智能建造技术在建筑工程领域发展潜力（建筑技术丨智能建造技术在某大型安置房项目中的应用）

建造业是我国的支柱产业，作为建造大国，我国从事建筑业的人员众多，但传统的建造方式和管理方式存在效率低下、资源浪费大、安全风险大、信息化水平低等问题，近年BIM技术立足于项目全生命周期的管理优势日益凸显，但仍存在局限，例如缺乏技术集成应用等。

“智慧工地”作为物联网与其他多种技术集成的产物，有效地解决了信息传递效率低的问题，正在被推广应用于绿色、安全、高效的施工中。随着智能建造的发展，人工智能、数字孪生等智能技术也将逐步被应用到建造过程中。

1　工程概况

某工程安置房项目（图1），由中铁建工集团有限公司北京分公司担任施工总承包。本项目建筑面积58.5万m²，主体结构为钢混剪力墙结构，车库为框架结构。计划工期为396 d。

图1　某工程安置房项目效果

2　施工难点

（1）工期紧，任务繁重。在396 d的工期中，要完成58.5万m²的实体建设和56栋、3 000户住宅的验收工作。

（2）场地复杂。施工交替作业面多、机械多且维护困难，安全风险高，管理难度高。

（3）自然条件不利。雨季施工基槽阶段压力大，市政排水系统尚未形成，组织排水难度大。

（4）新冠疫情影响。本项目参建单位众多，人员复杂，综合管理难度高，为应对新冠疫情，需详细统计往来人员信息，劳务管理方面要求较高。

3　智能建造技术的应用

3.1　BIM+技术的应用

在智能建造中BIM技术是基础，其他技术的实现均以BIM技术做支撑，BIM技术与其他技术集成应用已成为趋势。

3.1.1　BIM+VR

BIM技术与VR技术融合能充分发挥二者的优势。VR技术能够使人沉浸在计算机的虚拟环境中并实现实时交互，使“可见不可触”变为“可见可触”。在施工现场搭建BIM+VR安全体验馆，以VR软件能识别的图像导入BIM模型，工人通过佩戴VR眼镜沉浸在施工现场三维动态模拟场景，感受塌落、碰撞等险情，进行安全培训。

3.1.2　BIM+二维码

二维码是在图形上记录数字信息的技术，具有信息承载量大、容错能力强、信息获取方便、生成便捷且成本低廉等特点。本项目应用BIM+二维码技术进行信息共享与技术交底。将BIM模型云端编码导录成二维码，工作人员扫描二维码便可查看所有BIM模型。将所有的施工方案信息录入二维码，通过设备扫描二维码就可实现方案共享、技术交底。面对新冠肺炎疫情，能避免人员之间的非必要接触，有效防控疫情，便于快速获取信息，实现无纸化办公。图2为BIM模型及方案查看的二维码。

图2　BIM模型及方案查看二维码

3.2　基于BIM技术的绿色施工

基于BIM技术的绿色施工是以绿色为目的、以BIM技术为手段，用绿色的观念和方式进行建筑的规划和设计。绿色施工是智能建造内涵中的重要理念。本项目在建模、施工模拟、进度控制等方面利用BIM技术的同时，也利用BIM技术仿真性的特点，分析建筑物的性能，合理分配自然资源，通过节能减排实现绿色施工。

3.2.1　日照模拟

基于BIM模型对建筑项目进行日照分析，生成日照分析报告。通过对建筑合理规划布置，使日照条件符合国家标准。

3.2.2　风环境模拟

基于BIM模型，对建筑物周围进行风环境分析，生成风环境分析报告。通过合理规划，使风环境条件符合国家标准（图3）。

图3　风环境模拟情况

3.2.3　节能计算

基于BIM模型进行建设项目能源消耗分析，生成能源分析报告。

通过对建筑合理规划布置，达到节能减排的目标，使能源消耗符合国家标准。

3.3　航拍点云扫描技术的应用

3.3.1　生成高精度信息模型

航拍点云扫描技术使用无人机对场地表面进行寻迹航拍，将航拍照片进行数据三维处理，得到三维地形表皮模型，导入Civil 3d 及 GIS 软件中进行高程坐标分析形成 DEM 高程模型文件，进而生成三维模型，可对施工场地进行可视化展示。

管理人员可通过PC端调取模型全部信息。PC端生成的三维扫描模型具有高精度的特点，最高精度可达1.5 cm，可高精度地详细查看模型中的任意位置。

3.3.2　土方算量

在航拍影像及点云数据处理的基础上形成的三维场地模型，可用于土方算量。通过平台可量取点与点之间的距离，还可通过圈取任意平面，量取范围内的周长、面积及土方切割体积和填充体积，与传统的土方测量方法相比，可快速获取数据，大幅减少工作量，提高了工作效率（图4）。

图4　土方算量

3.4　智能建造综合管理平台

综合管理平台以“智慧工地”为基本理念，围绕建筑工程现场“人、机、料、法、环”五大要素，利用BIM、物联网、传感技术、云计算、人工智能、大数据等新一代信息技术的融合，实现对施工现场的可视化、智能化、一体化的高效管理。

本项目将计算机、互联网和物联网的思维贯穿于建设流程中，利用逆向思维分析需求数据获取数据，并通过导入轻量化BIM模型和设立平台界面建立建设管理平台。

平台模式架构以终为始，按平台层→数据层→网络层→物理层的顺序逆向设计各层细节。平台搭建后，按物理层→网络层→数据层→平台层的顺序实现正向数据传输，最终展示在平台层上，实现绿色、高效、安全三大目标。

3.4.1　数据管理

智能建造综合管理平台建设依赖于“智慧工地”概念，平台以信息的互联互通为支撑。在项目全生命周期中会产生大量信息，传统的项目管理往往有信息共享不及时和竣工交付资料丢失等弊端。本项目的综合管理平台数据管理模块包含施工过程的各类信息，解决了信息共享不及时和资料丢失的现象，且方便计量，避免产生信息孤岛。

3.4.2　合同统计

本项目建设参与方多，须分明职责，合同可制约各方，做好合同管理十分重要。平台设置合同管理模块，可留存纸质版合同，对合同数量、金额进行统计留档，方便管理者通过平台调取合同。

3.4.3　BIM模型查看

通过BIM模型轻量化技术，将各种BIM模型导入平台中，可随时查看BIM模型。BIM模型与施工现场布置相同，可随施工实时更新。BIM模型查看模块如图5所示。

图5　BIM模型查看模块（计算机截图）

3.4.4　环境监测

施工现场环境状况实时监测是文明环保施工的重要方面，也是智能建造技术用于绿色施工的重要功能。本项目在施工现场设置了高密度的环境监测站，与平台内环境监测系统链接，实现对施工现场环境的全面监测，并对统计数据分析，保证环保文明施工。

3.4.5　施工现场监控

本项目在施工现场高密度布置摄像头进行多角度地实时监控。视频数据实时采集功能以现场布置的监控设备为硬件基础，与平台数据库关联，进行实时展示。管理人员可通过平台实时查看施工现场情况，视频在平台内自动留存3 d，若施工现场出现问题可通过平台回看视频，加强管理人员对施工现场的控制。现场监控模块如图6所示。

图6　现场监控模块(计算机截图)

3.4.6　塔式起重机监测

本项目现场塔式起重机数量多，约有塔式起重机1 500台。塔式起重机起重设备是现场安全风险较大的要素，特别是在群塔作业易发生碰撞事故。因此，监测模块对塔式起重机运行状态、安全状态的判断发挥巨大作用。

监测模块可通过传感器系统与平台链接，在平台界面实时监测塔式起重机的吊重、倾角、风速、高度、幅度等信息，并实时预警处于危险状态的塔式起重机，方便现场调度，避免发生安全事故。

3.4.7　劳务管理

平台设置劳务实名制模块，可通过系统统计分析所有人员的户籍地及数量，根据人员的来源针对疫情进行分级管理。

在现场各个节点设置可进行人脸识别闸机，对进入人员进行严格管控，便于记录人员出勤，避免安全隐患，防止劳务纠纷，对疫情进行管控。

3.5　5G传输

施工现场管理数据产生量巨大，施工过程应用物联网技术可改善传统施工方式的弊端。5G技术网速快、低延迟、吞吐量大，为物联网在施工管理中的应用提供了技术支撑。本项目采用5G网络技术，保证了视频监控、传感器数据实时上传至平台，降低了数据上传延迟，可及时反馈安全状态，实现对施工安全的实时管控。

4　智能建造技术创新应用展望

目前，我国对智能建造技术的研究还处于起步阶段，与发达国家相比还有很大差距。对本项目工程实践经验总结，目前BIM技术、物联网技术、互联网技术在施工现场得到广泛应用，但是人工智能、数字孪生、区块链等新技术的应用相对较少。在智能建造的发展应用中可尝试应用人工智能技术、区块链技术，例如无人塔式起重机智能安装技术、施工质量检测机器人等技术。

摘自《建筑技术》2021年6月，张振国，李安修，刘艳祥，刘占省，栗博涛，胡明浩

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