智能建造與建筑工業化協同發展

楚英元 2021年9月17號

智能建造與建筑工業化協同發展

楚英元  八冶建設集團有限公司第一建設公司 730101

摘要

    建筑行業是國民經濟的支柱產業之一,在國民經濟的發展中占有重要的作用。但另一方面,我國正在大刀闊斧的進行建設,強勁的需求動力仍在持續,而產業卻面臨著環境污染、勞動力不足以及產業內技術含量低的問題。我國工程建設產業產業化的方向,對實現產業變革,高度化和可持續發展起到了決定性作用。

1、引言

建筑工業化經常與“新類型”一詞一起出現,住建部辦公廳印發智能建造與新型建筑工業化協同發展可復制經驗做法清單中指出:各地要圍繞數字設計、智能建造、智能施工等方面積極探索,研究和推動智能建筑協作發展和工業化,以取得巨大成功[1]。

它被定義為用現代生產、運輸、安裝和科學生產管理技術取代傳統建筑行業中雜亂、低效和低水平的手工業技術?梢钥吹,如果要實現綠色建筑,智能建筑和工業化是一種途徑,且建筑的工業化范圍更廣,還包括建筑設計標準化、建筑制造工廠、建筑機械化和科學管理組織等。

簡單來說,即讓建筑業能如流水線一般流程化、標準化的開展,這就不單是采用先進的技術、優化工藝、科學合理地組織施工,更有必要制定一個統一的彈性模數和重要的基本標準(模塊協調、公差和調整、合理的建筑參數、連接等),并有一定規模的建筑工具產業作等前提。

2、建筑工業化的必然性

2.1、建筑工業化順應時代發展的必然結果

2.1.1我國發展低碳經濟不可避免的要求

根據我國低碳經濟的要求,建筑工業化是傳統建筑方法的轉變,提高效率和質量,同時有效地減少能源和能源消耗,實現節能和減少排放。這是我國發展低碳經濟不可避免的要求。

2.1.2應對人力資源短缺和勞動力成本持續上升的需要

應對人力資源短缺和勞動力成本持續上升的問題;隨著社會老齡化趨勢的持續加速,年輕和中年勞動力供應將變得越來越稀缺,使得建筑業所具有的“危、繁、臟、重”屬性,難以吸引年輕勞動力。而建筑工業化通過引入新技術、科學統籌施工環節,不單可以提升效率,降低人工成本,更能夠提升建筑業“重塑”自我形象,為建筑業吸引更多人才。

2.1.3縮短施工周期的需要

縮短施工周期;建筑工業化不單優化施工環節、引入新興設備以提高效率,這也意味著,當摩天大樓的基礎還沒有被挖掘出來的時候,建筑的頂部或其他混凝土元素已經在工廠制造出來了,相較于傳統的現場預制混凝土,將會更快、更安全。

2.1.4推動智慧城市的建成,擴大整合和創新的新技術應用的需要

推動智慧城市的建成,擴大整合和創新的新技術應用,如信息建模(BIM)、互聯網、大數據、云計算、移動通信、人工智能和構建集成過程,這些技術讓后期的建筑物越發的智能化,更有利于城市的統籌規劃與日常管理。

建筑工業化可以說它并不是什么新理念,早在20世紀50年代,我國就開始在推行。近年來,由于建筑業“用工荒”、施工現場環境污染、質量不達標等問題,而推陳出新、不斷完善,融入BIM、建筑機器人、物聯網等新的技術,相信未來建筑工業化定大有可為[4]。

3、我國建筑工業化發展存在的問題與思考

目前,我國的建筑設計和建設技術水平已接近或接近發達國家的技術水平。根據可持續發展的需要,建筑技術需要積極研究建筑業的現代化和工業化。建筑是建筑業現代化的一個重要方面。裝配式混凝土結構的建筑工業化特征是顯而易見的,我們需要加強研究、開發和推廣,但我們也需要研究和推進單個系統的工業化,并加強對鋼制結構的應用[2]。

3.1裝配式混凝土結構體系特點與存在的問題[3]

裝配混凝土結構有許多好處,如裝配部件的生產、現場工作減少和現場污染減少。但是,近年來,在推進方面仍有以下問題需要解決,需要進一步推進、推廣和應用。

3.1.1建造成本

至于預制鋼筋混凝土結構,由于目前市場上對預制鋼筋混凝土構件的需求很小,裝配件沒有像工業產品那樣大量加工或生產,因此裝配件的生產成本并不反映“工廠加工”優勢。此外,裝配件還需要額外的成本來連接節點、額外的運輸成本,還需要更多技術要求高的現場建筑設備和人員。因此,在我的國家,建造鋼筋混凝土模型的成本相對于現澆結構的成本要高。

高成本是推廣和應用混凝土建筑的主要缺點之一。這還導致目前的混凝土建筑主要用于公共住房建設,這只能通過政府的鼓勵、支持和補貼政策來實現,而這些政策是以試點項目的形式實施的。但我們也必須對成本問題有科學的了解。隨著勞動力成本的進一步增加,組裝部件的標準化生產和商業化以及組裝混凝土結構的逐步推進,組裝混凝土結構被比較,F場現澆結構的成本差異將逐漸減少,毫無疑問,裝配式混凝土結構將具有更大的市場面積。

3.1.2模數化、標準化與多樣性

對于預制建筑,應首先進行設計和標準化設計,以便于裝配式工廠的生產更容易,盡可能減少成本,并使工程項目和建筑企業的建設和安裝更容易。制度化和標準化的設計可以在工業建筑中很好地實現,但是如何在民用建筑中調制和標準化是我們必須積極研究和發展的工作。在推進預制建筑方面,我們必須在調制和標準化方面做得很好,但我們也必須考慮到標準化和建筑之間的關系。功能需求。發展建筑物的工業化不能限制建筑物的多樣性;同樣,如果沒有標準化,多樣性的重點就不應該發展。

裝配建筑物生產的部件需要開發一種結合標準化和模塊化的生產方法。大多數構件的生產和處理以標準化的方式進行,少量的構件可以單獨處理。標準化生產構件可以大大提高效率和降低成本,這符合建筑工業化的發展方向;個性化的構件生產可以與建筑的多樣性相匹配,個別的構件處理必須和處理一樣。還有鋼鐵結構元素的生產。裝配件的制造。根據藍圖的要求,企業處理和生產不同大小和類型的構件。

圖1 模架支設圖

3.1.3預制率和裝配率

目前的工業建筑評價系統關注的是建筑的裝配率和預制率,并認為符合特定裝配率和預制率的建筑是工業建筑。然而,在決定制造和組裝速度有多快時,應充分考慮建筑的特點。在設計預制建筑時,可以使用組裝和安裝的模式,而不是僅僅為了滿足裝配要求而制造組裝,這會增加成本和成本。

此外,如果工廠生產的數量和組裝速度過高,在建造過程中還會出現其他問題。例如,高樓大廈可能會增加施工時間,因為在高海拔地區組裝大型部件需要很長時間和困難;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儲空間;在城市里,大型裝配部件的運輸可能會造成交通堵塞和不能忽視的碳排放,這些問題需要全面處理。

 

圖2管道預安裝圖

3.1.4國外體系引進

預制房屋來自國外,也從國外進口到我國。但事實上,不同國家的國家條件和政策是不同的,盲目模仿現有的理論系統不一定適合我國的情況。

歐洲國家有裝配工業,但大多數國家不是地震區,對地震特征的要求很低,主要用于低層住房。新加坡擁有有限的土地資源,擁有成熟的高樓住宅,由鋼筋混凝土組裝而成的建造技術,但其發展的主要原因是擺脫了大量外國勞動力對單一系統的需求,新加坡也不需要考慮地震穩定性。為了滿足日本的地震安全要求,其高架式混凝土骨架結構使用了能源消耗技術,建設成本相對較高。這些外國系統并不完全符合中國的國家條件,因此它們不能簡單地從研究和發展成果中學習。

盡管許多發達國家在長期發展之后發展了成熟的建筑技術和完善的生產模式,但由于國家和政策的差異,每個國家都走上了適合本國的建筑工業化道路。在我們的國家,建設工業化還處于早期階段,我們必須仔細考慮發展和工業化的道路,結合不同的國內經濟條件、結構要求和建設方法,而不是盲目地使用外國匯編系統。

3.1.5設計軟件與設計效率

目在裝配式混凝土結構的設計中,沒有成熟的商業軟件可以使用。規劃者繼續使用傳統軟件根據單個結構的設計方法進行設計,然后按照裝配線的要求分解電路。構件(或專業公司)。第二個深水工程(這種設計方法不允許根據標準化要求充分考慮制造結構的特性,這導致以后出現了大量非標準構件和復雜節點,增加了制造構件、建筑和安裝的難度,以及設計效率低下,設計的大負荷。

3.1.6現場施工安裝

由于施工技術和施工設計與傳統的現澆結構之間的巨大差異,組裝和安裝混凝土結構的過程相對復雜,有時建設周期甚至比現澆結構慢。具體來說,若干過程,如部件運輸、堆疊方法、垂直起重機運輸、安裝工作面、臨時固定部件和節點連接,必須科學地組織和管理,以減少手工操作,否則將需要很長時間,無法反映周期短的混凝土建設時期。

 

 

 

圖3 現場安裝智慧指導施工圖

3.2、現澆結構體系在工業化方面應解決的問題

對于使用現代現澆技術的現澆系統,我們還必須考慮更高程度的工業化建設方法。目前,單一系統中的混凝土很早就形成了工廠生產和商業分配的工業方式。但是石膏板(膠合板)和鋼筋需要在建筑工地處理,這需要大量的人力和制造大量的建筑垃圾。因此,我們必須在現場提出新的澆注要求,一個符合建筑工業化要求的地方系統,F場現澆結構的工業化是解決目前在建筑工地處理石膏板和鋼筋的問題,以及減少現場勞動力和建筑成本。與混凝土結構相比,這種現澆結構的現代技術可以被看作是將混凝土從工廠轉移到建筑工地。它還具有“四節一環!钡奶卣,并保持一個單一的結構。良好的結構完整性可以避免復雜的連接過程和組裝混凝土結構。如果單一結構想進一步發展工業化,它必須集中精力解決以下問題。

3.2.1新型模板

傳統的散裝竹膠模板消耗了大量的竹制和木材資源。雖然它在低價方面有優勢,但在廢墟中噪音很大,安裝和拆除過程需要大量的時間和工作量,而且轉速很短,多次使用使回收變得困難。新的廣泛使用的模板,如大模板和滑升模板、爬升模板,可以大大提高建筑效率,減少現場支模拆模的工作量;炷恋钠矫嬉埠芨,達到清潔或接近清水混凝土墻面;炷翂τ行У胤乐沽撕笃谑┕さ臐窕,機械化建筑的程度很高,但大模板無法有效地解決樓蓋結構模板的問題。作為一種新的模板,開發的鋁合金復合材料具有輕量級、高強度、周轉次數高和光滑的混凝土表面等特征。此外,鋁合金模板的生產在工廠完成,在建筑工地不需要切割、切割或切割,幾乎沒有污染。盡管這種新型鋁合金復合模板的一次性生產投資相對較高,但考慮到其全部成本,它在未來的應用前景將非常好。在超高建筑工地,一個由國內大型建筑企業駕駛的工業建筑平臺和設備綜合平臺解決了鋼制結構、塔式起重機、鋼制結構和澆筑混凝土的問題,但目前的體系并不好。因此處理成本太高,需要解決綜合工業建設平臺的普遍性。

3.2.2成型鋼筋驗收

集中處理和鋼筋的分布可以有效地降低建筑工地的工作量和污染,并提高整體結構的工業化程度。根據最新的驗收規范和技術規范的指導,它將在集中加工配送模式下促進和使用鋼筋方面發揮非常好的作用。然而,對鋼筋成形材料的檢查和驗收仍然不能作為完全符合鋼材產品的資格證方式進行。有時必須抓住成型的鋼筋來驗收。這將不可避免地對集中加工配送產生重大影響。此外,必須建立嚴格的質量管理和產品認證制度,以集中加工配送鋼材,以完全消除在不同地方出現的“細鋼條”等質量問題。

3.2.3水資源浪費與噪聲污染

單一的結構符合鋼筋和模板工業化的要求以后,它還必須解決水廢物和現場噪音污染的問題。在許多建筑工地的混凝土硬化過程中,人們對水資源的再利用注意力不足,導致水資源的效率低下,混凝土澆筑時的噪音和震動太大,造成了嚴重的噪音污染,在城市建設上這兩個問題需要特別注意。應根據綠色建筑的要求,合理利用水資源、降低和控制噪聲應得到加強。

3.2.4鋼結構體系在工業化方面面臨的問題

鋼結構建筑的梁、柱和建筑結構的其他部件都是在工廠加工和生產。構件只需要用螺栓固定或手工焊接即可。它有高工業化、輕重量、高強度和短期建設的好處,所以它也是一種具有工業特征的建筑的極端結構系統。在一些國家,建筑工業化正處于成熟階段,如美國、加拿大、日本和其他國家,大多數國家使用鋼結構來發展建筑的工業化。在過去的十年里,我國的鋼結構發展得非?,其使用范圍和使用范圍迅速改善。但是,當鋼制建筑在我國大片地區推廣和應用時,也會遇到一些問題。

3.3建造成本

與傳統的現澆混凝土結構相比,鋼結構建筑的成本略高一些,因為鋼結構建筑的組成部分主要是根據訂單和生產的技術項目生產的,需要第二次深化設計。構件是非標準的,無法處理。標準化、整體化與批量化的實施導致了一些更高的處理成本。在建造和安裝鋼材方面,提升設備投資相對較大,安裝設備質量要求很高,項目管理要求高,也增加了工程成本。但是,考慮到我國目前鋼鐵生產能力過剩和鋼鐵價格不斷下降,鋼鐵結構應該有良好的發展前景。

3.4鋼結構設計隊伍

與傳統混凝土結構的計算強度相比,能夠更好地設計鋼結構的國內工程技術團隊仍然有點弱,特別是在設計鋼結構時,必須考慮到整體穩定性和當地結構和部件的穩定性。此外,設計組件的聯合連接等問題相對復雜,因此設計人員更喜歡設計混凝土結構,這導致建筑項目中使用的鋼結構比例相對較低。

3.5現場焊接作業

最廣泛使用的鋼結構系統是框架系統。在工程應用程序中,梁與柱連接的節點現在使用了螺栓焊接接頭,即梁和柱墻由高強度螺栓連接,梁和柱架與坡口連接。在建筑工地有大量的焊接工作要做,必須制定減少現場焊接工作數量的連接方法。此外,所有超高建筑的鋼柱都是由厚鋼板制成的,而厚鋼板的連接需要更多的焊接和更高的焊接要求。此外,現場焊接嚴重污染了環境,質量控制也很困難。

3.6鋼結構住宅[5]

為了促進鋼結構的應用,鋼結構住宅的設計是當務之急。然而,由于鋼鐵材料的特性,從鋼結構中推進和使用住宅必須解決防火和防銹問題。然而,目前為止根本沒有解決這個問題;此外,鋼結構建筑的住宅通常使用框架。系統和室內梁和柱的存在會影響性能和視覺效果;鋼結構住宅需要設計一個外部保護結構系統,將結構功能、熱效率和外部裝飾結合起來,但目前還沒有得到很好的解決。上述方面限制了從鋼結構建筑中大規模使用和推進住宅的主要原因。

圖4 鋼結構住宅圖

4、我國建筑工業化發展建議

4.1全面推進多模式建筑工業化工作

我國建設工業化的發展需要改變其思維方式,而建設工業化的工作必須按照多樣化模式的混凝土結構、現澆結構和鋼結構系統結合全面推進。在推進建筑工業化的過程中,主管政府部門應根據全面市場和技術研究的前提,以及通過工業管理制定指導方針和實施結論,在高層設計工業化建筑。確定正確的發展方向,強調建設工業化的風格,強調合作設計模式,如混凝土結構、現澆混凝土結構、鋼結構等。

4.2加強研發與工程示范應用

在政治支持下,所有科研機構、大學、企業和工業聯盟應在國家“綠色建筑與工業化”的關鍵特別項目的框架內合并研究和發展,加強關鍵部位和特殊部件的技術研究與開發,專注于工程項目,應用試點項目和改進相應的標準系統。對于裝配式結構系統,需要加強對結構部件、組裝技術、標準化應用技術、模塊化生產技術、BIM信息化技術、現場施工和安裝技術、批量化生產、整體化安裝等技術;現澆結構應加強對商品混凝土生產、新型鋁合金模板、鋼筋加工和連接技術、工業結構整合平臺等的研究;鋼結構必須加強新型連接節點、設計、制造和安裝、BIM集成研究應用技術、復合外掛墻板技術等。

4.3注重市場化引導

當所有地區和企業發展工業化建設時,必須依靠政治支持,但也必須關注市場導向的建議。在促進和發展方面,必須根據當地條件采取行動,不同的工業建筑系統根據不同類型的建筑選擇,以獲得更好的社會和經濟效益,同時提高企業的市場競爭力。例如,可以在多層住宅、多層車庫和物流倉庫、大型購物中心和諸如此類的地方使用裝配式結構建筑,在大型的公共建筑、工業化建筑、住宅等建筑中經常還會使用鋼結構。

在設計裝配系統時,每個企業的配件的自動生產工廠必須向公眾開放,以提高其使用效率,而不僅僅是作為子公司的生產基地。裝配廠不僅要大規模生產標準化部件,還要根據設計圖生產和處理特定部件,并及時提供建造場地所需的部件。只有通過標準化生產和面向市場的供應,才能有效地降低裝配式結構系統的成本,提高市場競爭力。

4.4推進建筑工業化全產業鏈建設

實踐表明,建筑工業化應該是整個生產鏈的工業化,從建筑設計、生產、運輸和分配、建筑和安裝到驗收和使用。為反映建筑工業化的特征,我們必須堅定工廠化生產這一環節在建筑設計中發揮的主導作用,集中在工廠加工生產關鍵環節和完全實現“四節一環!苯ㄔO和安裝通信和利用信息技術實現無縫連接, 以降低資源消耗,降低環境污染,減少勞動密集型。在建筑設計過程中,應在不同的工業建筑體系中運用不同的建筑設計方式,以提高建筑設計效果和工程設計水準。在制造過程中,應進一步提高制造效率,降低勞動力損耗,以保證生產質量。運輸分配環節使用了類似于網絡電子商務的現代后勤管理方式,以保證所采購的部件和零件準時和數量合理的運輸,并分配到建筑工地,并且盡量減少在現場堆放。在施工與安裝過程中,應注重提高施工技能與方法,以保證工程項目的品質。中國建設工業化的發展還應提高對BIM技術的運用,并建設一個完善的信息化管理體系,將設計、采購、生產、分配、儲存、建設、金融、經營、管理和其他部門結合起來,信息平臺、信息和資源交換以及有效管理整個建筑過程。

結語

在發展我國建設工業化的過程中,考慮到目前的研究和發展挑戰,再加上我國的建筑技術和目前的經濟發展水平,建議建設工業化的工作能夠在多個制度下按照建筑工業化的特征進行。除了裝配式結構,還需要開發現澆結構和鋼結構系統。專注于工廠加工和生產的發展,減少現場的工作壓力,提高建筑工地的效率和質量,減少建筑工地的污染,以滿足建筑工業的發展要求,實現建筑行業的工業轉型和技術現代化目標。審查和分析裝配式混凝土結構、現澆結構和鋼結構三種體系現有工業發展問題,并提出關于我國建設工業化的建議:

1、政府必須全面推動多模建設產業化,從而引領工業建設進入正確的發展模式;

2、加強技術研究、開發和工程的試點應用,提高相關標準和規格,并提供技術支持以促進建設工業化;

3、注意市場導向,在主管政府部門的支持下,應根據每棟建筑的特點調整措施并促進建筑物的工業化;

4、促進整個生產鏈的工業化建設,從建筑設計、生產、運輸和分配、建筑和安裝到驗收和使用。

 

參考文獻

[1]住房和城鄉建設部.關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見[EB/OL].(2020-07-03)[2021-01-30].

[2]廖玉平.加快建筑業轉型 推動高質量發展——《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》解讀[J].住宅產業,2020(9):10-11.

[3]陳鵬,惲燕春,丁泓.大型疊合樓板在裝配式框架結構中的高效應用[J].施工技術,2019,48(16):18-22,38.

[4]毛超,彭窯胭.智能建造的理論框架與核心邏輯構建[J].工程管理學報,2020,34(5):1-6.

[5]樊驊,夏鋒,駱念親.工業化住宅建設中的數據傳遞技術研究[J].住宅科技,2016,36(5):22-26.

 

作者聯系方式:楚英元、730101、甘肅省蘭州市蘭州新區經十四路緯二十六路八冶基地、八冶建設集團有限公司第一建設公司、收件人 楚英元;164931356@qq.com

 

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