楊博

(山西建筑工程集團有限公司，山西 太原 030000)

智能建造是信息化、智能化與工程建造過程，高度融合的創(chuàng)新建造方式。智能建造技術中涉及BIM技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、3D打印技術等很多先進技術。智能建造實質是，在物理信息技術基礎上實現(xiàn)智能工地，結合管理、設計等，實現(xiàn)動態(tài)化配置的一種產(chǎn)生形式，實現(xiàn)對傳統(tǒng)施工方式的完善、升級、優(yōu)化。智能建造技術的推廣與應用，為不同技術之間的相互融合奠定基礎，將其應用在建筑行業(yè)設計環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)與管理環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)智能化、信息化，智能建造技術正在引領新一輪建造業(yè)革命。智能建造通常體現(xiàn)在設計過程建模、仿真智能化中；施工期間通過對人工智能技術的應用，實現(xiàn)對傳統(tǒng)施工方式的替代；管理是應用物聯(lián)網(wǎng)技術，提升管理水平，實現(xiàn)管理智能化；應用云計算技術、大數(shù)據(jù)技術，創(chuàng)新服務模式。房屋建筑工程施工中，施工人員要正確認識智能建造技術的重要作用，實現(xiàn)該項技術的合理應用，從而提升施工質量，保障施工安全，為施工企業(yè)創(chuàng)造更多效益。

1 智能建造技術分析

智能建造技術主要涉及四個模塊，分別是智能規(guī)劃與設計模塊、智能裝備與施工模塊、智能設施與防災模塊、智能運維與服務模塊。包括BIM技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、3D打印技術、人工智能技術、云計算技術、大數(shù)據(jù)技術。不同技術間相互聯(lián)系、彼此獨立，能夠創(chuàng)建整體性智能建造技術體系。

2 國內(nèi)外智能建造技術應用發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 BIM技術

美國的國家BIM標準針對BIM給出的概念是“BIM屬于是設施物理、功能特性的數(shù)字表達；BIM屬于共享的知識資源，是分享有關這個設施的信息，為該設施從概念開始到拆除的全生命周期內(nèi)的決策提供重要參考依據(jù)的過程；工程項目的各個階段，利益相關方利用BIM實現(xiàn)信息插入、信息提取、信息更新、信息修改，實現(xiàn)各自職責協(xié)同工作的支持、反映”。BIM技術在建筑全生命周期內(nèi)發(fā)揮著重要作用，為建筑工作人員提供便利。

當前有很多國家已經(jīng)明確強制工程項目應用BIM技術，比如，美國在2007年規(guī)定，全部重要工程項目都要借助BIM技術進行空間規(guī)劃；英國在2016年規(guī)定，要實現(xiàn)3D-BIM技術的全面協(xié)同，全部文件采取信息化管理方式；韓國在2016年規(guī)定，公共設施建設項目都要使用BIM技術；新加坡在2015年規(guī)定，建筑面積超過5000m2的工程項目，都必須提交BIM模型；北歐在2007年強制要求建筑設計部分需借助BIM技術。由此可以看出，美國、北歐使用BIM技術的時間較早，早于其他國家十幾年強制要求使用BIM技術。英國、韓國、新加坡等，實現(xiàn)部分應用BIM技術，或者全部應用BIM技術[1]。日本等國家雖然未強制要求使用BIM技術，但也出臺相應的BIM標準，成立相關聯(lián)盟。

我國的BIM技術起步晚，交叉學科領域研究相對較少，往往將施工階段作為重點，但BIM技術在我國發(fā)展迅速，各個企業(yè)都逐漸意識到BIM技術的重要作用，并將其應用在工程建設各個階段。設計企業(yè)發(fā)展中，BIM技術主要應用在擴初設計、施工圖設計、工作重心前移設計中，保證初期方案合理性、有效性，實現(xiàn)對各專業(yè)人員的協(xié)調，促使設計人員可以將精力轉移到創(chuàng)造性勞動中；施工企業(yè)BIM技術，通常應用在施工方案模擬、錯漏碰缺檢查、構件三維模型等環(huán)節(jié)中，解決構件碰撞問題、完善施工方案。利用BIM技術，縮短施工周期，通過創(chuàng)建三維模型，將項目具體情況更加直觀展現(xiàn)在工作人員面前，為整體施工質量、施工效率的提升奠定良好基礎。運維階段的BIM技術，主要應用在空間管理、隱蔽工程管理、設備設施管理環(huán)節(jié)，為后期運營維護，提供更為有效、直觀的查找方式，減少設施管理成本。借助三維模型，能夠對隱蔽工程中的安全隱患有著準確把握，從而制定預防措施、解決措施，盡量避免安全事故。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術

在新一代信息技術中，物聯(lián)網(wǎng)技術是重要組成部分，也是如今信息化時代發(fā)展的重要階段，物聯(lián)網(wǎng)是指物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的核心是，將其應用到建筑行業(yè)等不同領域中，借助物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)對管理人員環(huán)境的優(yōu)化，這是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵。物聯(lián)網(wǎng)技術是由美國率先提出，美國在2009年出臺的相關關鍵技術報告中，已經(jīng)將物聯(lián)網(wǎng)技術列為六種關鍵技術之一；歐盟在2009年將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在汽車、醫(yī)藥、航空航天等多個領域中，同時在2014—2017年，在物聯(lián)網(wǎng)技術探究、創(chuàng)新中投入1.92億歐元，重點發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)領域、智慧城市領域、智能電網(wǎng)領域等。

我國從2012年開始，將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在建筑行業(yè)，能夠實現(xiàn)建筑物與部品構件信息交互、人與物信息交互、物與物信息交互[2]。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，可以為建筑企業(yè)創(chuàng)造更多效益，例如，借助RFID技術進行材料編碼，實現(xiàn)預制構件智能化管理。在物聯(lián)網(wǎng)基礎上創(chuàng)建施工管理系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，并制定針對性調整措施，減少經(jīng)濟損失。

2.3 3D打印技術

3D打印技術利用所需物品原材料，比如，金屬、水泥等，開展逐層、快速生產(chǎn)工作。一部分學者認為，3D打印技術是第三次工業(yè)革命，應用在建筑設計、施工、管理等不同環(huán)節(jié)，具備自動化優(yōu)勢、高效率優(yōu)勢等，為施工提供便利的同時，實現(xiàn)對傳統(tǒng)土木工程建造技術的顛覆。

國外的3D打印技術發(fā)展相對較早，發(fā)達國家采取不同措施，推動3D打印技術的優(yōu)化、完善。美國、英國、德國等發(fā)達國家，首先在制造業(yè)上應用3D打印技術。美國在2013年投入8500萬美元用于3D打印技術研究；德國在3D打印技術研究中投入數(shù)千萬歐元；英國在2007—2016年間，投入9500萬英鎊用于3D打印技術研究；歐盟在2004—2013年間，投入1.6億歐元用于3D打印技術研究。3D打印技術的應用，將建筑物形狀單一這一問題解決，建造出形狀各異的建筑物[3]。設計師在建筑設計過程中，可以將設計的建筑物模型打印出來，接著進行分析、優(yōu)化，將不同建筑類型可行性顯示出來，這對于建筑施工能夠起到正確引導作用。過去二十年里，我國在3D打印技術中取得良好成果，將3D打印技術應用在打造各類建筑中，比如，蘇州工業(yè)園區(qū)。

2.4 人工智能技術

計算機學科的一個重要分支就是人工智能，涉及到很多不同內(nèi)容，比如，知識表示、自動推理與搜索方法、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解等。美國、英國在人工智能研究、發(fā)展中，走在世界前沿，政府出臺相關政策，加大資金投入力度，人工智能技術的發(fā)展，開啟第四次工業(yè)革命。2017年，全球范圍內(nèi)的人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)突破370億美元，我國人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模在總體占比中超過15%。隨著可收集數(shù)據(jù)數(shù)量的增加，以及數(shù)據(jù)質量的提升，人工智能開始加大技術革新，優(yōu)化商業(yè)運營模式。2020年全球人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模能夠達到1300億美元，我國在人工智能核心產(chǎn)業(yè)中的投入超過220億美元。在當前建筑行業(yè)發(fā)展中，人工智能技術得到廣泛應用。建筑規(guī)劃中，通過對運籌學、邏輯數(shù)學的應用，提升施工現(xiàn)場管理水平；人工網(wǎng)絡神經(jīng)應用在建筑結構健康檢測中；施工中，借助人工智能機械手臂完成結構安裝；利用人工智能系統(tǒng)，實現(xiàn)建筑工程項目的全周期管理。

2.5 云計算技術與大數(shù)據(jù)技術

云計算技術是一種可以為用戶提供共享軟件、服務器、網(wǎng)絡等不同資源的一種先進技術，各類資源存儲在云端服務器內(nèi)，通過極少的交互、管理，提供給用戶[4]。結合用戶需求，實現(xiàn)資源的動態(tài)部署、分配、監(jiān)控。云計算服務市場規(guī)模，在2009—2017年達到前所未有的高度，整體呈現(xiàn)高速發(fā)展趨勢，從原本的586億美元增長至2602億美元。2017年同比增長18.5%，這也說明傳統(tǒng)IT服務轉化為云服務。2016年我國私有云計算規(guī)模為344.8億元，增長率是25.1%，2020年私有云計算規(guī)模達到976.8億元。

大數(shù)據(jù)技術是一種數(shù)據(jù)整合方式，能夠實現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的采集、處理、分析與管理，大數(shù)據(jù)技術能力超過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件，具備數(shù)據(jù)規(guī)模大、數(shù)據(jù)快速流轉、數(shù)據(jù)多樣類型、數(shù)據(jù)價值密度低等特點[5]。大數(shù)據(jù)技術在國內(nèi)外都得到重視、關注，也因此，在大數(shù)據(jù)技術中加大資金投入力度，大數(shù)據(jù)技術也因此得到快速發(fā)展。

建筑行業(yè)中，通常會融合云計算技術與大數(shù)據(jù)技術，借助云計算技術創(chuàng)建項目云服務平臺。利用傳感器監(jiān)測方式、物聯(lián)網(wǎng)搭建項目管理系統(tǒng)方式、大數(shù)據(jù)分析方式等，在工程項目施工現(xiàn)場進行人臉識別、移動考勤、設備設施管理、施工人員管理等。

3 某房屋建筑工程智能建造技術應用

3.1 工程概況

某房屋建筑工程項目中，建筑總面積大約是15.95萬m2，該工程項目主要包括九棟高層住宅、三棟配電房、一層大型地下車庫。住宅樓全部采取框架剪力墻結構，樓層的建筑層高為3m，設計的建筑物相對標高±0.000標高，相較于絕對標高33.850m。主樓段基底標高、單建地下室段基底標高，分別是-6.85m～7.15m、-6.35。主樓基礎采取的是筏板基礎，筏板厚度在1.2m～1.4m之間，單層地下室地板結構型式，主要采取的是柱下獨立基礎+350mm構造防水板，柱下獨立基礎下，設置長度為9m的抗浮錨桿。外墻施工、頂板施工、地下室底板施工，全部使用防水混凝土，混凝土的抗?jié)B等級是P6。

3.2 BIM技術在房屋建筑工程中的應用

3.2.1 效果圖展示

隨著房屋建筑行業(yè)的發(fā)展，BIM技術得到很大進步，該技術不單純是畫圖工具，更是一種設計理念。房屋建筑設計中，BIM技術優(yōu)勢體現(xiàn)在建筑結構設計可視化環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)建三維模型，將真實建筑情況展現(xiàn)出來[6]。與此同時，實現(xiàn)建筑系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的更新。該工程項目中，應用BIM軟件的建模功能、渲染功能以及動畫技術，實現(xiàn)對二維模型的具體描述，還能增強三維模型的直觀體驗。模型創(chuàng)建中，對于圖紙不詳細、不合理位置進行出圖，幫助工作人員了解圖紙中存在的問題，科學調整圖紙，防止施工圖不合理影響后續(xù)施工進度與施工質量。在提出設計變更時，應用BIM技術，能夠實現(xiàn)圖紙的自動更新，保證施工圖紙可操作性、合理性，為后續(xù)施工提供便利。實現(xiàn)各個建設環(huán)節(jié)的協(xié)調，將施工中可能存在的碰撞問題、沖突問題解決。BIM技術的應用，提出設計變更，減少設計時間的同時，還能盡可能避免設計錯誤、設計漏洞。

3.2.2 提前創(chuàng)建模型

BIM技術構建的是三維模型，與傳統(tǒng)CAD設計的二維模型存在不同。常規(guī)CAD狀態(tài)下設計的房屋建筑，繪制的墻體、柱體等，不具備構件屬性，單純由點線面形成的封閉圖形。應用BIM技術繪制的構件本身有著自身的屬性，不同構件在空間中，都能夠通過X、Y、Z坐標展現(xiàn)出自身的獨立屬性。設計師在設計時，能夠將自身的構想通過電腦屏幕三維立體圖形展現(xiàn)出來[7]。在該工程項目中，設計方提供的CAD圖紙，并未明確標注預留洞口位置、大小，影響后續(xù)施工的順利實施。因此，借助BIM技術使用Revit提前建模，準確標注預留洞口位置、大小等。保證施工過程中，預留洞口不發(fā)生遺漏情況，確保實際施工與施工圖紙的一致性。

3.2.3 施工整體規(guī)劃

該工程項目周圍存在很多住宅區(qū)，還有學校、醫(yī)院、客運站等，施工存在一定復雜性。應用BIM技術能夠實現(xiàn)虛擬施工，集中處理場地布置信息、施工資源信息等。創(chuàng)建4D施工信息模型，可視化模擬施工實際情況，將各個施工區(qū)域分工情況直觀展現(xiàn)在工作人員面前，從而實現(xiàn)對各個施工區(qū)域的協(xié)調、分配。工程各參與方實現(xiàn)信息共享，借助網(wǎng)絡進行圖檔、文檔等內(nèi)容的提交、審核、審批，這對于各環(huán)節(jié)施工協(xié)調、施工順利實施，提升施工質量，保障施工安全而言具有重要意義。此外，發(fā)揮BIM技術優(yōu)勢，施工現(xiàn)場的科學規(guī)劃，避免施工對周圍居民、交通運行產(chǎn)生影響。

3.2.4 強化溝通

BIM技術的應用，能夠生成三維實體模型，參建技術人員結合模型，可以對不同建筑信息作出準確理解、快速回應，為施工的順利實施提供便利。該工程項目規(guī)模較大，針對結構復雜部分，可以利用BIM技術進行施工模擬，分析施工中可能會出現(xiàn)的問題，工作人員之間能夠進行有效溝通，針對問題制定預防措施、解決措施[8]。通過三維可視化進行技術交底，實現(xiàn)對傳統(tǒng)二維圖形文本技術交底方式進行替代，幫助施工人員確定施工重點、施工要點、施工難點，促使各環(huán)節(jié)施工質量滿足規(guī)定。

3.2.5 成本控制

該工程項目規(guī)模較大，資金投入多，怎樣進行成本控制成為施工難點。工程造價難以控制的主要原因是，工程材料數(shù)據(jù)太過龐大，無法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的科學處理。面對這一問題時，在成本管理中要合理應用BIM技術，借助5D關聯(lián)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對不同施工材料信息、設備信息的處理，應用BIM模型計算材料用量、設備管線用量等，在此基礎上，實現(xiàn)對施工成本的科學管控，減少成本浪費。施工人員根據(jù)施工方案、計算用量等，統(tǒng)籌規(guī)劃施工材料、機械設備的使用，提升材料利用率。

3.3 BIM技術應用要點

1)房屋建筑工程施工中，通過實地考察勘測方式、谷歌地圖方式等，實現(xiàn)建筑施工數(shù)據(jù)采集，創(chuàng)建BIM技術框架，數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)實現(xiàn)交互，IFC文件導入、導出，實現(xiàn)多重訪問系統(tǒng)開發(fā)，借助AutoCAD、CATIA等軟件構建BIM模型[9]。應用數(shù)據(jù)庫技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息存儲，創(chuàng)建平臺層，在數(shù)據(jù)平臺層中涉及到數(shù)據(jù)集成的管理平臺、可視化4D平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取功能、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)驗證，創(chuàng)建施工進度模型、施工安全模型、施工資源模型等子信息模型。借助不同子模型信息，為模型層、應用層提供數(shù)據(jù)保障。應用層是BIM技術框架中的最后一層結構，完成項目動態(tài)管理、沖突分析。

2)BIM管理系統(tǒng)中包括軟件工程管理系統(tǒng)、項目綜合管理系統(tǒng)，采用的架構分別是C/S架構、B/S架構，兩者實現(xiàn)無縫雙相連接，借助的是數(shù)據(jù)管理、模型參數(shù)[10]。房屋建筑施工BIM系統(tǒng)中，將AutoCAD作為開發(fā)平臺，創(chuàng)建3D集合模型，完成IFC文件結構定義，構建項目組織瀏覽表。

3)創(chuàng)建工程進度管理系統(tǒng)時，利用編輯器與工序模塊，實現(xiàn)計劃進度與實際施工進度之間的科學對比，保證計劃進度有效性，為實際施工提供引導，通過動態(tài)3D圖將工程進度展現(xiàn)出來。系統(tǒng)資源動態(tài)管理，可以實現(xiàn)節(jié)點、工程量的自動計算，查詢、統(tǒng)計分析人力財力情況，以及機械設備情況，動態(tài)化管理工程量。在施工質量安全管理中，要做好施工方、監(jiān)理單位工程質檢的安全數(shù)據(jù)存儲，顯示并打印統(tǒng)計的安全數(shù)據(jù)信息。

4)房屋建筑工程施工中，BIM技術的應用能夠實現(xiàn)施工過程模擬，進行單位周期內(nèi)的正序施工模擬，或者逆序施工模擬，具有三維漫游功能、真實模型現(xiàn)實功能。在對建筑功能安全、沖突進行分析，不僅可以實現(xiàn)結構變革，還能實現(xiàn)機制體系的轉化[11]。施工過程中，如果結構、體系發(fā)生轉變，要及時進行動力學的分析計算，評估安全性能。針對施工中存在的進度資源沖突，可以根據(jù)計劃industry進行準確對比。施工現(xiàn)場發(fā)生碰撞沖突后，可以采用碰撞檢驗分析算法方式，分析、檢驗構件、設施以及結構情況。

5)通過參數(shù)、工序的模擬計算，科學規(guī)劃施工工序，合理配置人力資源，對不同工作方案進行分析對比，并從中選擇最為合理的施工方案。4D施工模擬中，可以實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)信息集成、施工過程的可視化模擬。BIM技術能夠實現(xiàn)系統(tǒng)框架與功能結構的結合，為相關工作人員提供資料信息，實現(xiàn)軟件系統(tǒng)協(xié)調，高質量完成日常管理工作與深化設計工作。

6)將BIM技術應用在房屋建筑施工中還要注意，施工人員要對BIM技術有著正確認識、準確把握，根據(jù)房屋建筑施工現(xiàn)場實際情況，實現(xiàn)對BIM技術的合理應用，發(fā)揮出BIM技術價值[12]。將BIM技術應用在房屋建筑設計、施工等不同環(huán)節(jié)，引導施工的順利實施。比如，在碰撞檢查中應用BIM技術，施工人員能夠準確掌握施工中可能出現(xiàn)的管線碰撞情況，并對施工作出調整與優(yōu)化，保證在施工中減少碰撞情況，推動各環(huán)節(jié)施工的有序落實。

4 結語

綜上所述，房屋建筑行業(yè)是我國社會發(fā)展中的重要組成部分，在創(chuàng)造更多國民經(jīng)濟，提高人們生活品質中發(fā)揮著重要作用。房屋建筑行業(yè)要想實現(xiàn)自身的更好發(fā)展，要加強技術研究與應用，積極進行開發(fā)、創(chuàng)新，也因此，很多施工單位將智能建造技術應用在房屋建筑工程中，在提升房屋品質、建設水平中發(fā)揮著重要作用。智能建造技術中涉及到BIM技術、大數(shù)據(jù)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術等，施工人員對于此類先進技術要有準確把握。比如，可以將BIM技術應用在碰撞檢查、成本控制等不同環(huán)節(jié)，引導施工的順利實施，減少質量問題、安全問題。