何 志

Equipment technology 装备技术

装配式建筑设计管理中前沿信息技术的应用研究

何 志

（重庆机场集团有限公司，重庆 401120）

为了解决装配式建筑在设计和管理阶段存在的信息传输问题，本文对前沿信息技术在装配式建筑的设计和管理中的应用进行了探讨。从装配式建筑的设计和装配式建筑的施工管理两个方面，重点阐述了以BIM技术和二维码技术为代表的前沿信息技术的有效应用策略。

装配式建筑；建筑设计；建筑管理；信息技术

0 引言

随着我国建筑领域的不断发展，传统现浇式建筑的不足之处逐渐凸显。为了提升我国建筑领域在国际市场中的竞争实力，装配式建筑应运而生，并逐步得到了推广和应用。与传统现浇式建筑相比，装配式建筑有着施工速度快、施工质量高和消耗资源少等诸多优点，符合现代社会的发展需求。当然，目前装配式建筑在国内的应用还较为有限，这主要是由于信息技术方面的限制。因此，应当对相关的前沿信息技术及应用做进一步的研究。

1 装配式建筑概述

装配式建筑最早在西欧国家开始投入实际应用，相对而言，我国的装配式建筑起步较晚，上世纪80年代才初见端倪。但由于当时缺乏必要的经济条件支撑和技术支撑，因此装配式建筑在上世纪90年代逐渐销声匿迹。直到近年来，随着我国经济社会的不断发展和科技的不断进步，装配式建筑在国内才重新兴起，同时，随着国家相关扶持政策的相继出台，装配式建筑迎来了广阔的发展空间[1]。

装配式建筑的优点较多，具体包括以下几个方面：第一，施工进度更快，由于装配式构件只需提前预制即可，免去了构件加固和现浇的环节，因此构件预制和其他施工过程可同时进行，不需等待构件加固等环节，因此有效节省了施工时间；第二，构件设计标准化，在标准化生产下，构件的误差已经降到了毫米级别以下，有效保证了施工质量；第三，降低成本，由于采用了标准化生产，因此生产效率较高，人工成本和材料成本的消耗也就随之降低；第四，质量高，在构件质量得到保证的前提下，通过高强度螺栓和钢筋等的连接，使得建筑结构具有更好的抗震性能；第五，节能环保，由于大部分生产工作已经预先在工厂完成，因此施工现场产生的垃圾废物也显著减少，降低了施工对环境造成的污染[2]。

当然，由于技术条件的限制，装配式建筑也难免存在着一定的缺点，如拼装难度大、构件无法远距离运输、以及对放线和标高的精确度要求过高等问题。这些问题仍在制约着装配式建筑的推广应用，因此有必要进一步研究。

2 前沿信息技术在装配式建筑设计中的应用

目前，在装配式建筑的设计过程中，BIM技术是应用相对较多的一种前沿信息技术，通常，技术人员会建立和使用基于BIM技术的P-BIM平台，其能够解决设计阶段一体化软件间设计信息缺乏相互操作性的问题。这些技术符合我国建筑领域目前的发展现状，属于BIM技术实际应用的一种重要方式。通过这项技术，不同的设计软件可实现互操作的目标[3]。

2.1 预制构件BIM模型

2.1.1构件库的来源创建

近年来，为了满足装配式建筑的推广应用的需要，有关研究部门在构建标准设计体系的基础上，对预制构件的参数指标等内容都进行了详细的说明。由于这些内容由中国建筑标准设计研究院进行编制，并且经过了相关领域专家的审查通过，因此其具有很高的权威性和通用性，可在实际应用中直接作为参考，装配式建筑的预制构件库也可直接由此创建。

首先，要对构件进行命名，对于构件的命名，要符合行业用户的习惯，保持行业知识的一致性，并采用统一和合乎逻辑的方式来命名，确保检索工作的便利性。其次，要对构件进行有效分类，这是提高工作效率的关键基础。在构件分类方法的选择和分类工作中，同样需要符合行业习惯。最后，在得到构件存储架构后，要按照层级，来对构件类别进行分类，通常，第一层级包括内外墙板、叠合楼板、板式楼梯、阳台板和空调板等，第二层级则是对第一层级中的构件进行细分，如外墙板又可具体分为无洞口外墙、一个窗洞外墙、两个窗洞外墙和一个门洞外墙等。整体来看，这些步骤是提高设计效率的重要前提。

2.1.2参数化设计和建模

在装配式建筑的预制构件的设计、生产和安装各个环节中，都涉及到大量的专业知识，由于这些环节较为复杂，并且与建筑质量和经济效益都有着直接的关联。因此，确保这些环节的精确至关重要。这就需要采用参数化设计与建模的方法，将这些环节中涉及到的专业知识转化为以几何表达式和约束机制的表现形式。通过这些几何表达式，就能够自动生成装配式建筑所需要的重要参数信息，同时这对于生成建筑模型也有着重要的帮助。当然，并非所有的专业知识都能够转化为几何表达式的形式，对于这些具有特殊性的专业知识，如构件材料和规格等，就需要将其以属性定义的方式加入到BIM模型当中。

2.2 利用前沿信息技术建立设计决策支持平台

2.2.1整体模块设计

该设计决策支持平台主要包括以下三个模块：

第一，搜索模块。该模块的主要作用是，通过对构建库中构件的BIM模型和标准空间模型进行整合，并加以多种检索的方法，满足设计人员的实际需要。具体来看，检索方法主要包括电子目录搜索、快速搜索和高级搜索三种模式，电子目录搜索模式能够使设计人员获得构件库内所有的构建模型；快速搜索模式下，只需 在搜索栏中输入关键字，就能够获得满足搜索条件的BIM构件模型和空间模型；而高级搜索能够实现精准搜索，包括通过以材料属性、适用范围和类别等为关键字的搜索方式。同时，由于搜索结果中，分数高的构件模型和空间模型会优先展示，这进一步方便了设计人员的工作。

第二，推荐模块。该模块的主要作用是，通过对相关领域专业知识的有效管理和及时共享，来满足设计人员的工作需要。该模块与上文中的构件模型分值有着紧密的联系，通过构件的BIM模型在设计和施工阶段的实际性能表现，赋予该构件模型分值，因此实现了上文中的构件模型分数由高到低的排列。

第三，评价模块。该模块主要功能是对构件的BIM模型进行全面客观的评价，并将评价结果直接反馈到推荐模块，这对于构建分数起着至关重要的影响。通过评价模块，能够实现对预制构件进行有效的质量管理。同时，由于产品供应商对于构件质量起着决定性的作用，因此，产品供应商也可以向平台上传相关的预制构件BIM模型，在上传后，由平台管理员对这些模型进行审核，并决定是否通过。 除此之外，由于很多既有的大型建筑都具有高度相似的功能空间和布置形式，因此，这些空间模型亦可上传，并为设计人员的工作提供参考，这对于提高装配式建筑设计工作的效率同样有着重要作用。当然，由于这些空间模型已经投入使用，因此不具备反馈的功能。

2.3 构件推荐算法的选择

2.3.1构件推荐算法概述

建筑构件的选择，属于多属性决策问题，其主要是通过构件的属性特征来选择最为适合的构件，但在实际工作中，由于工程环境中存在大量的不确定因素，因此构件的选择难度也较高，很难进行准确的量化评估和确认。在实际工作中，设计人员通常会用自然语言表达判断结果，但这种自然语言表达的方式，会在一定程度上影响工作的精准度。为此，就需要采用构件推荐算法对不确定信息进行处理，将自然语言表达的内容转换为定量的评价内容，这种构件推荐算法采用云模型理论，并结合了闵考夫斯基距离函数，能够对不确定信息实现有效的量化处理。

2.3.2评价指标和权重的分析

在设计阶段，指标的评价工作由建筑设计人员来完成，主要的评价内容包括建模精细度、专业知识嵌入的完整性、构件的性能表现以及创新技术的应用等方面。在基本评价完成后，采用云理论中生成浮动云的方法，形成综合评价云，计算各评价云的距离差，并采用闵考夫斯基距离函数进行处理，得到量化的评价结果，并根据评价结果进行构件产品的排序和优选。在计算分析完成后，被认定有效的标准构件模型将被存储，为今后其他的建筑设计提供参考。

3 前沿信息技术在装配式建筑管理中的应用

3.1 BIM技术与二维码技术的有效结合

除了BIM技术之外，二维码技术也是前沿信息技术中的重要组成部分，其具有信息容量大、成本低廉且容易制作等诸多优点。二维码编码格式很多，在建筑设计中，二维码通常采用QR code编码格式，这种格式与其他格式相比，对于变脏和破损的适应能力更强，符合工程施工环境，因此应用较多。

BIM技术与二维码技术主要通过装配式建筑信息管理平台来实现有效结合，在施工阶段，通过对构件库中模型信息的应用，能够实现信息双向传输，解决以往信息沟通不畅的问题。

3.2 BIM与二维码技术在建筑施工管理中的应用

在预制构件进入施工现场时，现场施工人员通过扫描构件表面的二维码，就可以详细了解构件的参数信息，并对比这些参数信息是否满足实际施工要求，以完成收货操作。通过二维码技术的应用，免去了二次搬运和交叉施工的一系列环节，直接将构件运输到施工现场的指定位置即可，这对于降低劳动强度和加快施工进度都有着重要的作用。

在构件安装时，工作人员通过扫描二维码，就可以直接查看构件的安装说明，以及该构件在装配式建筑中的具体位置，防止出现安装错误。同时，为了确保安装质量管理水平进一步提高，还需要根据相关的标准规范以及建筑的实际设计需要，编制详细的验收标准，形成系统化的质量管理体系，实现对安装质量的更有效把控。

在施工质量检查阶段，管理人员只需要扫描二维码，就可以明确构件安装过程中的操作人员和施工工艺等信息，对工程质量进行全程跟踪，确保构件安装符合要求。同时，通过二维码技术的应用，还能实现构件安装和质量管理的可追溯，当后期出现问题时，可以进行质量责任追踪，避免以往的建筑施工管理工作中出现的相互推诿的问题。

3.3 装配式建筑信息管理平台的设计与开发

3.3.1管理平台整体设计

在管理平台的整体设计中，出于存储空间和信息独立性等方面的要求，通常采用以编码为标识符的方式，对二维码和BIM模型信息进行关联，而其他各部分信息之间则相互独立。使用这种方式，即使模型信息在后期发生了改动，也不需要对二维码进行修改，这在实际工程环境中具有较强的实用性。

具体来看，在平台的设计中，基于Revit模型信息进行设计，并使用插件将数据文件导出，用以图形处理和数据处理。在插件的选用上，通常选用RvtVa3c这种自定义导出插件，这种插件在运行时，能够将平台上的模型信息直接导出为json文件格式，便于后期的应用和开发，并将信息导入到服务器数据库当中。同时，该插件还具备生成构件二维码的功能。但构件跟踪的图片和文字，则仍需要用户手动输入并保存的方式加以实现。

3.3.2网页设计

平台的网页显示部分基于B/S架构，并不需要额外安装其他软件，同时，网页前端只用于数据显示，数据的分析处理则位于服务器后端，因此这种架构的优势较为明显。网页前端的数据显示则通过servlet通信模式加以实现，并使用MySQL数据库进行存储数据，这种数据库体积小、速度快且成本低，实用性较强。

3.3.3平台实际应用流程

（1）在设计好建筑模型后，对构件的基本性能参数、构件跟踪信息和工程人员信息等内容进行确认。

（2）在模型中录入构件相关信息，通过点击构件编码对构件进行直观定位和确认，并根据实际需要，将所需的二维码批量导出到指定文件夹当中。

（3）通过扫描构件上的二维码，上传质检报告等信息，通过这种方式，施工单位管理人员可以随时查看构件的详细信息，避免不必要的风险产生。

（4）在施工阶段和验收阶段，通过扫描二维码信息查看注意事项，以分别完成施工和验收阶段的重要工作。

4 结束语

目前，在装配式建筑的设计与管理中，仍存在着一些阻碍，为此，将前沿信息技术进行有效应用则是解决这些问题的有效途径。这就需要技术人员加强对BIM技术和二维码技术等主要前沿信息技术的进一步研究，并在实践中不断创新，做到各项技术的有效融合应用。同时，在未来的研究中，要侧重于微观层面和细节层面，确保前沿信息技术的更有效应用。

[1]黄婧,陈琴梅,左兴龙.建筑信息技术在装配式建筑中的应用探究[J].山西建筑,2020,46(21):189-192.

[2]孙冰冰. BIM技术在装配式建筑中的价值分析[D].华北水利水电大学,2020.

[3]刘濠,洪洁茹,章梦霞,王锦阳,徐照.结合BIM与二维码技术的装配式建筑信息管理方法研究[J].施工技术,2020,49(02):110-114+118.

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