李政道，郭振超 （深圳大学，广东深圳518061）
1 相关理论概述
1.1 装配式建筑概述
1.1.1 装配式建筑的概念
自二十一世纪以来，我国建筑行业进入了一个快速发展的时期，为我国国民经济的增长做出了重要贡献，带动了一系列附属相关产业的发展。然而，随着人口增加、环境恶化、资源短缺、人工价格升高、土地形势日益严峻以及行业竞争压力增大，以往粗放型的建筑方式已不能满足当今建筑行业可持续化发展的要求[1]。因此，为提高建筑企业的市场竞争力，推动建筑业向信息化、工业化及可持续化转型，装配式建筑应运而生。
装配式建筑是指将建筑经过集成化、标准化设计后，将传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑所需的部品部件，如楼板、墙板、楼梯、阳台等，将部品部件运输到建筑施工现场，然后通过可靠的连接方式在现场装配安装而成。装配式建筑采用“五位一体”的建造方式，构件越标准，生产效率越高，相应的成本越低，整体成本最优。装配式建筑已成为建筑业工业化发展的趋势[2]。
1.1.2 目前装配式建筑的局限性
装配式建筑的建造方式符合国内建筑业的发展趋势，随着建筑工业化和产业化进程的推进，装配式建筑的应用落地将会越来越广泛，但是在现阶段，装配式建筑还存在工艺落后、工业化程度低，数字化、智能化管理不足等问题，在这些方面尚需要进一步加大科学研究的工作，促进装配式建筑的发展。将信息化技术应用到装配式建筑供应链管理中将有助于这些问题的解决[3]。
1.2 数字化技术概述
1.2.1 数字化技术
数字化技术的应用主要是借助于计算机技术，对各类信息进行分析处理，确保其能够通过数字完成运算，实现运算分析的准确和高效。在这种技术的实际应用中，涉及将各类信息转化为数字，并构建数字化模型，这也是数字化技术在各个行业应用的基本流程[4]。
1.2.2 数字化建造
数字化建造是指在计算机的虚拟世界中实现虚拟建造的过程，是指以BIM技术为基础，实现建设全生命周期的信息共享，使装配式建筑向全面物联、充分整合、协同运作的智慧化建造方向发展。数字化建造的主要特征是机械化安装、精密化测控、工厂化加工和信息化管理，需要集约化的管理模式做支撑[5]。
2 装配式建筑课程教学现状
装配式建筑已经成为建筑业发展的主要趋势，工程管理专业作为培养复合型人才的综合性专业，需要积极推广装配式建筑的数字化管理在专业教学中的应用，完善人才培养体系，提高工程管理专业人才的综合能力。目前，国内部分高校已经开始尝试将装配式建筑相关课程加入到工程管理专业教学中，并在此基础上开展了装配式建筑与BIM相关的工程管理专业教学工作，形成了包括装配式与BIM课程设置、研究中心、课程设计等多种形式的建筑工业化方向人才培养模式[6]。
但是，现阶段各高校对于装配式建筑的教学多是以概念和理论知识入手。这种情况导致很多学生只能接受到概念的单一性教学，并且组织学生实地参观装配式建筑项目的机会较少，无法对装配式建筑有全方位的认知。比如在实践教学过程中，就存在内容之间不相容的问题，由于学生未建立系统的智慧结构，所以学生在掌握工程概念与系统实践之间的关系方面也存在一定的难度[7]。因此，为了进一步推广装配式建筑在工程管理专业教学中的应用，有必要对当前教学面临的问题进行总结与思考。本文提供一种装配式建筑数字化管理平台，希望能够为相关教育工作者提供一些参考。
3 装配式建筑项目数字化管理教学系统构建
3.1 装配式建筑项目数字化管理教学系统建设的目标
装配式建筑项目数字化管理的本质是指在装配式建筑项目管理的各个阶段环节中，充分利用计算机技术、网络技术、数据库等在内的科学方法和信息技术，有效地提高项目管理水平、降低管理成本、提高各参与方的信息交流和共享，从而增进全过程协同管理效率，保证装配式项目按时按质、高效经济、绿色持续地进行，并起到推动装配式项目稳定发展的目的。
因此，基于现阶段各高校对于装配式建筑的教学多是以概念和理论知识入手的现状，装配式建筑项目数字化管理教学系统的目标是让学生以实际落地的装配式建筑项目为例，从各个利益相关方的参与角度出发，充分利用计算机技术、网络技术、数据库等在内的科学方法和信息技术，实现装配式建筑项目的可视化、网络化、协同化和集成化管理，解决设计—生产—装配脱节的问题，为项目各级管理者提供多角度、多维度、多样本的数据信息管理与决策支持，保证项目各级管理目标的顺利实现，增进不同管理者之间的信息沟通和共享，从而有效提高装配式建筑项目管理水平。
另外，利用装配式建筑数字化管理平台作为教学工具辅助教学，运用项目教学、可视化仿真教学等手段、探索基于信息化工具和案例项目相结合的教学方法，可以解决以往装配式建筑教学中辅助手段不足、不够直观等问题，可以提高学生学习兴趣，改善传统教学课堂沉闷的现象，提高教学质量。另外，还可以减少许多需要到现场实践带来的安全隐患等困扰。
3.2 装配式建筑项目数字化管理系统的结构
装配式建筑项目数字化管理系统包括装配式建筑管理信息系统、装配式建筑项目可视化展示、数据交互三大功能，功能结构图1如下。
图1 装配式建筑项目数字化管理系统功能结构图
3.2.1 装配式建筑管理信息系统
3.2.1.1 云平台端
项目信息管理以项目为主线，实现项目基本信息、项目资料等数据的维护，以及串联项目各阶段的信息，实现项目全过程信息管理；BIM模型管理可对模型通过有针对性的数据压缩及还原技术来进行轻量化，然后通过浏览器，以网页的方式实现建筑模型按单体建筑、楼层、构件类型、构件多层次、多视角的浏览，并且可以查看单个构件的详细信息；生产商在生成完构件后，对每个构件进行二维码的生成，做成每个构件的唯一识别，每个二维码关联一个对应的构件，用于生产、仓储、质检、物流运输、手机APP等各业务功能模块，方便用户快速定位于构件信息。
预制构件生产单位可以登录数字化管理云平台，查看和下载预制构件清单、构件数字模型，并生成打印二维码并与构件进行关联。构件生产厂商，可以通过登录信息管理云平台直接输入预制构件生产开始时间，生产结束时间等信息。并确定好生产构件的顺序与时间衔接点。通过各个阶段的BIM模型直观掌握项目整体进度，通过统计分析，查询预制构件计划生产时间、实际生产时间、计划安装时间、实际安装时间，以及构件所在状态。根据原先制定的项目计划，结合各构件实际的进度状态信息，以图形化的方式显示进度情况。
结合BIM模型可以查看项目各阶段计划投资、实际投资，统计分析项目计划累计支付金额、实际累计支付金额，各阶段计划支付金额、实际支付金额。专业知识库提供对装配式建筑构件生产、安装的工艺工法、技术标准等相关资料的收集整理、维护以及检索功能，并能自行添加和删除目录，对文档进行下载和在线预览。通过人员信息、机构信息、流程设置、日志管理的管理，进行人、事、权的合理分配，可以根据企业的管理模式来进行设置，并且可以完成分支机构的管理；角色管理中可以根据不同的角色赋予不同的权限，方便了企业不同的管理模式。
3.2.1.2 移动APP端
仓储、物流人员使用移动APP，通过扫描构件二维码，将预制构件入库、出库、物流信息推送到云平台，其他人员可以通过BS云平台、APP查看预制构件的状态信息。
构件运达施工现场，现场材料管理员启动预制构件入库二维码扫描功能，扫描构件二维码，完成预制构件入库操作，将入库信息推送到云平台，其他人员可以通过云平台、APP查看预制构件的状态信息。预制构件安装完成后，现场施工监理启动构件安装完成二维码扫描功能，扫描已安装构件二维码，或通过已安装构件选择录入操作，确定构件已安装完成，其他人员可以通过云平台、APP查看工程实际完工形象进度。并且可以实现建筑模型按单体建筑、楼层、构件类型、构件多层次、多视角的浏览，并且可查看构件详细信息。
图2 装配式建筑项目数字化管理系统移动APP端管理
3.2.2 装配式项目可视化展示
系统通过多个大屏幕模拟不同的角色的账号与密码登录系统，来进行相应的操作，根据每个角色在系统中的操作产生数据之后，按业务流程往下走，实现各方之间的数据、业务协同工作。角色共分为设计单位、建设单位、构件生产厂商、运输单位、施工单位，不同的角色登录系统后，进行相应的操作。利用百度地图，随机选择路径，动态变化坐标点的数据，直接达到目的地。系统通过GPS导航设备，结合地图来实现物流运输状态跟踪模拟功能。
3.2.3 装配式建筑项目数字化管理数据交互
3.2.3.1 云平台与APP端数据交换
装配式建筑项目数字化管理系统云平台与移动APP端的数据交互方式，采用Web service的方法进行调用与数据传递，传递过程中的数据，采用DES对称加密算法进行数据加密保护，以防数据直接被截取，具体交互的内容有生产进度数据、物流运输数据、装配式检验结果数据。
3.2.3.2 Revit模型与云平台移动APP数据转换
Revit模型与云平台、移动App数据传导通过特殊的格式转换，将模型进行轻量化之后，把数据传递到系统后台提供给用户在云平台或移动APP上展示，方便用户随时随地办公，各文件进入系统的格式为*.IFC文件（Revit模型文件）、*.SFC文件（模型轻量化文件）、*.SC文件（模型浏览文件）。
4 装配式建筑项目数字化管理系统功能
装配式建筑构件生产和信息化管理主要内容应包括信息化设计阶段、工业化生产阶段、智能化物流运输阶段、数字化装配施工阶段、后期运维阶段等。
借助该系统，可为业主提供解决方案，使用系统可以查看构件从设计到安装的全过程的信息，为其后续过程管控、运维提供可视化的帮助。为企业管理者提供解决方案，使用系统可以查看任意时刻合同的执行情况，了解制造、建造等细节。
4.1 构件的设计管理
依据设置的排版规则，在系统中实现构件的标准化自动设计。该系统可为图纸设计、预算部门提供解决方案，可以通过识别CAD设计图纸，或使用Revit三维模型，计算输出预制构件BIM模型、预制构件工程量清单，装配顺序和装配时间要求。
系统可以自动进行模型轻量化处理，通过自己特有的模型轻量化算法，可以将模型大小减少85%左右。模型轻量化主要通过有针对性的数据压缩及还原技术来实现。渲染展示轻量化之后，模型的细节基本都得以保留，并不影响后续应用。模型轻量化后效果细节展示如图3所示。
图3 模型轻量化后效果细节展示
4.2 构件的生产管理
基于BIM技术进行构件生产进度的可视化展示。利用二维码标签对构件生产进行跟踪管理，全面记录构件的生产信息、当前状态（未排期、待生产、正在生产、生产完成）等情况。
为生产部门提供解决方案，通过信息管理云平台，可以按项目得到预制构件工程量清单和预制构件BIM模型，以便安排生产，同时可以将生产数据输入信息管理云平台。构件生产厂商，可以通过登录信息管理云平台直接输入预制构件生产开始时间、生产结束时间等信息。生产进度管理如图4所示。
图4 生产进度管理的计划设置
4.3 构件的运输管理
根据施工进度合理制定预制构件的运输计划，避免构件运输不及时延误现场施工或施工现场构件堆放过多的问题；基于GPS对车辆进行实时定位和运输线路规划，实现构件运输的可视化智能调度；基于二维码技术和数字化管理云平台，建立预制构件的跟踪监控系统，实现高效的数据采集和实时物流信息的传递共享。
图5 物流运输管理的状态设置界面
为仓储物流部门提供解决方案，通过信息管理云平台可以按项目得到预制构件生产数据，以及预制构件装配顺序和时间要求等信息，以便安排仓储、配送。仓储和物流部门，可以通过以下方式输入预制构件入库、出库、发货、到货时间信息：登录信息管理云平台改变运输状态，或使用移动设备扫描构件二维码的方式输入。
4.4 构件的装配管理
将构件安装进度在BIM模型中实时展示，并自动校验施工工序的合理性；基于北斗卫星定位系统实现厘米级的安装定位，辅助构件吊装就位，提高安装效率。
为施工部门提供解决方案，使用系统可以导入、模拟、分析、验证、调整施工进度，可以现场查找包装信息或者待安装位置等信息，可以快速记录、反馈、跟进施工现场实际状况。构件安装部门，可以通过登录信息管理云平台直接输入预制构件计划安装时间、安装结束时间等信息。装配进度管理如图6所示。
图6 装配进度管理
另外，针对生产单位、运输单位、施工单位，站在不同的视角会有不同的进度情况，提供个性化的着色模式模型浏览功能。通过统计分析，查询预制构件计划生产时间、实际生产时间、计划安装时间、实际安装时间，以及构件所在状态（比如：加工、运输、进场、已安装等）。
5 结论
利用装配式建筑数字化管理平台作为教学工具辅助教学，可以解决以往装配式建筑教学中辅助手段不足、不够直观等问题，可以提高学生学习兴趣，改善传统教学课堂沉闷的现象，提高教学质量。另外，还可以减少许多需要到现场实践带来的安全隐患等困扰。希望通过本文介绍的数字化管理平台和理念，可以帮助各相关院校克服装配式建筑教学所面临的难题与困境，为教学改革的开展提供一定的参考。
