徐建紅　王翔

【摘要】數(shù)字建造把數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于工程的策劃，設(shè)計施工，等過程中提供滿足工程建設(shè)主體需求，環(huán)境和諧的優(yōu)良建造產(chǎn)品及服務(wù)。介紹常用的數(shù)字技術(shù)如BIM、VR、仿真、物聯(lián)網(wǎng)等。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字建造;建設(shè)工程

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.123

1、工程建設(shè)行業(yè)面對的問題及對策

社會及科學技術(shù)的進步，對于建造工程的要求，也從傳統(tǒng)的功能需求發(fā)展為審美需求，例如復雜的大型曲面造型設(shè)計對傳統(tǒng)技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，通過個性化的需求來實現(xiàn)自身活動場景與市場標準化的產(chǎn)品之間的沖突，推動了建設(shè)工程的變革。建設(shè)行業(yè)項目從可研、設(shè)計、施工、運行、回收的各個階段資源及能耗的消耗巨大。社會老齡化導致作為勞動密集型行業(yè)的用工緊張，而作業(yè)環(huán)境差，作業(yè)地點不固定，也帶來了勞動力的不斷流失。新技術(shù)發(fā)展又對高技術(shù)人才需求逐漸增加，管理及技術(shù)等復合型人才的缺乏、供求失衡，嚴重制約了建設(shè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

雖然建設(shè)行業(yè)也嘗試了各種改革，但技術(shù)發(fā)展遠落后于制造業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)，普遍存在產(chǎn)值利潤率低，勞動生產(chǎn)率低，能耗高等現(xiàn)象。在數(shù)字信息技術(shù)沖擊下的建設(shè)行業(yè)同時帶來了變革的機遇，數(shù)字技術(shù)和建設(shè)行業(yè)的結(jié)合是突破行業(yè)困境的重要手段。

2、數(shù)字建造概述

數(shù)字建造，利用各種數(shù)字信息技術(shù)提升整個工程建造產(chǎn)業(yè)的全生命周期服務(wù)提升產(chǎn)品綜合性和施工設(shè)計效率，協(xié)調(diào)各利益相關(guān)方的組織溝通實現(xiàn)需求，資源環(huán)境的價值的提升。如BIM技術(shù)的應(yīng)用，對提高效率，降低成本，推動建設(shè)行業(yè)的專業(yè)協(xié)作協(xié)同與整合。據(jù)統(tǒng)計，采用信息及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可減少20%～60%的溝通成本。三維模型讓項目各個階段相關(guān)者無需專業(yè)知識形象直觀的了解項目狀態(tài)。數(shù)字建造研究針對工程項目全生命周期，不只局限于施工階段，系統(tǒng)化應(yīng)用多項數(shù)字技術(shù)在建造過程中有機融合。

3、數(shù)字建造的應(yīng)用

3.1 設(shè)計

扎哈通過廣州劇院的參數(shù)化設(shè)計思想來實現(xiàn)獨特美學外觀造型，工程中每個構(gòu)件都不相同，外形復雜，截面不一，需要在數(shù)字模型當中包括構(gòu)建尺寸信息，制造加工信息，空間三維定位指導安裝施工過程，綜合保障安裝精度要求。傳統(tǒng)技術(shù)不支持如此多的非標準化的建造過程，高度靈活而又個性化的設(shè)計和定制。趨向于采用基于模型的設(shè)計模式。

3.2 BIM建模技術(shù)

消除建設(shè)行業(yè)條塊分割導致的碎片化，統(tǒng)一各主體的目標利益，BIM與各項數(shù)字技術(shù)的集成是其中的主要發(fā)展方向。BIM技術(shù)為三維或N維為設(shè)計創(chuàng)造了可能性，而且與虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機器人等技術(shù)但集成更加提高整體效率，反映時間和精益程度。例如傳統(tǒng)人工放樣，使用二維圖紙易發(fā)生錯誤和誤差，工時長?；贐IM的放樣機器人利用BIM 模型中的模型數(shù)據(jù)使得放樣操作簡單，速度快，精度高，節(jié)約人工。

BIM整合，從用戶需求設(shè)計到運維有全部工程信息在同一平臺上實現(xiàn)信息共享，有效解決由于專業(yè)沖突和隔閡，實現(xiàn)了建造目標的價值最大化，有效指導各個主體的建造活動。推動組織模式向扁平型過渡，形成全體智慧帶來的有效決策。一夢平臺，帶來項目主體范圍的擴大如最終用戶、社會大眾的參與更大程度的參與了解項目的信息，降低項目風險。如信息技術(shù)專業(yè)人員、程序員、機械加工制作人員等的增加，現(xiàn)場畫圖、施工人員的機械勞動減少帶來的產(chǎn)業(yè)升級。

3.3 數(shù)字仿真及制造技術(shù)

數(shù)字仿真設(shè)計進行吊裝的模擬仿真的首要步驟就是建立三維模型，利用Navisworks提供的Presenter插件來渲染模型，從而創(chuàng)建真實的照片集的視覺效果，進行虛擬吊裝，當?shù)跹b過程中，設(shè)備一旦發(fā)生碰撞就需要對吊裝方案進行優(yōu)化，直至達到最優(yōu)方案。在四側(cè)設(shè)置超聲波測距傳感器、激光及角度傳感器布設(shè)在設(shè)備底部，風力計及溫度濕度計布設(shè)在吊裝現(xiàn)場，實現(xiàn)設(shè)備在吊裝過程中的實時定位，從技術(shù)層面實現(xiàn)對于不安全行為進行監(jiān)控和預報警。

工業(yè)4.0帶來的技術(shù)進步，工程數(shù)字制造通過計算機控制機械進行構(gòu)建了定制加工生產(chǎn)，三維打印，數(shù)控激光按切割實現(xiàn)與數(shù)字設(shè)計的高精度加工要求。逐漸向精細化機械化發(fā)展，如建造機器人通過參數(shù)化設(shè)置自動加工，讓建筑師可以實現(xiàn)更多的想象力。

在創(chuàng)新工程、藝術(shù)美感的應(yīng)用中，這種機械加工將在未來建設(shè)工程實現(xiàn)批量定制的生產(chǎn)。如現(xiàn)場施工技術(shù)中采用網(wǎng)格模具的擠出式機器人3D打印出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)生成，生成大型曲面、動態(tài)扭轉(zhuǎn)的非標準墻體等。砌筑工程傳統(tǒng)施工由于完全靠工人進行砌筑，將BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，搭建無人化智能砌筑系統(tǒng)，由砌筑機器人作為輸出終端，可以充分發(fā)揮BIM技術(shù)數(shù)字化信息的作用，實現(xiàn)無人化施工。

3.4 虛擬現(xiàn)實

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬三維工程空間用來檢驗施工組織設(shè)計的參數(shù)設(shè)置、方案比選，如大型設(shè)備多機吊裝方案應(yīng)用VR技術(shù)，對熟練掌握操作要領(lǐng)，保證施工安全有積極作用。例如智能手環(huán)，眼鏡安全帽等可穿戴設(shè)備對傳感器信息進行云端存儲、處理、反饋，反映現(xiàn)場實施狀況，輔助決策。

3.5 物聯(lián)網(wǎng)、人工智能

物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑當中的應(yīng)用，對環(huán)境主動響應(yīng)并提供個性化的服務(wù)，如感應(yīng)室內(nèi)甲醛濃度來自動啟停通風新風系統(tǒng)。工程機械的發(fā)展方向是數(shù)字化、自動化。遠程控制工程機械目前得到廣泛的應(yīng)用，土方工程同樣是目前現(xiàn)場施工中量大、耗時、自動化程度較低的工種。如小松智能推土機使用無人機遙感實現(xiàn)自動駕駛和推挖土作業(yè)。無人機采集定型信息，通過激光雷達進行三維建模，實時共享數(shù)據(jù)給推土機進行動態(tài)路徑規(guī)劃和計算土方量。工程測量感知技術(shù)由三維激光掃描、地理信息系統(tǒng)、紅外圖像攝像技術(shù)、無人機技術(shù)，實時地形地貌、地勢和植被環(huán)境和工程結(jié)構(gòu)的實景建模，結(jié)合工程BIM模型進行綜合處理，輔助分析。也可以利用激光雷達掃描進行竣工驗收，超越人類感官的感知能力。

建設(shè)行業(yè)與制造業(yè)的融合中， 實現(xiàn)構(gòu)件工廠化預制加工，功能集約，提高效率，降低成本，如工程外圍維護結(jié)構(gòu)，達到節(jié)能、防火、美觀等綜合功能。

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，通過計算機算法實現(xiàn)機器學習、收集大數(shù)據(jù)量的實時分析信息進行訓練，實施精確的預警，輔助決策并改進完善設(shè)計施工流程。

參考文獻：

[1]趙明成.建筑數(shù)字化設(shè)計與建造研究[D].湖南大學，2013

[2]支文軍.數(shù)字化建造[J].時代建筑，2012（5）：1