【摘要】文章對工業(yè)與民用建筑智慧建造的智慧設(shè)計(jì)、智慧施工、智慧社區(qū)展開研究，并展開論述了智慧設(shè)計(jì)中借助新技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和高效設(shè)計(jì)的方法和內(nèi)容。智慧施工是借助新技術(shù)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量施工、安全施工以及高效施工。智慧社區(qū)是借助新技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類服務(wù)資源，提供安全、舒適、便利的現(xiàn)代化生活和工作環(huán)境，從而提高建造的智能化水平，減少對人工的依賴，實(shí)現(xiàn)安全建造，有助于實(shí)現(xiàn)性能更好、質(zhì)量更優(yōu)的施工管理建造。

【關(guān)鍵詞】智慧建造；智慧設(shè)計(jì)；智慧施工；智慧社區(qū)

【中圖分類號】TU17 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）11-0016-03

0 引言

智慧建造以智能技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的綜合應(yīng)用為基礎(chǔ)，涉及感知、傳輸、記憶、分析等方面，具體表現(xiàn)形式為應(yīng)用智能化系統(tǒng)，包括管理系統(tǒng)（ERP系統(tǒng)、項(xiàng)目綜合管理系統(tǒng)等）和技術(shù)系統(tǒng)（BIM平臺軟件、BIM工具軟件等），按照應(yīng)用場景可分為智慧組織、智慧設(shè)計(jì)、智慧制造、智慧施工和智慧社區(qū)五個(gè)方面[1]。智慧建造的典型應(yīng)用場景如圖1所示。

1 智慧設(shè)計(jì)

工業(yè)與民用建筑智慧設(shè)計(jì)主要針對設(shè)計(jì)階段，是指借助新技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和高效設(shè)計(jì)。

1.1 綜合管線BIM深化1

工業(yè)與民用建筑綜合管線BIM深化設(shè)計(jì)主要針對地下室管線、重點(diǎn)機(jī)房（中轉(zhuǎn)水箱泵房）建模及深度優(yōu)化。主要解決的問題有圖紙審查即碰撞問題報(bào)告、凈高分析、BIM重點(diǎn)問題復(fù)盤、機(jī)電管線綜合排布、聯(lián)合支架設(shè)計(jì)及排布、屋面和管井深化、泵房和機(jī)房深化、BIM出圖、BIM實(shí)操交底、定期檢查BIM實(shí)施情況、現(xiàn)場實(shí)際照片與模型對比。

基于BIM技術(shù)的管線綜合技術(shù)可將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)模型整合，方便深化設(shè)計(jì)進(jìn)行。再根據(jù)建筑專業(yè)要求及凈高要求將綜合模型導(dǎo)入相關(guān)軟件，進(jìn)行機(jī)電專業(yè)和建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的碰撞檢查，根據(jù)碰撞報(bào)告結(jié)果對管線進(jìn)行調(diào)整。機(jī)電專業(yè)的碰撞檢測，是在“機(jī)電管線排布方案”建模的基礎(chǔ)上對設(shè)備和管線進(jìn)行綜合布置并調(diào)整，從而在工程開始前發(fā)現(xiàn)問題，通過深化設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)優(yōu)化，使問題在施工前得以解決[2]。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)BIM深化

應(yīng)用BIM技術(shù)、三維激光掃描儀輔助進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)和預(yù)拼裝，在深化設(shè)計(jì)前確定各節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的焊接順序、焊接坡口大小及方向、臨時(shí)連接或固定措施的位置和尺寸等信息。針對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，增加剖面并生成軸測圖，確保定位尺寸表達(dá)清晰。

利用數(shù)字化技術(shù)建立模型，不僅能呈現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)一致的虛擬模型，還構(gòu)建了與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫（建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性、狀態(tài)信息及非構(gòu)件對象的狀態(tài)信息），有效解決了二維深化過程中經(jīng)常遇到的多種問題，使設(shè)計(jì)變得可視化。

2 智慧施工

智慧施工主要針對施工階段，是指借助新技術(shù)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量施工、安全施工以及高效施工。利用傳感器和監(jiān)控設(shè)備收集施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括材料使用、設(shè)備狀態(tài)、工人位置等。這些數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)，進(jìn)行分析和處理，幫助管理者實(shí)時(shí)了解工地狀況，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化決策[3]。

2.1 塔吊監(jiān)測

在科技日新月異的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。其中塔機(jī)安全監(jiān)控和高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測作為建筑施工領(lǐng)域的兩大關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)揮著日益重要的作用。

塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的引入，為建筑行業(yè)筑起了一道堅(jiān)實(shí)的安全屏障。集成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的它，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)生異常，便會立即發(fā)出警報(bào)。所有數(shù)據(jù)都會被實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的GIS可視化監(jiān)控平臺，使得管理者可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，都能對工地的安全狀況進(jìn)行全面掌握。這些數(shù)據(jù)涵蓋了塔機(jī)的角度、幅度、高度、起重量、行走位置、風(fēng)速等關(guān)鍵信息，它們相互共享，通過內(nèi)建的風(fēng)險(xiǎn)評估模型進(jìn)行計(jì)算，即時(shí)評估當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)。一旦存在風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)會立即提示并輸出裝置進(jìn)行干預(yù)，確保駕駛員能夠安全規(guī)范地操作。這一系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅有效避免了塔機(jī)安全隱患，還讓安全變得透明可見。該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其全天候、不間斷的監(jiān)控能力，通過專用數(shù)字通信信道與各塔機(jī)保持?jǐn)?shù)據(jù)連接，它能夠在各種環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。這種高可靠性確保了塔式起重機(jī)受到實(shí)時(shí)的、無間斷的監(jiān)控，同時(shí)高抗干擾和保密性也防止了外界的干擾和破壞。

2.2 高支模監(jiān)測

混凝土澆筑作為建筑施工中的重要環(huán)節(jié)，其安全性更是重中之重。高支模監(jiān)測系統(tǒng)通過自動采集數(shù)據(jù)、信息傳感等技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測模板的沉降、軸力等重要參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，便會立即發(fā)出預(yù)警，確保施工現(xiàn)場的安全。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)依賴于高精度傳感器和自動采集儀的支持，它們能夠在一秒內(nèi)讀取最新的數(shù)據(jù)，確保監(jiān)測的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。此外，該系統(tǒng)還創(chuàng)新地使用了聲光報(bào)警，當(dāng)監(jiān)測值超過預(yù)警值時(shí)，不僅能夠通過機(jī)器讀取預(yù)警信號，現(xiàn)場還會發(fā)出警報(bào)聲，提醒作業(yè)人員立即停止施工并撤離現(xiàn)場。這一系統(tǒng)的另一個(gè)亮點(diǎn)在于其集成化和智能化，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場的智能化信息采集、數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等功能，大大提高建造的智能化水平。這種集成化和智能化的設(shè)計(jì)大大提高了監(jiān)測的效率和準(zhǔn)確性，使得高支模的安全管理更加科學(xué)、高效。

2.3 塔吊/升降機(jī)人臉識別

通過人臉識別技術(shù)，可以確保只有授權(quán)人員能夠操作塔吊和升降機(jī)，確保大型設(shè)備使用安全。通過嚴(yán)格的身份認(rèn)證和權(quán)限管理，可以有效防止非授權(quán)人員操作升降機(jī)，從而避免潛在的安全隱患。其次，該技術(shù)提高了工程管理的效率[4]。通過實(shí)時(shí)記錄操作人員的身份信息，可以方便地追蹤和管理升降機(jī)使用情況，為工程進(jìn)度控制和質(zhì)量管理提供有力依據(jù)。隨著人工智能和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的不斷發(fā)展，升降機(jī)人臉識別技術(shù)有望在以下幾個(gè)方面取得突破：一是提高識別精度和速度，以滿足更廣泛的應(yīng)用場景；二是拓展應(yīng)用領(lǐng)域，如將人臉識別技術(shù)應(yīng)用于其他建筑施工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全面的智能化管理；三是加強(qiáng)與其他技術(shù)的融合，如與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相結(jié)合，為建筑行業(yè)提供更加智能、高效的解決方案。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)虛擬安裝技術(shù)

在鋼結(jié)構(gòu)的施工中，三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用更是將精度提升到了一個(gè)新的高度。通過實(shí)測三維坐標(biāo)的模擬拼裝，可以在計(jì)算機(jī)中提前預(yù)見施工的結(jié)果，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)整。這不僅大大提高了施工的效率，更保證了施工質(zhì)量。這項(xiàng)技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了施工過程的可視化，提高了現(xiàn)場施工的安全性，還通過虛擬施工盡早發(fā)現(xiàn)了施工中的問題并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。同時(shí)，3D可視化模型、施工過程的高效快速完成及技術(shù)交底也使得現(xiàn)場作業(yè)人員充分了解施工方案，確保了施工的安全、質(zhì)量和效率。鋼結(jié)構(gòu)虛擬安裝技術(shù)如圖2所示。

2.5 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

建筑施工現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測模塊旨在對施工現(xiàn)場的顆粒物、噪聲、溫濕度、氣壓等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)采集、匯總、處理與統(tǒng)計(jì)分析，并通過有線或Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)與監(jiān)控視頻至系統(tǒng)管理平臺。這一模塊從根本上實(shí)現(xiàn)了對施工現(xiàn)場環(huán)境狀況的全天候、全自動的監(jiān)測，確保施工安全與環(huán)境保護(hù)。該模塊主要由四個(gè)部分組成：前端監(jiān)測設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)管理平臺和遠(yuǎn)程訪問終端。其監(jiān)測范圍涵蓋PM10/PM2.5顆粒物、環(huán)境噪聲、溫濕度氣壓、多種氣體以及視頻圖像等多項(xiàng)內(nèi)容，如表1所示。

2.6 安全教育技術(shù)

針對“工人未掌握安全知識”“安全教育培訓(xùn)未組織”以及“安全技術(shù)交底未落實(shí)”這三個(gè)影響因素，可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)和建筑信息模型（BIM）技術(shù)來有效解決現(xiàn)實(shí)中的相關(guān)問題。為確保施工現(xiàn)場的從業(yè)人員提升安全意識，切實(shí)履行安全生產(chǎn)責(zé)任，必須深入理解和掌握安全施工工藝、措施及方法的要點(diǎn)，如表2所示。

3 智慧社區(qū)

智慧社區(qū)主要針對現(xiàn)場施工、辦公、生活，是指借助新技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類服務(wù)資源，提供安全、舒適、便利的現(xiàn)代化生活和工作環(huán)境。智慧社區(qū)充分借助了互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，包括智能樓宇、智能家居、路網(wǎng)監(jiān)控、智能醫(yī)院、城市生命線管理、食品藥品管理、票證管理等，都在為社區(qū)提供安全、舒適、便利的生活。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深化，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將為智慧社區(qū)領(lǐng)域帶來更多的創(chuàng)新和突破[5]。

3.1 可視化

可視化通過安裝攝像機(jī)和視頻服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。攝像機(jī)采用4G/WIFI等無線接入方式，解決塔吊高度不斷上升的難題。監(jiān)管部門、業(yè)主、建筑企業(yè)等授權(quán)用戶均可使用電腦、手機(jī)，通過互聯(lián)網(wǎng)查看監(jiān)控視頻?？梢暬夹g(shù)可以實(shí)時(shí)采集并展示施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，使管理人員能夠及時(shí)了解現(xiàn)場情況，作出相應(yīng)的決策，并將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的圖像，便于分析。這有助于提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，為決策提供有力支持，管理人員可以快速了解施工現(xiàn)場的情況，發(fā)現(xiàn)存在的問題，并及時(shí)采取措施解決，有助于提高工作效率，縮短施工周期[6]。

3.2 勞務(wù)實(shí)名制管理

建立人臉識別實(shí)名制管理機(jī)制，將教育考核通過后的施工人員錄入至智慧工地終端，終端根據(jù)施工人員上傳人像照片進(jìn)行門禁管控，施工人員上下班通過刷臉進(jìn)出。勞務(wù)實(shí)名制以工人身份資料為核心，由“云”“網(wǎng)”“端”三部分組成，打造智慧工地勞務(wù)實(shí)名制管理系統(tǒng)。系統(tǒng)涵蓋承包工程商、施工工程商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、建筑工人四個(gè)層面，以實(shí)現(xiàn)工人職業(yè)化、作業(yè)現(xiàn)代化、管理標(biāo)準(zhǔn)化、監(jiān)管數(shù)字化、服務(wù)社會化為目標(biāo)，構(gòu)建和諧生態(tài)圈，創(chuàng)新發(fā)展建筑勞務(wù)產(chǎn)業(yè)。

3.3 車輛出入管理

采用車輛號牌識別道閘系統(tǒng)替代安保人員的值守工作，通過錄入車輛信息，確保道閘進(jìn)出車輛可控。針對停車難、人員進(jìn)出管理等問題，運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、無感支付、紅外熱成像等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)開創(chuàng)出“智慧安防系統(tǒng)”，確保車輛進(jìn)出的可控。

4 結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，不僅是建筑行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的體現(xiàn)，更是建筑行業(yè)對科技力量深刻認(rèn)識的體現(xiàn)。通過先進(jìn)的信息技術(shù)與建造技術(shù)的融合，可以實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的智能化信息采集、數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等功能，大大提高建造的智能化水平。在未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)將會迎來一個(gè)更加智能、高效、安全的新時(shí)代，減少對人工的依賴，實(shí)現(xiàn)安全建造，并實(shí)現(xiàn)性能更好、質(zhì)量更優(yōu)的施工管理建造。

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