建筑設計管理前沿信息技術應用研究

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摘要：為了解決裝配式建筑在設計和管理階段存在的信息傳輸問題，本文對前沿信息技術在裝配式建筑的設計和管理中的應用進行了探討。從裝配式建筑的設計和裝配式建筑的施工管理兩個方面，重點闡述了以BIM技術和二維碼技術為代表的前沿信息技術的有效應用策略。

關鍵詞：裝配式建筑；建筑設計；建筑管理；信息技術

引言

隨著我國建筑領域的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑的不足之處逐漸凸顯。為了提升我國建筑領域在國際市場中的競爭實力，裝配式建筑應運而生，并逐步得到了推廣和應用。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，符合現(xiàn)代社會的發(fā)展需求。當然，目前裝配式建筑在國內(nèi)的應用還較為有限，這主要是由于信息技術方面的限制。因此，應當對相關的前沿信息技術及應用做進一步的研究。

1裝配式建筑概述

裝配式建筑最早在西歐國家開始投入實際應用，相對而言，我國的裝配式建筑起步較晚，上世紀80年代才初見端倪。但由于當時缺乏必要的經(jīng)濟條件支撐和技術支撐，因此裝配式建筑在上世紀90年代逐漸銷聲匿跡。直到近年來，隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和科技的不斷進步，裝配式建筑在國內(nèi)才重新興起，同時，隨著國家相關扶持政策的相繼出臺，裝配式建筑迎來了廣闊的發(fā)展空間[1]。裝配式建筑的優(yōu)點較多，具體包括以下幾個方面：第一，施工進度更快，由于裝配式構(gòu)件只需提前預制即可，免去了構(gòu)件加固和現(xiàn)澆的環(huán)節(jié)，因此構(gòu)件預制和其他施工過程可同時進行，不需等待構(gòu)件加固等環(huán)節(jié)，因此有效節(jié)省了施工時間；第二，構(gòu)件設計標準化，在標準化生產(chǎn)下，構(gòu)件的誤差已經(jīng)降到了毫米級別以下，有效保證了施工質(zhì)量；第三，降低成本，由于采用了標準化生產(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，通過高強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)預先在工廠完成，因此施工現(xiàn)場產(chǎn)生的垃圾廢物也顯著減少，降低了施工對環(huán)境造成的污染[2]。當然，由于技術條件的限制，裝配式建筑也難免存在著一定的缺點，如拼裝難度大、構(gòu)件無法遠距離運輸、以及對放線和標高的精確度要求過高等問題。這些問題仍在制約著裝配式建筑的推廣應用，因此有必要進一步研究。

2前沿信息技術在裝配式建筑設計中的應用

目前，在裝配式建筑的設計過程中，BIM技術是應用相對較多的一種前沿信息技術，通常，技術人員會建立和使用基于BIM技術的P-BIM平臺，其能夠解決設計階段一體化軟件間設計信息缺乏相互操作性的問題。這些技術符合我國建筑領域目前的發(fā)展現(xiàn)狀，屬于BIM技術實際應用的一種重要方式。通過這項技術，不同的設計軟件可實現(xiàn)互操作的目標[3]。

2.1預制構(gòu)件BIM模型

2.1.1構(gòu)件庫的來源創(chuàng)建近年來，為了滿足裝配式建筑的推廣應用的需要，有關研究部門在構(gòu)建標準設計體系的基礎上，對預制構(gòu)件的參數(shù)指標等內(nèi)容都進行了詳細的說明。由于這些內(nèi)容由中國建筑標準設計研究院進行編制，并且經(jīng)過了相關領域?qū)＜业膶彶橥ㄟ^，因此其具有很高的權威性和通用性，可在實際應用中直接作為參考，裝配式建筑的預制構(gòu)件庫也可直接由此創(chuàng)建。首先，要對構(gòu)件進行命名，對于構(gòu)件的命名，要符合行業(yè)用戶的習慣，保持行業(yè)知識的一致性，并采用統(tǒng)一和合乎邏輯的方式來命名，確保檢索工作的便利性。其次，要對構(gòu)件進行有效分類，這是提高工作效率的關鍵基礎。在構(gòu)件分類方法的選擇和分類工作中，同樣需要符合行業(yè)習慣。最后，在得到構(gòu)件存儲架構(gòu)后，要按照層級，來對構(gòu)件類別進行分類，通常，第一層級包括內(nèi)外墻板、疊合樓板、板式樓梯、陽臺板和空調(diào)板等，第二層級則是對第一層級中的構(gòu)件進行細分，如外墻板又可具體分為無洞口外墻、一個窗洞外墻、兩個窗洞外墻和一個門洞外墻等。整體來看，這些步驟是提高設計效率的重要前提。

2.1.2參數(shù)化設計和建模在裝配式建筑的預制構(gòu)件的設計、生產(chǎn)和安裝各個環(huán)節(jié)中，都涉及到大量的專業(yè)知識，由于這些環(huán)節(jié)較為復雜，并且與建筑質(zhì)量和經(jīng)濟效益都有著直接的關聯(lián)。因此，確保這些環(huán)節(jié)的精確至關重要。這就需要采用參數(shù)化設計與建模的方法，將這些環(huán)節(jié)中涉及到的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為以幾何表達式和約束機制的表現(xiàn)形式。通過這些幾何表達式，就能夠自動生成裝配式建筑所需要的重要參數(shù)信息，同時這對于生成建筑模型也有著重要的幫助。當然，并非所有的專業(yè)知識都能夠轉(zhuǎn)化為幾何表達式的形式，對于這些具有特殊性的專業(yè)知識，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模型當中。

2.2利用前沿信息技術建立設計決策支持平臺

2.2.1整體模塊設計該設計決策支持平臺主要包括以下三個模塊：第一，搜索模塊。該模塊的主要作用是，通過對構(gòu)建庫中構(gòu)件的BIM模型和標準空間模型進行整合，并加以多種檢索的方法，滿足設計人員的實際需要。具體來看，檢索方法主要包括電子目錄搜索、快速搜索和高級搜索三種模式，電子目錄搜索模式能夠使設計人員獲得構(gòu)件庫內(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鍵字，就能夠獲得滿足搜索條件的BIM構(gòu)件模型和空間模型；而高級搜索能夠?qū)崿F(xiàn)精準搜索，包括通過以材料屬性、適用范圍和類別等為關鍵字的搜索方式。同時，由于搜索結(jié)果中，分數(shù)高的構(gòu)件模型和空間模型會優(yōu)先展示，這進一步方便了設計人員的工作。第二，推薦模塊。該模塊的主要作用是，通過對相關領域?qū)I(yè)知識的有效管理和及時共享，來滿足設計人員的工作需要。該模塊與上文中的構(gòu)件模型分值有著緊密的聯(lián)系，通過構(gòu)件的BIM模型在設計和施工階段的實際性能表現(xiàn)，賦予該構(gòu)件模型分值，因此實現(xiàn)了上文中的構(gòu)件模型分數(shù)由高到低的排列。第三，評價模塊。該模塊主要功能是對構(gòu)件的BIM模型進行全面客觀的評價，并將評價結(jié)果直接反饋到推薦模塊，這對于構(gòu)建分數(shù)起著至關重要的影響。通過評價模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對預制構(gòu)件進行有效的質(zhì)量管理。同時，由于產(chǎn)品供應商對于構(gòu)件質(zhì)量起著決定性的作用，因此，產(chǎn)品供應商也可以向平臺上傳相關的預制構(gòu)件BIM模型，在上傳后，由平臺管理員對這些模型進行審核，并決定是否通過。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，并為設計人員的工作提供參考，這對于提高裝配式建筑設計工作的效率同樣有著重要作用。當然，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，屬于多屬性決策問題，其主要是通過構(gòu)件的屬性特征來選擇最為適合的構(gòu)件，但在實際工作中，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，很難進行準確的量化評估和確認。在實際工作中，設計人員通常會用自然語言表達判斷結(jié)果，但這種自然語言表達的方式，會在一定程度上影響工作的精準度。為此，就需要采用構(gòu)件推薦算法對不確定信息進行處理，將自然語言表達的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為定量的評價內(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_定信息實現(xiàn)有效的量化處理。

2.3.2評價指標和權重的分析在設計階段，指標的評價工作由建筑設計人員來完成，主要的評價內(nèi)容包括建模精細度、專業(yè)知識嵌入的完整性、構(gòu)件的性能表現(xiàn)以及創(chuàng)新技術的應用等方面。在基本評價完成后，采用云理論中生成浮動云的方法，形成綜合評價云，計算各評價云的距離差，并采用閔考夫斯基距離函數(shù)進行處理，得到量化的評價結(jié)果，并根據(jù)評價結(jié)果進行構(gòu)件產(chǎn)品的排序和優(yōu)選。在計算分析完成后，被認定有效的標準構(gòu)件模型將被存儲，為今后其他的建筑設計提供參考。

3前沿信息技術在裝配式建筑管理中的應用

3.1BIM技術與二維碼技術的有效結(jié)合

除了BIM技術之外，二維碼技術也是前沿信息技術中的重要組成部分，其具有信息容量大、成本低廉且容易制作等諸多優(yōu)點。二維碼編碼格式很多，在建筑設計中，二維碼通常采用QRcode編碼格式，這種格式與其他格式相比，對于變臟和破損的適應能力更強，符合工程施工環(huán)境，因此應用較多。BIM技術與二維碼技術主要通過裝配式建筑信息管理平臺來實現(xiàn)有效結(jié)合，在施工階段，通過對構(gòu)件庫中模型信息的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)信息雙向傳輸，解決以往信息溝通不暢的問題。

3.2BIM與二維碼技術在建筑施工管理中的應用

在預制構(gòu)件進入施工現(xiàn)場時，現(xiàn)場施工人員通過掃描構(gòu)件表面的二維碼，就可以詳細了解構(gòu)件的參數(shù)信息，并對比這些參數(shù)信息是否滿足實際施工要求，以完成收貨操作。通過二維碼技術的應用，免去了二次搬運和交叉施工的一系列環(huán)節(jié)，直接將構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場的指定位置即可，這對于降低勞動強度和加快施工進度都有著重要的作用。在構(gòu)件安裝時，工作人員通過掃描二維碼，就可以直接查看構(gòu)件的安裝說明，以及該構(gòu)件在裝配式建筑中的具體位置，防止出現(xiàn)安裝錯誤。同時，為了確保安裝質(zhì)量管理水平進一步提高，還需要根據(jù)相關的標準規(guī)范以及建筑的實際設計需要，編制詳細的驗收標準，形成系統(tǒng)化的質(zhì)量管理體系，實現(xiàn)對安裝質(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)件安裝過程中的操作人員和施工工藝等信息，對工程質(zhì)量進行全程跟蹤，確保構(gòu)件安裝符合要求。同時，通過二維碼技術的應用，還能實現(xiàn)構(gòu)件安裝和質(zhì)量管理的可追溯，當后期出現(xiàn)問題時，可以進行質(zhì)量責任追蹤，避免以往的建筑施工管理工作中出現(xiàn)的相互推諉的問題。

3.3裝配式建筑信息管理平臺的設計與開發(fā)

3.3.1管理平臺整體設計在管理平臺的整體設計中，出于存儲空間和信息獨立性等方面的要求，通常采用以編碼為標識符的方式，對二維碼和BIM模型信息進行關聯(lián)，而其他各部分信息之間則相互獨立。使用這種方式，即使模型信息在后期發(fā)生了改動，也不需要對二維碼進行修改，這在實際工程環(huán)境中具有較強的實用性。具體來看，在平臺的設計中，基于Revit模型信息進行設計，并使用插件將數(shù)據(jù)文件導出，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這種自定義導出插件，這種插件在運行時，能夠?qū)⑵脚_上的模型信息直接導出為json文件格式，便于后期的應用和開發(fā)，并將信息導入到服務器數(shù)據(jù)庫當中。同時，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，則仍需要用戶手動輸入并保存的方式加以實現(xiàn)。

3.3.2網(wǎng)頁設計平臺的網(wǎng)頁顯示部分基于B/S架構(gòu)，并不需要額外安裝其他軟件，同時，網(wǎng)頁前端只用于數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)的分析處理則位于服務器后端，因此這種架構(gòu)的優(yōu)勢較為明顯。網(wǎng)頁前端的數(shù)據(jù)顯示則通過servlet通信模式加以實現(xiàn)，并使用MySQL數(shù)據(jù)庫進行存儲數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)庫體積小、速度快且成本低，實用性較強。

3.3.3平臺實際應用流程（1）在設計好建筑模型后，對構(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)容進行確認。（2）在模型中錄入構(gòu)件相關信息，通過點擊構(gòu)件編碼對構(gòu)件進行直觀定位和確認，并根據(jù)實際需要，將所需的二維碼批量導出到指定文件夾當中。（3）通過掃描構(gòu)件上的二維碼，上傳質(zhì)檢報告等信息，通過這種方式，施工單位管理人員可以隨時查看構(gòu)件的詳細信息，避免不必要的風險產(chǎn)生。（4）在施工階段和驗收階段，通過掃描二維碼信息查看注意事項，以分別完成施工和驗收階段的重要工作。

4結(jié)束語

目前，在裝配式建筑的設計與管理中，仍存在著一些阻礙，為此，將前沿信息技術進行有效應用則是解決這些問題的有效途徑。這就需要技術人員加強對BIM技術和二維碼技術等主要前沿信息技術的進一步研究，并在實踐中不斷創(chuàng)新，做到各項技術的有效融合應用。同時，在未來的研究中，要側(cè)重于微觀層面和細節(jié)層面，確保前沿信息技術的更有效應用。

參考文獻

[1]黃婧,陳琴梅,左興龍.建筑信息技術在裝配式建筑中的應用探究[J].山西建筑,2020,46(21):189-192.

[2]孫冰冰.BIM技術在裝配式建筑中的價值分析[D].華北水利水電大學,2020.

[3]劉濠,洪潔茹,章夢霞,王錦陽,徐照.結(jié)合BIM與二維碼技術的裝配式建筑信息管理方法研究[J].施工技術,2020,49(02):110-114+118.

作者：何志 單位：重慶機場集團有限公司