装配式建筑设计、生产、施工一体化信息系统研究与应用

信息系统研究与应用

粟剑波，孙志庭，陈东升，江　涛，何洪普，胡谋东

（中建三局绿色产业投资有限公司，湖北 武汉 430100）

　　【摘要】 针对装配式建筑信息化应用水平落后，架构规划和需求不清晰，系统建设缺乏统一性与整体性等问题，通过对装配式建筑信息系统架构需求以及设计、生产、施工全过程信息交互的深入研究，形成一体化信息系统搭建思路与框架，提出了装配式企业信息化系统建设的建议，对装配式建筑一体化信息系统建设具有较大的借鉴意义。　　【关键词】 装配式建筑；一体化；全过程；信息化

　　【中图分类号】TQ630.7+2 　　　【文献标志码】 A　　　　【文章编号】 1671－3702（2021）05－0053－06

Research and Application on Integrated Information System of Design，Production and Construction of Prefabricated Buildings

SU Jianbo，SUN Zhiting，CHEN Dongsheng，JANG Tao，HE Hongpu，HU Moudong

（China Construction Third Engineering Bureau Green Industry Investment Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430100，China）　　Abstract：In view of the backwardness of prefabricated building informatization application level，unclear architecture planning and management，lack of uniformity and integrity in system construction，etc.，through the in-depth information interaction of the prefabricated building information system architecture requirements and the entire process of design，production and construction The research has formed the idea and framework for building an integrated information system，and put forward suggestions for the construction of prefabricated enterprise information system，which has great reference significance for the construction of prefabricated building integrated information system.

　　Keywords：prefabricated building；integration；whole process；informatization

0　引言

随着我国建筑行业的跨越式发展，建设规模和投资力度都有了很大的提高，建筑业面临转型升级的新挑战和新机遇。《“十三五”国家信息化规划》中提出了要“全面提高建筑企业信息化水平”，对建筑一体化信息系统的建设提出了新的要求。针对建筑业信息化建设发展滞后，各业务管理协同不畅，信息孤岛、业务流程脱节等问题，本文研究了建筑业信息系统架构建设需求，分析了装配式建筑设计、生产、施工各个阶段的数据交互要求，提出了一体化解决思路及框架，对装配式建筑企

作者简介：粟剑波，男，工程师，研究方向为 BIM 技术。

业一体化信息系统的建设具有重要参考意义。

1　装配式建筑信息系统的架构建设需求

所谓装配式建筑信息化，即通过在装配式建筑中实施信息化技术深度应用，有效发挥信息共享和集成优势，促进装配式建筑各专业、各环节、各参与方的协同工作，实现建筑工业化与信息化的深度融合［1］。

设计、生产、施工各阶段对信息系统的建设都提出了不同的需求，如在设计阶段，要重点提高专业设计能力，专业间协同设计以及预制装配结构模数化、标准化设计等；在生产阶段，主要通过信息化和自动化加工技术，提高生产的自动化水平，提高生产计划、组织、调度

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聚焦信息化工程质量󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第39卷ocus on Informatization的效率与质量等；在施工阶段，基于 BIM 技术，通过物联网、RFID 等信息技术，实现构件产品在建造中的设计、生产和运输等的信息共享，实现以装配为核心的设

计-生产-装配无缝接驳的信息化管理

［2，3］

。在建立统一的信息交互标准的基础上，搭建设计、生产、施工一体化信息系统，保证各专业、各参与方的信息能够有效地实现共享和实时交互，结合企业管理流程与业务流程，对项目全生命周期的采购、成本、进度、合同、物料等进行全面信息化管控，实现装配式建筑设计、生产、施工全过程的信息化，提高整体建造效率和效益，并提升企业管理水平和经营能力。

2　装配式建筑设计、生产、施工全过程信息

交互需求

基于装配式建筑在设计、生产、施工阶段的数据及信息交互要求，从设备端、数据库、应用范围 3 个方面进行分析，规划对应的信息化建设需求，如图 1 所示。

图 1　装配式建筑在设计、生产、施工信息交互全过程

2.1　设备端

设备端主要分为信息收集前端、信息终端、网关设备、机械设备等。信息收集前端主要有二维码、RFID、GPS/北斗系统、监控设备、智能安全帽、智能水表等；信息终端主要有信息收集终端、车载终端、读卡器、机械设备智能控制终端等；网关设备主要有 4 G/5 G、DTU、RTU、物联网关等；机械设备主要有塔吊防撞、预警、自动保护，机械辅助等工业设备。

2.2　数据库

数据库包含静态和动态数据库。静态数据库主要为构件部品库、工艺工法库、设计方案户型库、栋号库、定- 54 -

额库等。动态数据库为前端设备收集的数据资源库，如定位、轨迹、数量、材料、水量、电量等资源的动态数据。

2.2.1　静态数据库

静态数据库为企业建立的一套可以重复利用的数

据库。如构件部品库可以分为通用模型库和企业产品模型库。通用模型库主要用于辅助建模或提高建模效率的参数化模型，如 Revit 的族库包括门、窗族、栏杆、参数化预制构件、设备等，通用模型库的数量决定着建模的效率，也代表着企业的 BIM 应用水平。企业产品模型库主要为标准化的预制构件库，根据公司的产品构件特点及规律，模数化、标准化构件，标准构件可以直接对接工厂信息系统，大大提高深化设计及生产的效率。设计方案户型库、栋号库主要为企业根据市场需求、经验、成本、标准的工艺工法建立的一套数据库。这套数据库可以重复利用、快速响应市场需求、快速为需求方提供一套完整的解决方案，提升企业的核心竞争力。

2.2.2　动态数据库

动态数据库主要是利用前端设备进行信息收集，

如利用二维码、RFID、GPS/北斗系统对车辆及构件进行实时定位、轨迹分析，动态采集车辆的轨迹数据、构件的出厂、进场、验收等信息。利用智能安全帽对人员的轨迹、安全、信息等进行动态采集，利用智能水表、电表、智能路灯等设备对水、电资源进行动态数据采集，利用视频监控系统、塔吊防撞系统对施工现场、塔吊的旋转半径进行实时监控及数据采集。前端设备对数据进行动态采集，通过互联网或信息收集终端设备传输到后方的智慧平台进行大数据分析及 BIM 应用。

2.3　应用层

应用层主要包括协同设计、构件智能加工系统、基于物联网+GPS/北斗的构件物流管理、基于 BIM 的现场装配信息化管理。

2.3.1　基主要分为施工图的协同设计及构件深化协同设计

于 BIM 的协同设计

两大部分。施工图协同设计，包含建筑、结构、给排水、暖通、电气、精装全专业。施工图阶段分为专业内加专业间链接协同设计、全专业大协同设计两种模式。专业内加专业间链接协同设计的优势在于协同机制及电脑硬件配置要求低；全专业大协同的优势在于全专业在一个设计平台中进行工作，修改变动都可实时查看。构

第5期

装配式建筑设计、生产、施工一体化息系统研究与应用粟剑波等：

件深化协同设计一般主要涉及结构、机电、精装 3 个专业，其主要环节为结构专业间的深化协同设计，机电、精装专业主要涉及开关插座等点位及预留预埋。

协同设计的工作机制分为局域网内协同和跨区域协同两种方式，局域网内的协同机制架设要求较低，可以用普通电脑作为服务器，也可架设在公司主服务器上。跨区域协同则需要借用第三方平台或 VPN、端口映射等方式实现跨区域的协同设计。

2.3.2　构件智能化加工

通过 BIM 数据与中控系统相连，通过中控系统驱

动自动化生产设备进行全自动生产，实现构件生产的自动化［4］。

目前能实现构件全自动生产的进口生产线有艾巴维和沃乐特等德国生产线，主要通过 BIM 模型导出pxml 和 unitect 两种数据格式，并导入 MES、EBOUS 等系统驱动生产设备进行全自动生产。以艾巴维生产线的预制双皮墙流程为例，主要的工艺流程有自动划线、自动支模、钢筋网片焊接、翻转、自动放置、桁架钢筋自动放置，布料机自动布料、自动振捣、养护窑养护、翻转机翻转、二次养护、脱模、自动清洗等环节。

2.3.3　基通过于物联网的构件定位运输管理

扫描构件二维码信息或 RFID 芯片，结

合 GPS/北斗定位对预制构件的出厂、运输、进场进行全过程追溯和监控，并通过互联网实时传递信息到工厂的生产管理系统和施工的现场管理系统，完成整个预制

构件物流运输的全过程管理

［5］。通过对构件的信息采集和动态跟踪可以建立构件的质量追溯系统［6］。

构件追溯系统可以与监管部门、建设单位、设计单位、构件生产企业、物流企业、施工单位、监理单位等各方进行数据共享，实现装配式预制构件的全过程质量管理和监管。构件质量追溯系统主要功能包括：构件信息管理、构件质量追溯采集、信息查询门户。

2.3.4　基BIM于 模 BIM 型包含了图的现场装配信息化管理

纸、数据、属性等信息，

且 BIM 技术具有可视化、精细化、仿真模拟等特点，施工阶段可利用 BIM 模型进行场地布置、构件吊装模拟、构件管理、三维技术交底等技术应用。

1）场地布置。通过三维的方式对施工现场的道路、临设、大型设备、各生产操作区域、PC 构件堆放区

域进行可视化布置。结合塔吊的吊装半径、计划等信息对构件的吊装路径进行模拟，对塔吊位置、构件堆放位置及顺序进行优化，提高施工质量。

2）构件管理。将构件 BOM 清单、安装楼层、安装部位、安装计划等信息集成到构件的 BIM 模型中，并与对应的生产构件相关联。通过管理平台对构件的设计、生产、运输、堆放、吊装等进行全过程管理，对不同状态下的信息进行动态收集并集成到 BIM 模型中，从而实现构件的可视化、信息化、精细化管理。

3）吊装模拟。结合构件吊装路径、安装工序、楼层、部位等信息，通过仿真软件对构件的吊装方案进行仿真模拟。通过模拟可以提前验证吊装方案的合理性，吊装过程中可能遇到的碰撞问题，通过模拟多项方案，为最佳方案决策提供数据支撑。

4）三维可视化交底。通过 BIM 的可视化特点，把复杂区域、复杂节点的二维图纸进行三维可视化，利用所见即所得的方式向工人进行技术交底，使施工人员更清楚地理解设计意图、关键节点等，提高工作效率、提高安装的精度和质量。

3　一体化信息系统搭建思路及框架

3.1　一体化信息系统搭建思路

设计、生产、施工（DPC，Design-Production-Construction）一体化信息系统建设任务主要是搭建数字化企业管理中心，建立企业管理模型，负责企业信息管理，主要包括：企业 BI（BI，Business Intelligence）平台和项目 BI 平台两大模块，各板块包含子系统如图 2 所示。

图 2　信息一体化模型

3.1.1　企业企业智慧商业平台 BI 平台

，即企业 BI 平属于企业“内业”

管理范围。包括企业 OA 系统、业财一体化体系、供应

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聚焦信息化工程质量󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第39卷ocus on Informatization链管理平台和科研管理平台。

1）企业 OA 系统。企业 OA 系统主要包括企业日常办公、行政、信息发布等业务管理及流程审批。

2）业财一体化系统。业财一体化系统融业务、预算、资金、核算四维一体，以公司主要业务为基础，建设全面预算管理、资金业务管理、资金收支控制、费用控制管理、经营决策分析管理等功能模块。

3）供应链管理平台。供应链管理平台是信息流、物流、资金流的集中管控平台，包括集中招采、企业商务系统、经营管理系统等。

4）科研管理平台。科研管理平台主要是针对企业课题研发过程管理、成果转化管理、科研考评及绩效考核、研发成果归档及管理。

3.1.2　项项目智慧商业目 BI 平台

（BI）平台是指企业“外业”管理。包

括工程建设项目的设计管理系统、生产管理系统、施工管理系统和运营维护系统。

1）设计管理系统。设计管理系统采用一体化设计理念，主要包括：装配式建筑设计信息化、装配式结构深化设计信息化两个阶段。

2）生产管理系统。生产管理系统的特点是智能化生产，主要包括构件智能化加工、计划管理信息化两个方面。

3）施工管理系统。施工管理系统主要包括模型信息化应用和施工管理信息化两大方面，功能体现在智慧管理系统、材料与成本管理系统和合同与商务管理系统。

4）运营维护系统。运营维护系统主要基于运维模型进行建筑物运营维护管理，如资产与设备管理、空间管理、能源管理、安防管理等。

3.2　装配式企业一体化信息系统框架思路

DPC 一体信息化建设框架由下而上，一层是共享资源层，二层是信息一体化应用平台，三层是企业管理层，每一层由若干“立柱”组成。其框架结构如图 3 所示。

3.2.1　企业管理层

企业管理层是 DPC 一体信息化建设框架的顶端管

理领域，是整个建设框架的导向，各管理系统主要功能模块如下。

1）企业 OA 系统。办公系统、行政管理、技术质量- 56 -

图 3　DPC 一体化信息化框架布置图

管理、安全管理、项目管理。

2）业财一体化体系。财务系统、工厂管理平台、项目管理。

3）供应链管理平台。集中招采系统、企业商务系统、经营管理系统、市场管理。

4）科研管理平台。科研管理、研发监控、技术资料库及成果应用。

3.2.2　项项目一体信息化应用平台是项目目一体信息化应用平台

BI 平台的核心，也

是 DPC 一体信息化建设框架的核心目标，应注重全过程信息化应用，可分为设计信息化应用、生产信息化应用和施工信息化应用方向及运维信息化应用。

设计信息化应用包括协同设计、设计管理、数字化审图（根据需要）及图档系统等。

生产信息化应用包括生产排程、智能加工、仓储管理及构件检验等。

施工信息化应用包括 BIM 平台、智慧管理平台、商务管理及竣工验收系统等。

第5期

装配式建筑设计、生产、施工一体化息系统研究与应用粟剑波等：

运维信息化应用包括资产与设备管理、空间管理、能源管理、安防管理等。

3.2.3　共享资源层

共享资源层是 DPC 一体信息化建设框架的基础设

施，指为整个信息化平台提供全生命周期硬件、软件、网络、通讯、存储、应用等服务的载体，是一个共享、开放的框架层，包括设备资源、网络资源和工具资源。

设备资源包括平台设备和末端设备。平台设备指平台搭建的服务器及缓存，末端设备是应用层客户端设备，如智能手机、PC、WEB 端等。

网络资源是为信息化平台提供计算机网络技术支持的资源统称，如云计算技术、无线射频技术、GPS 定位技术等。

工具资源是为平台应用提供软件开发、维护、应用的统一环境以及相应的数据库资源，包括系统软件、应用软件、中间件、运行库、数据库、构件库等。

共享资源层数据及信息交换方面考虑的问题如下。1）共享企业级数据中心。通过实现统一的数据定义与命名规范、集中的数据环境，从而达到数据共享与利用的目标。是企业 IT 的物理载体，为企业应用提供数据存储、数据分析、处理及决策服务。

2）CDN 加速服务网络。通过在现有的网络中增加一层新的专用网络架构，将平台的内容“缓存”到最接近用户的网络“边缘”，使终端可以就近取得所需的内容，提高访问平台的响应速度和网络利用率，避免原始服务器超载，解决跨区域协同问题。

3）企业数据库建设。根据一体化平台建设的需要，逐步完善企业数据库，辅助企业经营管理和快速决策。

4）API 数据接口。作为信息传递的中间件，通过程序间的直接或间接通信实现数据共享。根据平台上不同软件应用程序间的数据共享性能，按需研发不同分类的数据接口。

5）信息分类与编码。信息分类与编码标准化是根据分类对象的属性或特征研究其标识、分类、参照特性，易于计算机和人识别处理，为信息交换和实现信息资源共享提供基础。建立信息分类体系，分类型、分区域进行数据信息的存储、处理、计算和定向访问，简化并明确信息存储及传递路径，设立数据中心共享信息区域和专有信息区域。

3.3　信息系统建设应用实例

参照上述一体化信息系统搭建及框架思路，结合 BIM 技术，分别引入/开发了装配式建筑设计、生产、施工信息平台。

3.3.1　协同设计平台

引入 revit 协同设计平台，协同建筑、结构、机电全

专业进行深化设计，优化细部节点，将机电预留预埋、建筑构造、构件生产和安装工艺、现场施工措施等需求予以统筹考虑，并进行综合碰撞检查，出具构件加工图纸，避免构件因设计问题而返工（见图 4）。

图 4　基于 revit 构件深化设计

3.3.2　工厂在某 PC 云平台

工厂开发了工厂云平台，工厂云平台主要

包括基础信息管理、工厂管理、合同管理、生产管理及材料管理 5 大方面，从原材料采购、生产过程控制、构件出厂检验等方面进行全流程信息化管理，优化工厂原材料及成品库存，提高预制构件生产效率，强化项目合同过程管控能力，保障了项目预制构件的进场时间，为项目顺利实施奠定基础（见图 5）。

图 5　PC 工厂云管理平台

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聚焦信息化工程质量󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第39卷ocus on Informatization3.3.3　在某项目开发了BIM 智慧建造管理平台

BIM 智慧建造管理平台。基于

BIM 技术、物联网、互联网和智能设备，搭建智慧建造管理平台，对现场工效进行实时分析，优化项目人员配置；跟踪构件阶段信息、质量信息和定位信息，实现构件的过程管理；对主材的招采和使用情况进行过程监控，实现预警和调配管理；对塔吊群作业状态进行实时监控，及时报警及切断危险方向操作，利用大数据分析实现人、机、料、法、环的全面质量管理和综合管理（见图 6）。

图 6　BIM 智慧建造管理平台

通过 BIM 智慧管理平台，对现场人员配置、构件运输、材料管理、塔吊作业等进行统一管理，结合总施工组织设计和吊装方案，利用 BIM 平台软件，制定标准层施工网络计划，分析判断关键路线，进行预制标准层施工工序模拟（见图 7）。

图 7　预制标准层施工工序模拟4　结语

本文研究分析了装配式建筑信息系统架构建设，以及设计、生产、施工过程的信息交互需求，进而总结了- 58 -

包括资源层、应用层及企业管理层的一体化信息系统的搭建思路及框架，并针对其中的协同设计平台、工厂云平台、智慧建造管理平台等进行了研究与应用，为建立装配式建筑一体化信息系统打下基础。

同时，针对装配式建筑企业的 DPC 一体化信息系统建设提出以下建议。

1）统筹规划，分步实施——以目标为导向落实信息化需求。根据企业发展目标和规划，落实并分界信息化目标，秉承适用、实用的基本要求，逐步实施企业信息系统的建设和推广应用。

2）统一标准，互联共享——从实际出发建立基础标准体系。建立和制定适合企业实际发展需求的信息化基础标准体系，例如数据元素标准、信息分类与编码标准、数据库标准、信息管理标准体系、信息安全保障体系等，加快信息化网络互联，确保信息共享和高效协同。

3）业务主导，信息辅助——信息化建设助力企业业务发展。企业信息化发展的最终服务对象是企业业务，因此以业务为主导，开展信息化建设，以信息数据驱动

企业业务发展。

4）组织保障，归口管理——建立企业信息化领导小组制度。由企业领导负责企业信息化建设工作，整合现有企业信息化力量成立信息中心，专门负责信息化规划的具体实施和运行。Q参考文献

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