建筑工业化生产与信息化施工

人类社会的进步归根结底取决于社会生产力的发展。在科学技术突飞猛进的时代，科学技术的发展及其在生产中的广泛应用，对社会生产力的发展起着重要的作用。所以，通过实现工业自动化来推动生产力的发展是当今世界的一种必然趋势。在当今工业现代化的进程中，如何实现建筑业的现代化是摆在所有建筑业同行面前的一个课题，只有通过建筑工业化生产，信息化施工之路才能实现。 1工业化生产和信息化施工概念及优势

1工业化生产和信息化施工概念及优势

工业化生产、信息化施工是指建筑物的所有构配件，包括梁、柱、楼板、内、外墙板等全部由工厂预制生产，再将构件运到施工现场通过信息化技术自动装配完成整个建筑的现代化施工技术。工业化生产和信息化施工是同一过程的两个不同阶段，工业化生产是指将标准化的设计和定型化的建筑构配件在工厂进行批量生产的施工方法，是整个建筑施工的前一阶段;信息化施工是指由自动化的机械装置将建筑构配件在施工现场组装成整个建筑的施工方法，是整个建筑施工的后一阶段。

从事工程建设的业内人士对采用传统施工方法进行工程建设存在的诸多问题都有深切感受:现场施工条件差、管理难度大，工程质量难以保证，施工安全事故频发，现场建筑材料和水、电资源浪费严重，而且产生大量的建筑垃圾;随着经济发展，我国逐步进入老龄化社会，熟练和半熟练技术工人越来越缺乏，人工成本逐年增加，人员流动性大，迫使工程成本增大;工程项目竣工后，后期维护、保修工程量大，浪费人力、物力和时间。与传统建筑方式相比，工业化生产和信息化施工的现代化生产方式优点非常明显，主要有以下几方面。

1)能够全面提升建筑的综合质量和品质采用工业化生产方式，建筑的各种构配件都为工厂式流水施工制作，每个项目的生产都由少数固定的娴熟工人操作实施。采用信息化施工方法，现场装配化施工，准确无误，实现了更高的生产力和更佳的质量控制。能够消除传统施工常见的渗漏、开裂、空鼓、房间尺寸偏差等质量通病，提高工程结构精度。

2)能够较大幅度提高劳动生产率与传统生产方式相比，工业化生产使建筑构配件生产由大量的工人露天作业向机械化、自动化工厂制作方式转变，解放了大量人力，流水线作业、批量生产的方式极大地提高了劳动生产率。信息化施工打破了传统建造方式受工程作业面和气候的影响，避免了施工现场耗时耗力的人工组织协调，把粗放化的现场施工管理转变成精细化管理，大幅度提高生产率。

3)节能降耗效果显著哥本哈根气候大会的召开使“低碳”愈加引起人们的关注，唤醒了越来越多人的环保与健康生活意识，“低碳减排”成为全球的共识。但我国传统的建造方式带来的是高能耗和高消耗，建筑消耗和能耗占全国能源消耗的30%左右，建筑垃圾占城市垃圾总量的30%～40%。随着低碳建筑、绿色生活的观念深入人心，建筑施工节能降耗已成为亟待解决的问题。工业化生产和信息化施工以其优越的生产方式和先进的管理模式完全能够满足建筑施工节能降耗的要求，必将成为中国乃至世界建筑的发展方向。

4)有利于环境保护，实现文明施工采用工业化生产方式，将大量的现场施工转移到工厂，相对传统的施工方式，免除了传统建筑现场搭设脚手架等材料和费用，减少文明施工措施费，减少建筑垃圾的产生、建筑污水的排放、建筑噪声的干扰、有害气体及粉尘对周围环境的影响，使现场施工更加文明。5)降低建造成本，经济效益明显通过采用工业化生产和信息化施工方式，减少施工现场模板、脚手架用量，节约钢材、混凝土、人工费、水、电等，经济效益十分明显。这不仅减少了建造成本，而且大大缩短了生产周期。

2实现工业化生产和信息化施工的可行性

在国外，法国是推行工业化生产最早的国家之一，从20世纪50—70年代走过了一条以全装配式大板和工具式模板现浇工艺为标志的建筑工业化道路，有人称之为第一代建筑工业化。在这一阶段进行了大规模成片住宅建设，在城市周围建成许多新居住区，解决了住房问题。为发展建筑通用体系，法国于1977年成立构件建筑协会(ACC)，作为推动第二代建筑工业化的调研和协调中心。1978年该协会制订尺寸协调规则，同年，住房部提出以推广“构造体系”作为向通用建筑体系过渡的一种手段。构造体系是以尺寸协调规则为基础，由施工企业或设计事务所提出主体结构体系，由一系列能相互代换的定型构件组成，形成该体系的构件目录。建筑师可以采用其中的构件，像搭积木一样组成多样化的建筑(积木式体系)。此举极大地推动了法国工业化生产的发展。

从20世纪60年代开始，日本将发展部件化作为发展建筑工业化的一个重要组成部分。所谓部件化就是大力发展除主体结构构件以外的通用部件。1959年，推行KJ部件，以不锈钢水池部件为起点，有门扇、厨房排风扇、信箱、浴缸等系列化部件。1979年，日本住宅部件开发中心制定以开发通用部件为目的的优良住宅部件(BL部件)审定制度，提出了通用部件所应有的最低性能和模数协调尺寸体系。每年编制一册《BL住宅部件目录》。目录已发展到10大类(外储藏和金属箱、门及设备、窗、内装修系统、厨房系统、热水供应系统、浴卫系统、信息系统、供水系统、电梯)30多个分类。目录发展很快，1984年有332个厂家681种部件产品，1999年发展到933个厂家，1 943种部件产品。该目录有一套比较完整的科学标准化方法，生产企业按目录生产，保证产品质量，用户使用放心。

美国住宅用构件和部件的标准化、系列化、专业化、商品化、社会化程度很高，几乎达到100%。这不仅反映在主体结构构件的通用化上，而且特别反映在各类制品和设备的社会化生产和商品化供应上。除工厂生产的活动房屋和成套供应的木框架结构的预制构配件外，其他混凝土构件和制品、轻质板材、室内外装修以及设备等产品十分丰富，品种达几万种，用户可以通过产品目录，从市场上自由购买所需产品。这些构件结构性能好，用途多，通用性强，易于机械化生产。美国发展装饰装修材料的特点是基本上消除了现场湿作业，同时具有较为配套的施工机具。

在我国，虽然工业化生产起步较晚，与发达国家相比有一定的差距，但我国的钢结构构配件加工已经实现了工厂加工制作。我国已连续8年世界钢产量第一，一批钢结构建筑已陆续建成，相应的设计标准、施工质量验收规范已出台;钢结构以其施工速度快、抗震性能好、结构安全度高等特点，在建筑中的应用优势日显突出。以上优点都将促使钢结构的工业化生产进一步发展。混凝土结构工业化生产也取得了一定的发展，混凝土梁板、内外墙板和门窗等都实现了工业化生产。

我国正大力推进国民经济的信息化进程，为建筑业提供了良好的发展空间，信息化施工技术在建筑业推行多年，我国有了一批较成熟的单项软件产品，如工程投标报价系统，土建工程量自动计算、钢筋自动计算软件，建筑概预算软件，工程计划网络软件，物资管理和工程成本管理软件。在建筑施工生产的一些过程中引入了计算机技术，如建筑机械厂采用微机控制的混凝土搅拌站;大体积混凝土采用计算机进行温度控制和监测;在81层的深圳地王商业大厦工程中，使用计算机对大楼的垂直偏差进行测量控制。在深基坑支护中采用专业软件进行设计。深基坑支护信息化施工是利用施工中获取的岩土工程信息反馈指导调整施工的。由于在施工过程中可获得大量的岩土工程信息，因此，在大型建筑现代化施工中，常安装各种监测系统，用以采集施工中岩土体的各种水文工程地质信息，如地下水位、水质、岩土体的变形、土压力的变化等数据。根据这些信息及时调整设计，反馈到施工中，一方面可保证施工安全，另一方面可使设计更加合理。

美国、日本、德国、澳大利亚等国在信息化施工方面进行了大量的研究开发工作，取得了较大成果。日本在建筑业中实现了钢筋配置、预制水泥混凝土板、喷涂、地面磨光等自动化;在土方机械施工中实现了推土作业、挖掘作业的自动控制，11～70t自卸车的无人驾驶搬运作业;实现了隧道开挖、加固、管道铺设机械的自动化。澳大利亚也成功开发了无人驾驶自卸车，实现了在千米以下坑道施工作业的无人化等。在施工机械向自动化发展的道路上，具有单个或多个自动化功能的施工机械已开发成功并得到应用，单台机械无人化已进入实用阶段。

3我国现阶段存在问题

工业化生产和信息化施工虽然在我国可行并且取得了一定的发展和应用，但仍有众多问题需进一步探索和解决，主要有以下几方面。

1)国家标准不健全，推进建筑业的现代化必须有国家颁布并强制实施的标准规范，如此方能指导工业化生产和信息化施工的健康有序发展。

2)混凝土节点预制和预制构件的链接仍有很多技术问题没有解决，钢结构现场的信息化施工不够彻底，仍处在粗放式的施工中。

3)自动化施工机械不够成熟，施工机械多半是在地形复杂、作业环境恶劣的施工现场从事土石方作业，要达到自动化作业，该设备在施工现场上要有确认自己位置的能力，即识别位置机能;保证不与施工现场上其他设备、车辆发生碰撞的能力，即安全性机能;在施工时，要严格按照既定的路线移动，即诱导机能;具有认识和评价作业对象土、砂、岩石等的位置、形状、大小以及特性的能力，既作业对象的认识、评价机能;具有选择最佳作业方式的能力。另外，在多台机械、车辆联合作业时，由中央控制室给各机械、车辆发出作业指令，控制各机械、车辆相互配合、进行各自作业(机群控制);各作业机械、车辆还应具有自身独立的判断能力等，目前的施工机械尚不能达到上述自动化、无人化操作的要求。

4改进方向

工业化生产和信息化施工是建筑业发展的必然趋势，是实现建筑业现代化的必由之路，基于现有的建筑施工基础，我们应积极开展各项研究，为实现我国建筑业工业化生产和信息化施工的宏伟目标，目前和今后一段时间应从以下几个方面努力。

1)开展计算机应用标准化的基础性研究，建立建筑业计算机应用的标准体系。组织行业力量制定建筑施工领域的专业标准。这是我国建筑信息化施工技术应用、发展和提高的关键技术之一。所谓标准化就是规定一种工具，这种工具供生产者设计、开发和构成设备、设施、系统和项目应用规定工作过程、程序、贯例和方法。在信息的获取、生成、融合、传输、计划、交换、处理、存储、显示等过程中的每个环节上，都需要标准起保障作用。国际软件市场的竞争实质上是争夺软件工业标准控制权，因为软件工业标准引导着软件发展潮流，谁控制软件工业标准，从某种意义上讲，谁就控制了市场。组织力量对建筑施工领域计算机应用具有共性的支撑软件、通用软件、数据库和集成系统等进行科技攻关，避免低水平重复开发。

2)企业采用新技术要有自身发展的需要，也要有政府部门的正确引导，成立行业协会或专业委员会。推广方式以政府部门引导和行业协会指导为主，行业协会在有关政府部门领导下，应切实制定措施，实施有利于自主版权软件的开发政策;应建立建筑业软件开发基地，培植专业软件开发队伍;对行业计算机技术应用中有关的共性技术如集成机理、支撑软件、通用软件、协同工作环境、工程数据库应用等组织行业有关力量，集中进行攻关，从而避免低水平的重复劳动;挑选优秀的产品向企业推广，保持软件市场的优胜劣汰及竞争态势;同时组织技术力量制定数据标准等共性问题;在推广方式上可选择工程项目经理部作为应用试点。中央或部属企业应建立推广应用示范工程，各地方也应选择示范单位，推广建筑信息化施工技术，并要求资质等级高的企业和管理人员达标。

3)以市场为导向，建立软件开发基地，发展专业软件开发队伍，提高软件开发单位的开发能力与水平，推进软件开发的工程化，高效地开发建筑施工管理及建筑施工技术集成化、系列化、商品化软件。20世纪90年代后出现了专业化的软件公司，给建筑业提供了较好的软件产品，随着社会主义市场经济的发展，这种社会化服务的专业公司会有大的发展。但是，目前这些专业软件公司的规模小、产品单一，开发方式仍沿用以往习惯性手工作法，与现代软件工厂化生产方式相差甚远。然而，恰恰在这种应用软件的生产方面，外国厂商没有办法和我们竞争。如果我们再不努力发展，用不多久，像计算机的操作系统软件市场一样可能被国外厂商占领。要鼓励他们发挥自己的特点，专业化研制生产，必须以市场为导向，经过自身努力，探索新的有效机制，推进软件开发的工程化，通过ISO9000有关软件企业的国际标准验收，与国际接轨，实现自我良性循环。在统一的数据标准下，逐步研制和推广集成化的软件系统;在销售和服务上采用联合方式，加大企业的规模。

4)大力开展自动化、无人化施工机械的研究。研究开发高精度、高性能，具有感知性能的传感元件，如载荷传感器、红外线传感器、激光传感器、超声波传感器、视觉传感器、行程传感器、车速传感器(具有移动功能)以及车体倾斜计、滑移控制器、扭矩计、操纵控制器、回转式编码器、地基情报采集系统等。开发具有最佳行走操纵的自动控制系统，提高机械的作业能力、作业效率以及机械的操作简便化、机动化、安全化等。开发具有深水、海底施工作业功能的钻探机、管线埋设机、机器人等，以满足大型水下作业无人化施工的需要。开发研究单台施工机械无人化的同时，进行多台机械、车辆组合无人化施工(机群控制)的研究。研究新的施工工艺、施工方法，以适应施工机械的自动化、无人化工作。

5结语

为实现我国建筑工业化生产和信息化施工的目标，必须坚持以信息化施工带动工业化生产，以工业化生产促进信息化施工的指导思想，唯有如此，中国建筑业才能走上健康、有序、快速的发展道路，最终实现现代化。