建筑設(shè)計(jì)管理前沿信息技術(shù)應(yīng)用研究

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摘要：為了解決裝配式建筑在設(shè)計(jì)和管理階段存在的信息傳輸問(wèn)題，本文對(duì)前沿信息技術(shù)在裝配式建筑的設(shè)計(jì)和管理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。從裝配式建筑的設(shè)計(jì)和裝配式建筑的施工管理兩個(gè)方面，重點(diǎn)闡述了以BIM技術(shù)和二維碼技術(shù)為代表的前沿信息技術(shù)的有效應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；建筑設(shè)計(jì)；建筑管理；信息技術(shù)

引言

隨著我國(guó)建筑領(lǐng)域的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑的不足之處逐漸凸顯。為了提升我國(guó)建筑領(lǐng)域在國(guó)際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，裝配式建筑應(yīng)運(yùn)而生，并逐步得到了推廣和應(yīng)用。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑相比，裝配式建筑有著施工速度快、施工質(zhì)量高和消耗資源少等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需求。當(dāng)然，目前裝配式建筑在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還較為有限，這主要是由于信息技術(shù)方面的限制。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)相關(guān)的前沿信息技術(shù)及應(yīng)用做進(jìn)一步的研究。

1裝配式建筑概述

裝配式建筑最早在西歐國(guó)家開(kāi)始投入實(shí)際應(yīng)用，相對(duì)而言，我國(guó)的裝配式建筑起步較晚，上世紀(jì)80年代才初見(jiàn)端倪。但由于當(dāng)時(shí)缺乏必要的經(jīng)濟(jì)條件支撐和技術(shù)支撐，因此裝配式建筑在上世紀(jì)90年代逐漸銷(xiāo)聲匿跡。直到近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，裝配式建筑在國(guó)內(nèi)才重新興起，同時(shí)，隨著國(guó)家相關(guān)扶持政策的相繼出臺(tái)，裝配式建筑迎來(lái)了廣闊的發(fā)展空間[1]。裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)較多，具體包括以下幾個(gè)方面：第一，施工進(jìn)度更快，由于裝配式構(gòu)件只需提前預(yù)制即可，免去了構(gòu)件加固和現(xiàn)澆的環(huán)節(jié)，因此構(gòu)件預(yù)制和其他施工過(guò)程可同時(shí)進(jìn)行，不需等待構(gòu)件加固等環(huán)節(jié)，因此有效節(jié)省了施工時(shí)間；第二，構(gòu)件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，在標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)下，構(gòu)件的誤差已經(jīng)降到了毫米級(jí)別以下，有效保證了施工質(zhì)量；第三，降低成本，由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，因此生產(chǎn)效率較高，人工成本和材料成本的消耗也就隨之降低；第四，質(zhì)量高，在構(gòu)件質(zhì)量得到保證的前提下，通過(guò)高強(qiáng)度螺栓和鋼筋等的連接，使得建筑結(jié)構(gòu)具有更好的抗震性能；第五，節(jié)能環(huán)保，由于大部分生產(chǎn)工作已經(jīng)預(yù)先在工廠完成，因此施工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的垃圾廢物也顯著減少，降低了施工對(duì)環(huán)境造成的污染[2]。當(dāng)然，由于技術(shù)條件的限制，裝配式建筑也難免存在著一定的缺點(diǎn)，如拼裝難度大、構(gòu)件無(wú)法遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、以及對(duì)放線和標(biāo)高的精確度要求過(guò)高等問(wèn)題。這些問(wèn)題仍在制約著裝配式建筑的推廣應(yīng)用，因此有必要進(jìn)一步研究。

2前沿信息技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

目前，在裝配式建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，BIM技術(shù)是應(yīng)用相對(duì)較多的一種前沿信息技術(shù)，通常，技術(shù)人員會(huì)建立和使用基于BIM技術(shù)的P-BIM平臺(tái)，其能夠解決設(shè)計(jì)階段一體化軟件間設(shè)計(jì)信息缺乏相互操作性的問(wèn)題。這些技術(shù)符合我國(guó)建筑領(lǐng)域目前的發(fā)展現(xiàn)狀，屬于BIM技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的一種重要方式。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，不同的設(shè)計(jì)軟件可實(shí)現(xiàn)互操作的目標(biāo)[3]。

2.1預(yù)制構(gòu)件BIM模型

2.1.1構(gòu)件庫(kù)的來(lái)源創(chuàng)建近年來(lái)，為了滿(mǎn)足裝配式建筑的推廣應(yīng)用的需要，有關(guān)研究部門(mén)在構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)體系的基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)指標(biāo)等內(nèi)容都進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。由于這些內(nèi)容由中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行編制，并且經(jīng)過(guò)了相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业膶彶橥ㄟ^(guò)，因此其具有很高的權(quán)威性和通用性，可在實(shí)際應(yīng)用中直接作為參考，裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件庫(kù)也可直接由此創(chuàng)建。首先，要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行命名，對(duì)于構(gòu)件的命名，要符合行業(yè)用戶(hù)的習(xí)慣，保持行業(yè)知識(shí)的一致性，并采用統(tǒng)一和合乎邏輯的方式來(lái)命名，確保檢索工作的便利性。其次，要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行有效分類(lèi)，這是提高工作效率的關(guān)鍵基礎(chǔ)。在構(gòu)件分類(lèi)方法的選擇和分類(lèi)工作中，同樣需要符合行業(yè)習(xí)慣。最后，在得到構(gòu)件存儲(chǔ)架構(gòu)后，要按照層級(jí)，來(lái)對(duì)構(gòu)件類(lèi)別進(jìn)行分類(lèi)，通常，第一層級(jí)包括內(nèi)外墻板、疊合樓板、板式樓梯、陽(yáng)臺(tái)板和空調(diào)板等，第二層級(jí)則是對(duì)第一層級(jí)中的構(gòu)件進(jìn)行細(xì)分，如外墻板又可具體分為無(wú)洞口外墻、一個(gè)窗洞外墻、兩個(gè)窗洞外墻和一個(gè)門(mén)洞外墻等。整體來(lái)看，這些步驟是提高設(shè)計(jì)效率的重要前提。

2.1.2參數(shù)化設(shè)計(jì)和建模在裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝各個(gè)環(huán)節(jié)中，都涉及到大量的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，由于這些環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，并且與建筑質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都有著直接的關(guān)聯(lián)。因此，確保這些環(huán)節(jié)的精確至關(guān)重要。這就需要采用參數(shù)化設(shè)計(jì)與建模的方法，將這些環(huán)節(jié)中涉及到的專(zhuān)業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)化為以幾何表達(dá)式和約束機(jī)制的表現(xiàn)形式。通過(guò)這些幾何表達(dá)式，就能夠自動(dòng)生成裝配式建筑所需要的重要參數(shù)信息，同時(shí)這對(duì)于生成建筑模型也有著重要的幫助。當(dāng)然，并非所有的專(zhuān)業(yè)知識(shí)都能夠轉(zhuǎn)化為幾何表達(dá)式的形式，對(duì)于這些具有特殊性的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，如構(gòu)件材料和規(guī)格等，就需要將其以屬性定義的方式加入到BIM模型當(dāng)中。

2.2利用前沿信息技術(shù)建立設(shè)計(jì)決策支持平臺(tái)

2.2.1整體模塊設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)決策支持平臺(tái)主要包括以下三個(gè)模塊：第一，搜索模塊。該模塊的主要作用是，通過(guò)對(duì)構(gòu)建庫(kù)中構(gòu)件的BIM模型和標(biāo)準(zhǔn)空間模型進(jìn)行整合，并加以多種檢索的方法，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)人員的實(shí)際需要。具體來(lái)看，檢索方法主要包括電子目錄搜索、快速搜索和高級(jí)搜索三種模式，電子目錄搜索模式能夠使設(shè)計(jì)人員獲得構(gòu)件庫(kù)內(nèi)所有的構(gòu)建模型；快速搜索模式下，只需在搜索欄中輸入關(guān)鍵字，就能夠獲得滿(mǎn)足搜索條件的BIM構(gòu)件模型和空間模型；而高級(jí)搜索能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)搜索，包括通過(guò)以材料屬性、適用范圍和類(lèi)別等為關(guān)鍵字的搜索方式。同時(shí)，由于搜索結(jié)果中，分?jǐn)?shù)高的構(gòu)件模型和空間模型會(huì)優(yōu)先展示，這進(jìn)一步方便了設(shè)計(jì)人員的工作。第二，推薦模塊。該模塊的主要作用是，通過(guò)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的有效管理和及時(shí)共享，來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)人員的工作需要。該模塊與上文中的構(gòu)件模型分值有著緊密的聯(lián)系，通過(guò)構(gòu)件的BIM模型在設(shè)計(jì)和施工階段的實(shí)際性能表現(xiàn)，賦予該構(gòu)件模型分值，因此實(shí)現(xiàn)了上文中的構(gòu)件模型分?jǐn)?shù)由高到低的排列。第三，評(píng)價(jià)模塊。該模塊主要功能是對(duì)構(gòu)件的BIM模型進(jìn)行全面客觀的評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果直接反饋到推薦模塊，這對(duì)于構(gòu)建分?jǐn)?shù)起著至關(guān)重要的影響。通過(guò)評(píng)價(jià)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行有效的質(zhì)量管理。同時(shí)，由于產(chǎn)品供應(yīng)商對(duì)于構(gòu)件質(zhì)量起著決定性的作用，因此，產(chǎn)品供應(yīng)商也可以向平臺(tái)上傳相關(guān)的預(yù)制構(gòu)件BIM模型，在上傳后，由平臺(tái)管理員對(duì)這些模型進(jìn)行審核，并決定是否通過(guò)。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間和布置形式，因此，這些空間模型亦可上傳，并為設(shè)計(jì)人員的工作提供參考，這對(duì)于提高裝配式建筑設(shè)計(jì)工作的效率同樣有著重要作用。當(dāng)然，由于這些空間模型已經(jīng)投入使用，因此不具備反饋的功能。

2.3構(gòu)件推薦算法的選擇

2.3.1構(gòu)件推薦算法概述建筑構(gòu)件的選擇，屬于多屬性決策問(wèn)題，其主要是通過(guò)構(gòu)件的屬性特征來(lái)選擇最為適合的構(gòu)件，但在實(shí)際工作中，由于工程環(huán)境中存在大量的不確定因素，因此構(gòu)件的選擇難度也較高，很難進(jìn)行準(zhǔn)確的量化評(píng)估和確認(rèn)。在實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)用自然語(yǔ)言表達(dá)判斷結(jié)果，但這種自然語(yǔ)言表達(dá)的方式，會(huì)在一定程度上影響工作的精準(zhǔn)度。為此，就需要采用構(gòu)件推薦算法對(duì)不確定信息進(jìn)行處理，將自然語(yǔ)言表達(dá)的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為定量的評(píng)價(jià)內(nèi)容，這種構(gòu)件推薦算法采用云模型理論，并結(jié)合了閔考夫斯基距離函數(shù)，能夠?qū)Σ淮_定信息實(shí)現(xiàn)有效的量化處理。

2.3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)和權(quán)重的分析在設(shè)計(jì)階段，指標(biāo)的評(píng)價(jià)工作由建筑設(shè)計(jì)人員來(lái)完成，主要的評(píng)價(jià)內(nèi)容包括建模精細(xì)度、專(zhuān)業(yè)知識(shí)嵌入的完整性、構(gòu)件的性能表現(xiàn)以及創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用等方面。在基本評(píng)價(jià)完成后，采用云理論中生成浮動(dòng)云的方法，形成綜合評(píng)價(jià)云，計(jì)算各評(píng)價(jià)云的距離差，并采用閔考夫斯基距離函數(shù)進(jìn)行處理，得到量化的評(píng)價(jià)結(jié)果，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行構(gòu)件產(chǎn)品的排序和優(yōu)選。在計(jì)算分析完成后，被認(rèn)定有效的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模型將被存儲(chǔ)，為今后其他的建筑設(shè)計(jì)提供參考。

3前沿信息技術(shù)在裝配式建筑管理中的應(yīng)用

3.1BIM技術(shù)與二維碼技術(shù)的有效結(jié)合

除了BIM技術(shù)之外，二維碼技術(shù)也是前沿信息技術(shù)中的重要組成部分，其具有信息容量大、成本低廉且容易制作等諸多優(yōu)點(diǎn)。二維碼編碼格式很多，在建筑設(shè)計(jì)中，二維碼通常采用QRcode編碼格式，這種格式與其他格式相比，對(duì)于變臟和破損的適應(yīng)能力更強(qiáng)，符合工程施工環(huán)境，因此應(yīng)用較多。BIM技術(shù)與二維碼技術(shù)主要通過(guò)裝配式建筑信息管理平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合，在施工階段，通過(guò)對(duì)構(gòu)件庫(kù)中模型信息的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)信息雙向傳輸，解決以往信息溝通不暢的問(wèn)題。

3.2BIM與二維碼技術(shù)在建筑施工管理中的應(yīng)用

在預(yù)制構(gòu)件進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員通過(guò)掃描構(gòu)件表面的二維碼，就可以詳細(xì)了解構(gòu)件的參數(shù)信息，并對(duì)比這些參數(shù)信息是否滿(mǎn)足實(shí)際施工要求，以完成收貨操作。通過(guò)二維碼技術(shù)的應(yīng)用，免去了二次搬運(yùn)和交叉施工的一系列環(huán)節(jié)，直接將構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的指定位置即可，這對(duì)于降低勞動(dòng)強(qiáng)度和加快施工進(jìn)度都有著重要的作用。在構(gòu)件安裝時(shí)，工作人員通過(guò)掃描二維碼，就可以直接查看構(gòu)件的安裝說(shuō)明，以及該構(gòu)件在裝配式建筑中的具體位置，防止出現(xiàn)安裝錯(cuò)誤。同時(shí)，為了確保安裝質(zhì)量管理水平進(jìn)一步提高，還需要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及建筑的實(shí)際設(shè)計(jì)需要，編制詳細(xì)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，形成系統(tǒng)化的質(zhì)量管理體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝質(zhì)量的更有效把控。在施工質(zhì)量檢查階段，管理人員只需要掃描二維碼，就可以明確構(gòu)件安裝過(guò)程中的操作人員和施工工藝等信息，對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行全程跟蹤，確保構(gòu)件安裝符合要求。同時(shí)，通過(guò)二維碼技術(shù)的應(yīng)用，還能實(shí)現(xiàn)構(gòu)件安裝和質(zhì)量管理的可追溯，當(dāng)后期出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以進(jìn)行質(zhì)量責(zé)任追蹤，避免以往的建筑施工管理工作中出現(xiàn)的相互推諉的問(wèn)題。

3.3裝配式建筑信息管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

3.3.1管理平臺(tái)整體設(shè)計(jì)在管理平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)中，出于存儲(chǔ)空間和信息獨(dú)立性等方面的要求，通常采用以編碼為標(biāo)識(shí)符的方式，對(duì)二維碼和BIM模型信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，而其他各部分信息之間則相互獨(dú)立。使用這種方式，即使模型信息在后期發(fā)生了改動(dòng)，也不需要對(duì)二維碼進(jìn)行修改，這在實(shí)際工程環(huán)境中具有較強(qiáng)的實(shí)用性。具體來(lái)看，在平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，基于Revit模型信息進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使用插件將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出，用以圖形處理和數(shù)據(jù)處理。在插件的選用上，通常選用RvtVa3c這種自定義導(dǎo)出插件，這種插件在運(yùn)行時(shí)，能夠?qū)⑵脚_(tái)上的模型信息直接導(dǎo)出為json文件格式，便于后期的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，并將信息導(dǎo)入到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。同時(shí)，該插件還具備生成構(gòu)件二維碼的功能。但構(gòu)件跟蹤的圖片和文字，則仍需要用戶(hù)手動(dòng)輸入并保存的方式加以實(shí)現(xiàn)。

3.3.2網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)的網(wǎng)頁(yè)顯示部分基于B/S架構(gòu)，并不需要額外安裝其他軟件，同時(shí)，網(wǎng)頁(yè)前端只用于數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)的分析處理則位于服務(wù)器后端，因此這種架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)較為明顯。網(wǎng)頁(yè)前端的數(shù)據(jù)顯示則通過(guò)servlet通信模式加以實(shí)現(xiàn)，并使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)庫(kù)體積小、速度快且成本低，實(shí)用性較強(qiáng)。

3.3.3平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用流程（1）在設(shè)計(jì)好建筑模型后，對(duì)構(gòu)件的基本性能參數(shù)、構(gòu)件跟蹤信息和工程人員信息等內(nèi)容進(jìn)行確認(rèn)。（2）在模型中錄入構(gòu)件相關(guān)信息，通過(guò)點(diǎn)擊構(gòu)件編碼對(duì)構(gòu)件進(jìn)行直觀定位和確認(rèn)，并根據(jù)實(shí)際需要，將所需的二維碼批量導(dǎo)出到指定文件夾當(dāng)中。（3）通過(guò)掃描構(gòu)件上的二維碼，上傳質(zhì)檢報(bào)告等信息，通過(guò)這種方式，施工單位管理人員可以隨時(shí)查看構(gòu)件的詳細(xì)信息，避免不必要的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生。（4）在施工階段和驗(yàn)收階段，通過(guò)掃描二維碼信息查看注意事項(xiàng)，以分別完成施工和驗(yàn)收階段的重要工作。

4結(jié)束語(yǔ)

目前，在裝配式建筑的設(shè)計(jì)與管理中，仍存在著一些阻礙，為此，將前沿信息技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用則是解決這些問(wèn)題的有效途徑。這就需要技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)和二維碼技術(shù)等主要前沿信息技術(shù)的進(jìn)一步研究，并在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新，做到各項(xiàng)技術(shù)的有效融合應(yīng)用。同時(shí)，在未來(lái)的研究中，要側(cè)重于微觀層面和細(xì)節(jié)層面，確保前沿信息技術(shù)的更有效應(yīng)用。

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作者：何志 單位：重慶機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司