【摘要】在數字化設計建造技術發展過程中，由于信息架構、管理層級、工作模式的差異，在二三維設計成果的施工階段承接、安裝信息在運維階段的承接等方面較難在參建方間形成良性閉環。本文提出建立以建筑數字化設計＋智慧建造的集成應用體系，以實現生產端至應用端的全產業鏈集成。在設計環節通過建立現代產業化建筑設計標準、構件庫及配套工具，實現數字化標準設計。在生產體環節通過研發與數字化設計成果相配套的工法設備實現數字化成果的直接轉化。采用基于離散化的數據管理模式，在標準數據共享下采用各階段分層獨立管理、層間編碼互通的方式，兼顧多平臺間的獨立性與互通性，實現數字化設計成果的全過程無縫承接與產業鏈數字化集成。

　　【關鍵詞】數字化建造；產業化建筑；集成平臺

　　引言

　　經過多年數字化設計建造全過程工程實踐，三維ＢＩＭ相關技術已逐步成熟，多個應用難點通過集中攻關已取得一定的成果。如在設計階段，通過三維ＢＩＭ平臺及二次開發［１］，能完成滿足加工精度的建造信息模型。在鋼結構建造過程，通過焊接機器人，實現焊接、上下料、磨削拋光等作業應用［２］，并通過定制化的控制系統數據銜接，實現構件深化模型的精細化建造。在裝配式建造構件加工制造過程，采用３Ｄ打印技術已具有一定的實用性［３］。

　　１數字化設計施工集成體系

　　基于目前行業多參與方、多工種協作發展模式，本文提出一種設計—建造—交付運維全過程數字化銜接集成體系。該體系的核心，是通過全過程需求反饋與關鍵節點雙向串聯，建立現代產業化設計體系，建立與數字化設計相適應的先進制造工法與生產管理手段，建立設計手段與生產手段的信息化協同平臺，通過數字化交付實現運維階段承接，形成實施全過程的信息化集成和全產業鏈信息閉環，關鍵節點串聯模式見圖１所示。該體系的主要組成有：

　　（１）數字化設計體系，含適用于產業化建造的建筑設計方法、構件庫、戶型組合庫、項目設計管理體系、模型數據標準等；

　　（２）智慧建造生產體系，含與數字化設計成果相適應的定位放樣、數字化吊裝、３Ｄ打印、產業化施工工法等；

　　（３）產業鏈集成應用，含數字化預拼裝、設計深化平臺、智慧工地與多方管理平臺、智能加工運輸及物聯追蹤協同管理平臺等；

　　（４）建筑全周期運維，含施工模型交付標準與運維信息轉換標準、數字化運維架構與應用軟硬件平臺等。

　　２數字化設計體系

　　隨著建筑功能的日益復雜和建造水平的日益提升，通過符合需求的技術整合形成數字化設計體系是目前設計行業信息化中后段的著力點。本文針對現代產業化的建筑設計相關方法理論及實踐，提出目前設計體系中的四大主要環節并針對各環節形成相應的技術集成實現。

　　（１）現代產業化建筑設計原則、設計標準，解決了滿足現代人居要求的產業化設計理論與設計原則，見圖２，通過滿足產業化需求的模組化設計和信息互通原則，為后續生產體系奠定數字化的信息基礎。

　　（２）建立適用于產業化建造的各類建筑一體化

　　節點構造、圖紙表達與實施。在工程實踐過程中，防水、保溫、裝飾層的建造整合，利用數字化技術進行裝飾工程的深化設計，對板縫節點、板材穿管節點、板材固定連接節點、吊頂燈具節點等各種交接節點進行深化，實現工廠的準確預制加工，最大程度發揮總承包單位對資源整合能力，有效發揮集成建造的優勢。

　　（３）數字化設計的設計方法、成果三維表達方式、項目協同與信息交互、軟件及輔助工具研發，通過數字化技術進行設計原則的封裝，為長效應用與多元應用提供支持。針對協同、建模、拆分、計算、出圖的技術解決方案，建立建筑工程信息模型制圖、交付與應用標準，總結形成全過程成套技術標準。將裝配式構件詳圖集成到部品庫中進行三維模型建模，實現了二維圖紙與三維模型的統一，為設計與施工各階段建筑信息應用提供了重要技術支撐。

　　（４）針對全過程正向設計和數據共享，編制適用企業項目的管理標準和技術標準，解決企業在推廣ＢＩＭ技術中控制設計質量和提高標準化程度的問題，解決企業數字化設計項目管理和模型標準問題，提升數字化設計的質量和效率。

　　３智慧建造生產體系

　　在現代化建造過程中，針對高難度、高精度節點施工技術，本文也展開了相應的施工工法實踐與研制，研究適用于現代信息技術的先進工法。上述新型工法有效承接了數字化設計成果，并在新型工業化建造中，通過信息化管理平臺進行一體化集成，實現數字化三維設計＋先進工法＋施工管理平臺三者相結合，解決實施問題，具體包括以下兩個內容：

　　（１）基于３Ｄ打印的現代先進加工裝備及其生產體系針對工業化建造的模式，本文研制ＲＣ柱、ＲＣ梁、ＲＣ節點的３Ｄ打印的新型建筑工業化建造設備，并通過配套的數字化下料、吊裝定位、測量等輔助軟硬件設備、編制工藝流程通用標準和平臺，實現了數字化成果與建造的統一，在某多層住宅中開展應用試點，見圖３。

　　（２）數字化的總承包管理體系及工藝管理平臺在傳統計劃管控下難以實現較大體量和復雜結構多體系、多部門的聯動，同時工程參建各方工程項目管理人員、各專業分包、建設單位難以高效溝通，對施工時間與施工成本的控制造成較大負面影響，不利于進度、質量、安全的高效有序管理。

　　４設計體系與生產體系的一體化集成

　　在工程實踐過程中，設計成果與建造過程管理的有機結合是充分發揮工程總承包價值的體現，也是集成體系的核心所在。因此，通過采用深化模型＋數據表的形式，能有效地將建造數據正向傳遞至下游，建立中心化協同管理平臺，配合施工階段采用虛擬樣板、機電安裝綜合管線數字化模擬與加工等多個技術進行研究，實現復雜管線建造、數字化放樣與智能加工、數字預拼裝與施工模擬等全方位保障技術，研發配套軟件，為實現復雜工程建設提供技術支撐，典型應用有設計建造的數字化管理集成和全過程虛擬孿生集成。４??１設計建造數字化管理集成高度集成化是建筑產業化的一大特點，在運用數字化技術進行建筑設計、加工、施工的整個過程中，模型信息如何有效地傳遞到后續工業化生產體系中，是建筑產業化的一大要點。

　　４.２設計建造的全過程虛擬孿生集成

　　隨著經濟技術發展與建筑工程復雜程度日益提高，不可避免地出現一些超高層、大型復雜、結構施工困難、建筑造型獨特的建筑，此類項目的建筑施工是一個高度動態的過程，采用傳統的設計方法無法考慮施工過程中可能出現的各類情況。采用設計建造過程數字化模擬分析，可以對現場施工進行提前預演，其意義在于：

　　（１）發現施工過程中可能出現的最不利工況以及各類安全隱患，并及時給出解決方案，從而保障建筑施工階段的安全可靠；

　　（２）指導現場施工找平、構件下料切割尺寸、組立組裝矯正等工藝流程；

　　（３）設立施工關鍵階段的預警值；

　　（４）數字化施工模擬分析與現場建造過程的實時監測數據進行對比，為施工現場的建筑安全和工人安全保駕護航。本文在大疆天空之城超高層建筑塔樓項目中，通過物聯網技術進行工地現場的數據采集，并對其進行數據處理，最終通過智能算法實現對人、機、料、法、環等各要素的精細化管理，實現對有效數據的智能處理，為項目各要素的精細管理提供依據（圖６）。

　　５數字化建造平臺集成研發

　　目前在工程建造分階段均有各類型的數字化平臺，然而在實際工程實踐中，無論在流程層面、權限層面還是數據層面，平臺之間均存在不同程度的斷層。本文認為，工程建設的復雜程度決定了多平臺有其必要性，但平臺整合對工程推進的作用有限。因此，本文提出采用標準化數據體系，通過設計協同施工，將具有共性的數字化成果通過ＢＩＭ模型實現統一。除此以外，采用基于離散化的數據管理模式，各階段數據采用多個獨立分層維護，層間采用基于ＩＤ互通的方式，兼顧多平臺間的獨立性與互通性。基于該模式，本文主要圍繞設計深化平臺、集成管理平臺、物聯管理平臺開展相應的應用實踐。

　　總結

　　本文針對設計—建造—運維三階段中的產業化設計方法邏輯、數字化加工、數據標準及轉換等關鍵應用環節，通過工程總承包等方式進行需求反饋與集成，聯合設計—建造—運維提出并完善了全過程數字化集成應用體系，在工程實踐中，將目前建筑ＢＩＭ應用從點狀應用進一步鋪開，形成串聯多方、涵蓋多專業多工種的帶狀、面狀工程實踐應用，取得了一定的經濟效益和社會價值。

　　參考文獻

　　［１］焦柯，楊遠豐，周凱旋，等．基于ＢＩＭ的全過程結構設計方法研究［Ｊ］．土木建筑工程信息技術，２０１５，７（５）：１?７．

　　［２］王田苗，陶永．我國工業機器人技術現狀與產業化發展倡議［Ｊ］．機械工程學報，２０１４，５０（９）：１?１３．

　　［３］肖緒文，田偉，苗冬梅．３Ｄ打印技術在建筑領域的應用［Ｊ］．施工技術，２０１５，４４（１０）：７９?８３．

　　［４］方速昌，張世宏，吳鍵，等．基于ＢＩＭ技術的電纜敷設安裝施工技術［Ｊ］．施工技術，２０１８，４７（Ｓ４）：９８６?９８９．

　　［５］楊新，焦柯．基于ＢＩＭ的裝配式建筑協同管理系統ＧＤＡＤ?ＰＣＭＩＳ的研發及應用［Ｊ］．土木建筑工程信息技術，２０１７，９（３）：１８?２４

　　焦柯１杜佐龍２楊新１方速昌２莊志堅３