裝配式中小型公共建筑智能化初探

  裝配式中小型公共建筑是我們城鄉(xiāng)新興建設(shè)發(fā)展中具有代表性的一類建筑物，其智能化設(shè)計(jì)建造、智能化運(yùn)營(yíng)維護(hù)貫穿整個(gè)建筑的全壽命周期，為城鄉(xiāng)民眾的各類社會(huì)服務(wù)提供良好空間環(huán)境。

  一、研究背景與意義

  1.1 供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革給建設(shè)投資行業(yè)帶來(lái)的變化

  供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革是我國(guó)第十三個(gè)五年計(jì)劃中經(jīng)濟(jì)工作的一項(xiàng)重大舉措。相對(duì)于需求側(cè)（投資、消費(fèi)、出口）來(lái)講，我們應(yīng)該更加重視供給側(cè)要素（勞動(dòng)力、土地、資本、制度創(chuàng)造、創(chuàng)新等）的改革與發(fā)展。在這一經(jīng)濟(jì)思想指導(dǎo)下，建設(shè)投資行業(yè)出現(xiàn)了一些變化，城市的功能定位明晰，產(chǎn)業(yè)提升；以保障性住房、安置房等系列建筑產(chǎn)品進(jìn)行棚戶區(qū)改造；以保障民生為目的，有效整合城市公共資源，提供更高品質(zhì)的人居環(huán)境；城鄉(xiāng)建設(shè)以產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，發(fā)揮地緣優(yōu)勢(shì)，形成很多“特色小鎮(zhèn)”，加快了農(nóng)村的城鎮(zhèn)化建設(shè)。

  在這樣一個(gè)即將到來(lái)的城鄉(xiāng)大建設(shè)背景下，為大眾提供公共服務(wù)的建筑設(shè)施便凸顯其重要，中小型公共建筑品質(zhì)是城鎮(zhèn)管理、社區(qū)服務(wù)供給質(zhì)量的重要標(biāo)志與民生保障。從民生的意義來(lái)說(shuō)，中小型公共建筑也可定義為大眾日常公共建筑，而裝配式和智能化是實(shí)現(xiàn)中小型公共建筑高品質(zhì)，提高民生保障的相輔相成的兩條必要途徑。

  1.2 裝配式中小型公共建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展

  根據(jù)《注冊(cè)建造師執(zhí)業(yè)工程規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)》，層數(shù)25層以下，高度100米以下，跨度30米以內(nèi)；單體建筑3萬(wàn)平方米以內(nèi)，群體建筑10萬(wàn)平方米以內(nèi)，都屬于中小型建筑的范疇。裝配式建筑是從建造方式上根本性改變的創(chuàng)新，是一項(xiàng)建筑業(yè)全面改革的重大舉措?！蛾P(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)[2016]71號(hào)）明確給出我國(guó)發(fā)展裝配式建筑的路徑、方法、時(shí)間節(jié)點(diǎn)、任務(wù)區(qū)域和計(jì)劃目標(biāo)。

  裝配式中小型公共建筑目前的發(fā)展?fàn)顩r有如下幾個(gè)特點(diǎn)：首先，建筑以低、多層形式為主，可選擇的裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)體系多樣；其次，多數(shù)中小型公共建筑的功能空間標(biāo)準(zhǔn)化率高，如學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓、賓館、圖書館、老年公寓、商鋪、停車樓等，適合進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)和裝配式建造；再次，中小型公共建筑與社會(huì)民生戚戚相關(guān)，無(wú)論是城市功能提升、舊城改造，還是新型城鎮(zhèn)化建設(shè)都需要這類公共建筑配套實(shí)施，加之節(jié)能環(huán)保的要求，裝配式中小型公共建筑將會(huì)是一類長(zhǎng)期的、重要的建設(shè)投資項(xiàng)目。

  1.3 中小型公共建筑的智能化趨勢(shì)

  信息時(shí)代為城市和建筑提供了便捷的智能化管理手段，同時(shí)也對(duì)建筑管理提出了要求。一方面中小型公共建筑的建設(shè)投資關(guān)乎民生，有些公共建筑還是防災(zāi)、救災(zāi)、抗災(zāi)的生命線工程，必須進(jìn)行智能化控制。從建筑物本身來(lái)說(shuō)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、消防控制、自動(dòng)噴淋、防排煙系統(tǒng)、緊急疏散指示、廣播系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)等智能化措施被廣泛使用，有的已經(jīng)成為國(guó)家建筑法規(guī)的強(qiáng)制執(zhí)行內(nèi)容。另一方面，為提高建筑品質(zhì)，中小型公共建筑智能化趨勢(shì)強(qiáng)勁，3A建筑、甲級(jí)寫字樓、5A辦公樓等應(yīng)運(yùn)而生，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，還出現(xiàn)了“智慧建筑”的概念?！吨袊?guó)智能建筑行業(yè)發(fā)展報(bào)告（2013-2018）》指出，我國(guó)智能建筑市場(chǎng)已經(jīng)超過(guò)千億規(guī)模，并以每年20%~30%的速度增長(zhǎng)。

  二、研究方法與技術(shù)路徑

  本文主要通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)查、概念分析等方法進(jìn)行研究。裝配式建筑的五大特征是：標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理。其中，信息化管理貫穿建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造、使用、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)全過(guò)程；而智能建筑的核心要素之一是信息化程度。因此，“裝配式”與“智能建筑”的關(guān)聯(lián)程度非常高，這是本文對(duì)裝配式中小型公共建筑智能化進(jìn)行初步探討的出發(fā)點(diǎn)。

  三、問(wèn)題

  裝配式中小型公共建筑常見(jiàn)的信息化管理問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面：

  （1）裝配式建造比傳統(tǒng)方式增加了工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建筑部品、構(gòu)配件在工廠里以標(biāo)準(zhǔn)化、流水線作業(yè)的方式生產(chǎn)出來(lái)，再運(yùn)至工程現(xiàn)場(chǎng)裝配施工。中小型公共建筑市場(chǎng)面廣，結(jié)構(gòu)技術(shù)體系可選擇性強(qiáng)。如何實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的流水線生產(chǎn)以達(dá)到提高建筑品質(zhì)、節(jié)約材料與人工、管控工期與造價(jià)的目的呢？

  （2）各類公共建筑社會(huì)功能不同，提供的服務(wù)不一樣，而且使用人數(shù)較多，智能化建設(shè)涉及的高新技術(shù)也相對(duì)比較復(fù)雜，因而多方面的集約統(tǒng)籌是目前公共建筑智能化建設(shè)的難點(diǎn)與重點(diǎn)，如專業(yè)領(lǐng)域之間的統(tǒng)籌、施工技術(shù)的統(tǒng)籌和運(yùn)營(yíng)管理的統(tǒng)籌等。

  （3）中小型公共建筑在其發(fā)展之初應(yīng)充分考慮智能化配置的適用性和經(jīng)濟(jì)性要求，但是有限的智能化配置與快速發(fā)展的信息化技術(shù)之間，以及大眾對(duì)智能化的市場(chǎng)需求之間存在距離，裝配式生產(chǎn)本身并不利于減小這些差距，工廠化生產(chǎn)的特點(diǎn)決定了建筑物成型后可拆改的可能性銳減，智能化系統(tǒng)配置的可擴(kuò)展性受到影響。這是裝配式中小型公共建筑在智能化策劃中需要注意的問(wèn)題。

  四、研究目的、研究過(guò)程與研究成果

  針對(duì)上述問(wèn)題，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析研究，并以此窺視裝配式中小型公共建筑從設(shè)計(jì)建造、運(yùn)營(yíng)使用、維護(hù)管理、發(fā)展提升全過(guò)程的信息化建設(shè)概貌，目的在于啟發(fā)這類建筑的智能化建設(shè)運(yùn)營(yíng)思路，助力裝配式行業(yè)智能化發(fā)展。

  4.1 設(shè)計(jì)建造

  從規(guī)劃的角度來(lái)看，中小型公共建筑在規(guī)劃階段開(kāi)始就處于提供服務(wù)的“從屬”位置，不同目的的規(guī)劃需要從人口規(guī)模、產(chǎn)業(yè)特性、地域特點(diǎn)、文化特征、資源狀況、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等主要規(guī)劃要素?cái)?shù)據(jù)中計(jì)算或推理出對(duì)中小型公共建筑（常稱之為“配套公建”）的需求與否及其規(guī)模數(shù)據(jù)，所以這些“配套公建”在其孕育之初就離不開(kāi)大量的信息、數(shù)據(jù)，以及對(duì)這些信息數(shù)據(jù)的科學(xué)梳理和分析推斷，這本身就是一個(gè)“智能化”的過(guò)程（大型公建則對(duì)周圍業(yè)態(tài)影響較大，被上述地緣要素“推理出生”的特性就較弱）。

  中小型公共建筑大都是低多層，裝配式結(jié)構(gòu)選型的選擇面較大，不同服務(wù)性質(zhì)的建筑有自己的功能特點(diǎn)，平面布局與使用空間也不盡相同，為使其適合工業(yè)化建造，在建筑方案設(shè)計(jì)階段還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行工業(yè)化策劃，也需要在大量數(shù)據(jù)信息支持下，將建筑方案的模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，建筑部品、構(gòu)件配件盡量標(biāo)準(zhǔn)化，建筑物的個(gè)性特點(diǎn)則通過(guò)“標(biāo)準(zhǔn)化、多組合”的設(shè)計(jì)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。廣義來(lái)說(shuō)，這一數(shù)據(jù)信息的整理過(guò)程也屬于“裝配智造”的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一。BIM（Building Information Model）設(shè)計(jì)應(yīng)該在這一“建筑工業(yè)化策劃”的基礎(chǔ)之上展開(kāi)。

  可匹配與中小型公共建筑的裝配式結(jié)構(gòu)種類較多，比如混凝土框架、鋼結(jié)構(gòu)、墻板結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、盒子結(jié)構(gòu)等，設(shè)備系統(tǒng)以及管線也相對(duì)較復(fù)雜，因而在設(shè)計(jì)這類建筑時(shí)采取“結(jié)構(gòu)體+填充體”的研究方式更為適宜，這一裝配式設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵技術(shù)之一就是關(guān)于填充體的機(jī)電設(shè)備裝修一體化技術(shù)，將建筑的空間分隔墻體、裝飾裝修材料、機(jī)電設(shè)備綜合管線等一體化作為一個(gè)填充體來(lái)綜合考慮，增加集成度，提高裝配率。這需要提升裝配式建筑師的專業(yè)綜合能力，同時(shí)必須借助BIM智能化信息技術(shù)，將這一設(shè)計(jì)方法完整表達(dá)，并貫穿始終。

  BIM技術(shù)具有信息完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等多種特點(diǎn)，同時(shí)還是一個(gè)開(kāi)放性的平臺(tái)。由于中小型公共建筑中一些常用的構(gòu)配件和部品有共通性和可置換性等特點(diǎn)，如果在BIM基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑構(gòu)件信息化建設(shè)，將常用的構(gòu)配件梳理集中形成構(gòu)配件數(shù)據(jù)庫(kù)，并積累到一定規(guī)模，既可以發(fā)揮其標(biāo)準(zhǔn)化“智能設(shè)計(jì)”的作用，亦可以通過(guò)組合方式的不同形成風(fēng)格迥異的公共建筑個(gè)性化的外觀形象。

  從建筑工業(yè)化策劃開(kāi)始，BIM猶如一個(gè)裝配式巨人的神經(jīng)系統(tǒng)，貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造、工期統(tǒng)籌、造價(jià)管控、能源管理、安全防衛(wèi)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的每一個(gè)“肢節(jié)”，發(fā)揮其“BIM智能中樞”的作用，形成BIM數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。此外，我們將構(gòu)件在工廠生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程信息以二維碼或芯片植入的方式隨構(gòu)件產(chǎn)品出廠，即使建設(shè)完工后，亦可具備構(gòu)件級(jí)產(chǎn)品可追溯功能。媒體常常將裝配式建筑的設(shè)計(jì)建造全過(guò)程稱為“裝配智造”，尤其中小型公共建筑，就體現(xiàn)在上述這些地方，既解決了品質(zhì)提升。同時(shí)管控工期與造價(jià)的問(wèn)題，又可進(jìn)行多方面建造與管理的統(tǒng)籌。

  4.2 能源自動(dòng)化管理

  以能耗管理來(lái)說(shuō)，中小型公共建筑服務(wù)受眾廣泛，功能特征性強(qiáng)，建筑使用時(shí)間較長(zhǎng)，建筑空間較大，空間關(guān)系也比較復(fù)雜。在裝配式建筑中應(yīng)通過(guò)智能化手段安全有效地進(jìn)行能耗管理。

  從規(guī)劃設(shè)計(jì)角度看，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是工業(yè)化方案策劃的重點(diǎn)，而建筑能耗與建筑體形系數(shù)（建筑外表面積與建筑體積的比）密切相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)重點(diǎn)除了在構(gòu)配件和部品單元考慮工業(yè)化生產(chǎn)的便捷，除了模數(shù)與模塊的選擇與集成以外，還要注意整體建筑物體型的規(guī)整程度，體形系數(shù)盡量小，以保障能耗利用效果；外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是裝配式建筑的難點(diǎn)，也是熱工技術(shù)重點(diǎn)，防水、防火、門窗構(gòu)配件集成、多種材料、立面效果、拆分體尺寸、拆分體重量、構(gòu)件連接技術(shù)、與主體結(jié)構(gòu)關(guān)系（有時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)也是主體結(jié)構(gòu)的一部分）、與機(jī)電設(shè)備關(guān)系等因素，都要與熱工技術(shù)綜合考慮。使用BIM信息模型，可以更加直觀地進(jìn)行建筑體形系數(shù)的控制，科學(xué)地進(jìn)行外圍護(hù)體系的熱工技術(shù)分析計(jì)算，在能耗的建筑源頭進(jìn)行管控，這也是被動(dòng)式節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

  從建造運(yùn)營(yíng)的角度看，新能源系統(tǒng)的采集安裝、智能化調(diào)控在裝配式方式下應(yīng)將其作為設(shè)備模塊來(lái)與建筑模塊有機(jī)結(jié)合，比如熱泵（地源、水源、空氣源、混合源）系統(tǒng)、分布式能源（光電、光熱）系統(tǒng)安裝與建筑主體裝配應(yīng)該統(tǒng)籌計(jì)劃，協(xié)調(diào)工種作業(yè)時(shí)序，設(shè)備管線、設(shè)備操控端應(yīng)結(jié)合室內(nèi)裝修作為填充體一體化裝修，設(shè)備運(yùn)營(yíng)應(yīng)采用能源自動(dòng)監(jiān)控及計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到能源供給信息化，根據(jù)預(yù)先編排的時(shí)間程序?qū)﹄娏Α⒄彰?、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化管理，達(dá)到自動(dòng)減少能耗的目的。

  4.3 智能化水平的提升與發(fā)展

  裝配式中小型公共建筑智能化發(fā)展包括以下幾個(gè)關(guān)鍵要素：

  首先，以實(shí)用和適度的原則選擇智能化配置。設(shè)計(jì)前期在進(jìn)行建筑方案工業(yè)化策劃的同時(shí)應(yīng)進(jìn)行智能化策劃，準(zhǔn)確分析或確定智能化設(shè)計(jì)等級(jí)，按需配置自動(dòng)化系統(tǒng)。多數(shù)公共建筑使用強(qiáng)度都比較大，智能化配置過(guò)高會(huì)增加工程造價(jià)，造成浪費(fèi)；因裝配制造、工廠加工、設(shè)備裝修一體化的特點(diǎn)，后期改造易受制約，若智能化配置過(guò)低又不滿足使用要求，勢(shì)必會(huì)增加工程后期改造的困難。

  其次，信息共享程度與智能化系統(tǒng)集成程度，是裝配式中小型公共建筑智能化發(fā)展水平的重要標(biāo)志。系統(tǒng)集成的實(shí)質(zhì)是將控制域（樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)為代表）與信息域（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為代表）進(jìn)行集成，重點(diǎn)是不同類型的信息集成，實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享與聯(lián)動(dòng)操作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)智能化系統(tǒng)的管理和輔助決策。BIM作為裝配式全過(guò)程中樞級(jí)信息系統(tǒng)，在建筑運(yùn)營(yíng)中參與到系統(tǒng)集成中存在其必然性。自動(dòng)化管理的集成度可以用建筑的“智商”來(lái)形容，一方面，其智商表現(xiàn)在“5A”（OA-辦公自動(dòng)化、CA-通訊自動(dòng)化、FA-消防自動(dòng)化、SA-安保自動(dòng)化、BA-樓宇自動(dòng)控制）之間的智能化集成；另一方面將BIM作為信息平臺(tái)的重要組成來(lái)統(tǒng)一建設(shè)，其與BA、FA、SA的集成運(yùn)用，將使公共建筑智能管理信息更準(zhǔn)確完整、可視化模擬形象更直觀、多級(jí)子系統(tǒng)模塊的增減調(diào)整更便捷。

  再者，智能化發(fā)展空間需要預(yù)設(shè)置。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，基于“大數(shù)據(jù)”的“云平臺(tái)”會(huì)對(duì)裝配式中小型公共建筑智能化產(chǎn)生積極的影響，“物聯(lián)網(wǎng)”的運(yùn)用也會(huì)越來(lái)越廣泛，IT行業(yè)自身正在經(jīng)歷一場(chǎng)快速的大變革；同時(shí)，大眾對(duì)公共建筑安全性、舒適性、便捷性、資源（能源）高效性的要求也越來(lái)越高，這對(duì)裝配式建筑智能化提出新的要求，要以發(fā)展變化的思維來(lái)協(xié)調(diào)裝配式工廠化精密制造這種“剛度”與中小型公共建筑智能化進(jìn)程這種“速度”之間的矛盾，建筑裝配建造之初就應(yīng)根據(jù)智能化策劃，將信息系統(tǒng)可能增加的模塊空間預(yù)留出來(lái)，設(shè)備空間，包括主機(jī)、管網(wǎng)、終端、操控端所需要的空間、部位都盡量標(biāo)準(zhǔn)化，模數(shù)化、模塊化、可增減，將智能化系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與裝配式建筑的構(gòu)件部品模塊化“可擴(kuò)展性”結(jié)合起來(lái)，順應(yīng)智能化技術(shù)革新與市場(chǎng)需求變化。

  五、結(jié)論

  裝配式中小型公共建筑是我們城鄉(xiāng)新興建設(shè)發(fā)展中具有代表性的一類建筑物，其智能化設(shè)計(jì)建造、智能化運(yùn)營(yíng)維護(hù)貫穿整個(gè)建筑的全壽命周期，為城鄉(xiāng)民眾的各類社會(huì)服務(wù)提供良好空間環(huán)境。裝配式中小型公共建筑的智能化水平也是后工業(yè)化時(shí)代建筑業(yè)進(jìn)步的標(biāo)志性內(nèi)容。建筑智能化與裝配式技術(shù)的發(fā)展相互依存，共同進(jìn)步。我們應(yīng)在裝配式領(lǐng)域里大力發(fā)展智能化建筑，建設(shè)智慧城市，創(chuàng)造美好生活。