品类型及数量,通过构件编码及扫描快速确定所需构件的具体位置。


物流运输管理:通过智能平台的信息关联现场构件装配计划及需求,排布详细运输计划、构件装配顺序、装车次序、自动规划装载路线、精确预测到达时间、实时监控运输状态。


叶浩文:智能建造促进建筑工业化发展


3.智能施工


(一)数字化施工技术


虚拟实体孪生建造:通过数字虚拟建造,将生产对象、生产要素、管理要素等通过各类终端进行链接和实时在线,并对施工生产、商务、技术等管理过程加以指导、优化,提高工程建造的整体运营效率、管理效率和决策效率等,实现精益实体建造。


基于数字化模型的装配施工:以数字化模型为载体,通过现场装配信息同设计信息和生产信息充分共享与集成,将现场装配和虚拟装配有效结合,实现项目进度、成本、施工平面、施工方案、质量、安全等方面的数字化、精细化和可视化管理。


通过5D-BIM模拟工程现场:有针对性的布置临时用水、用电位置,实现工程各个阶段总平面各功能区的(构件及材料堆场、场内道路、临建等)动态优化配置,可视化管理。


工艺工序模拟及优化:基于BIM三维构件装配模型,对结构构件吊装、支撑、构件连接、安装以及机电其他专业的现场装配方案进行工序及工艺模拟及优化。机电管线的集成化装配。内装部品的装配方案优化,与主体结构装配的工序协同。


(二)智能建造平台


以中建科技装配式智能建造平台为例:通过以BIM信息化模型作为人机交互的载体,并将从设计至运维阶段积累在BIM信息化模型中的数据信息进行利用,将信息融入建造业务管理流程;其底层为经BIM正向设计形成的基础数据层,顶层为人机交互层,通过桌面端和移动端协调运行,最终实现多终端多用户的数据集成。在实际中的应用点包括数据库、项目库、轻量化引擎、构建追溯、进度可视化、集中采购、成本控制、合约管理等各项模块和流程。


(三)建筑机器人技术


中国的建筑业面临着巨大的人工成本压力,以及高危、生产效率低等一系列难题。在既有的现代化技术体系中,最有可能承担起建筑业革新重任的便是AI辅助建造机器人技术。


AI辅助建造机器人选用现有世界先进工业机器人作为主体、机器人底盘采用自供电式军工级履带、机器人的前端工具为复合型工具,这些都是我国在该领域取得的技术突破。而AI辅助建造机器人目前已在轻钢龙骨隔墙装配、异性墙面建造、发泡陶瓷板加工等制造中得到运用。


4.智慧工地


装配式智能建造平台,在智慧工地模块,应该是结合了互联网、物联网、机器学习等尖端信息化手段,实现了远程监控、工程质量、工地安全等功能模块,可对项目进度,质量安全,劳务人员的全方位智能化管理的信息化平台。


举例如:现场质量巡检工作可通过APP在线完成检查、整改与复查循环,同时数据可以自动同步至网页端进行综合分析;针对项目可能存在的安全隐患,相关人员可通过移动端实现质量安全联动检查;依托实名制系统数据库、劳务人员信用系统数据库可对工地人员进行科学调度和追溯管理;AI智能安全行为监管可捕获现场工人信息,最后全过程在云端记录,规范行为;通过移动端APP可实现质量安全联动检查并实时云端;无人机航拍建模、远程监控等模块都可以对工地现场进行智慧管控。


叶浩文:智能建造促进建筑工业化发展


5.发展建议


(一)加强顶层设计和主动引导,分阶段有序推进智能建造产业发展。


加快组织编写智能建造技术发展路线图,将智能建造技术列为国家十四五科技规划中,给出未来10年分阶段发展目标(近期,研发重点应放在“皮实耐用”型建筑机器人,强调对人的可替代性,中长期,在积累一定产业基础,具备充分条件后,推动发展更加智能、高效的建筑机器人)。


(二)鼓励制定智能建造标准。


促进企业尽快系统化制定智能建造产品标准、检验标准,推动智能建造施工标准和现有的工程建设标准体系接轨。


(三)发展数字设计。统筹建筑、结构、机电设备、部品部件、装配施工、装饰装修,推行一体化正向设计。


通过通用化、模数化、标准化设计,积极应用建筑信息模型技术,加快构建数字设计基础平台和集成系统,实现设计、工艺、制造协同,打通从三维设计到工厂及项目的交互数据流,促进数字设计与工厂机器人、智能生产线之间的直接无损交互。


(四)发展建筑设备智能化。加快人机智能交互、工业机器人、3D打印、智能物流管理等技术和智能装备在生产过程中的研发和应用,促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制。以钢筋制安、模具安拆、混凝土浇筑、喷涂、铺贴地砖、安装隔墙板、高空焊接、钢构件下料焊接、隔墙板和集成厨卫加工等生产关键工艺环节为重点,提高智能化和柔性加工技术水平,推进工艺流程数字化和建筑机器人研发和应用。


(五)发展数字化移动终端。开展智能穿戴、智能监测等智能移动终端相关软件APP及硬件的集成创新与应用。对施工现场扬尘、噪音、人员等情况进行实时动态检测、控制和优化管理,提升施工质量和效率,降低安全风险。推进智能技术在工程进度、成本、合同等方便的综合管控,在施工现场环境保护、能耗监测和建筑垃圾管理中的应用。


(六)打造建筑产业平台。积极大力发展建筑产业互联网,通过打通互联网数字信息在建筑工程全过程有效传递的壁垒,打造建立工程总承包项目多参与方协同的智能建造工作平台,实现工程建设项目全生命期管理。强化智能建造上下游间的协同工作,形成涵盖设计、生产、施工、技术服务的产业链服务,实现产业链的协同工作,构建创新产品市场化和产业化机制,开拓“平台+服务”的工程建造新模式。


(七)加强对智能建造产业集群效益和示范推广。对智能建造区域产业政策进行指导,引导产业健康有序可持续发展。鼓励有条件的地区、园区发展智能建造产业集群,引导机器人产业链及生产要素的集中集聚。推动智能建造的生产企业,形成比较完整的产业链。建设若干智能建造产业示范基地,开展应用智能建造项目应用示范工程。


(八)保护知识产权,建立产、学、研、用各方共赢的产业链创新机制。根据智能建造产品研发的特点,整合上下游环节,充分考虑开发主体的投入与收益,推动形成联合开发、成果共享、风险共担的利益共同体。加大知识产权保护,创造更多的应用场景,以需求拉动成果转移转化与产业化。


(九)加大政策和财税支持力度,鼓励智能建造的发展。通过政策扶持、资金补贴、产业培育和应用推广,加速科技成果产业化。加大财政扶持力度,重点提高智能建造企业关键技术与核心部件自主研发项目攻关,大幅提升智能建造水平和产业发展速度。

叶浩文:智能建造促进建筑工业化发展


来源:智建网

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