1相關(guān)概念及背景

1.1發(fā)泡陶瓷復(fù)雜建筑表皮

發(fā)泡陶瓷（FoamedCeramics）——以礦山尾礦、工業(yè)固廢料等無機(jī)礦物為主要原料，添加特殊的發(fā)泡劑，采用濕法或干法制料，經(jīng)布料成型、窯爐高溫（1150＼～1200^°C ）燒成，可用于建筑物非承重內(nèi)外隔墻及外墻的輕質(zhì)新型板材，是一種具有高孔隙率的閉孔的綠色循環(huán)陶瓷材料，且具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、變形系數(shù)小、防水防火、抗老化的特點(diǎn)。

發(fā)泡陶瓷板材經(jīng)切割、雕刻等工序，可二次加工成建筑裝飾構(gòu)件，作為裝飾性細(xì)部的門窗套、線腳、支托、山花、斗拱、浮雕、立雕等部件使用。

近兩年，發(fā)泡陶瓷更是被用于制作復(fù)雜曲面建筑表皮，這是一種特殊的裝飾構(gòu)件。以往，復(fù)雜曲面建筑表皮由UHPC（超高性能混凝土）GRC（玻璃纖維增強(qiáng)水泥）、GRG（玻璃纖維增強(qiáng)石膏）FRP（玻璃鋼）等材料制成，但都比較昂貴，因?yàn)橹谱髂＞叩脑靸r(jià)和時(shí)間成本較高。鋁單板和石材也可以制成復(fù)雜曲面建筑表皮，雖然無需模具，但加工難度和安裝難度都大，造價(jià)依然高企。發(fā)泡陶瓷無需模具，一旦加工出來即可立即送往工地安裝，且輕質(zhì)而使安裝費(fèi)用降低。更促使業(yè)主和設(shè)計(jì)師下定決心使用發(fā)泡陶瓷的是，發(fā)泡陶瓷可以幾十米不留明縫，因?yàn)榘l(fā)泡陶瓷作為高溫?zé)Y(jié)材料其干縮值幾乎為零，非常穩(wěn)定，不存在收縮開裂。

1.2復(fù)雜建筑形態(tài)

近代建筑，無論形式多么繁復(fù)，最終都可以用平面圖、立面圖、剖面圖、局部大樣圖（構(gòu)件詳圖）來基本精確地描述，這也得益于近代建筑工程學(xué)和工程制圖學(xué)的發(fā)展。但能用平立剖面圖精準(zhǔn)表達(dá)的，一般都是線性建筑。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和審美的變化，開始產(chǎn)生復(fù)雜的非線性建筑。丹麥設(shè)計(jì)師約恩·烏松（ JornUtzon 于1957年設(shè)計(jì)了悉尼歌劇院，2003年他獲得“普利茲克獎(jiǎng)”時(shí)評(píng)審團(tuán)對(duì)他的評(píng)語是“設(shè)計(jì)了一幢超越他時(shí)代的建筑物，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于可以運(yùn)用的技術(shù)”。得益于復(fù)雜性科學(xué)和數(shù)字科技的進(jìn)一步發(fā)展，從20世紀(jì)90年代開始非線性建筑蓬勃涌現(xiàn)，例如西班牙畢爾巴鄂古根海姆美術(shù)館（1997，弗蘭克·蓋里）、荷蘭霍夫多爾普汽車站（2003，NIO）加拿大夢(mèng)露大廈（2006，馬巖松）阿塞拜疆的蓋達(dá)爾·阿利耶夫文化中心（2007，扎哈·哈迪德）北京國家體育場(chǎng)即鳥巢（2008，赫爾佐格和德梅?。┑鹊取Ｌ貏e是扎哈·哈迪德依靠數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)的大量建筑作品，驗(yàn)證了20世紀(jì)末建筑評(píng)論家查爾斯·詹克斯的預(yù)言：“非線性建筑將在復(fù)雜科學(xué)的引導(dǎo)下，成為下一個(gè)千年一場(chǎng)重要的建筑運(yùn)動(dòng)。\"

1.3基于數(shù)字孿生技術(shù)的智能建造

利用參數(shù)化三維軟件及數(shù)字編程技術(shù)，可以方便地生成非線性復(fù)雜建筑形體，在三維空間中推敲細(xì)節(jié)、修改和定位不規(guī)則曲面、精確傳遞設(shè)計(jì)文件、控制建造到運(yùn)維的全過程，甚至最近的AI智能生形和渲染，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)發(fā)揮著愈來愈強(qiáng)大的作用，帶來深刻的變革。

但復(fù)雜建筑的形態(tài)，最終需要建筑表皮予以呈現(xiàn)。但面對(duì)使用數(shù)字技術(shù)生成的非線性復(fù)雜建筑，現(xiàn)今建筑表皮構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝工藝卻顯得落后。一方面，表皮構(gòu)件廠商仍然使用傳統(tǒng)二維CAD圖紙進(jìn)行曲面構(gòu)件生產(chǎn)，造成構(gòu)件尺寸和形狀不精確、無法預(yù)先碰撞試驗(yàn)而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)修改或返廠；另一方面，施工企業(yè)基于二維

模型設(shè)計(jì) 模型分解 1 構(gòu)件生產(chǎn) 現(xiàn)場(chǎng)組裝

1 1 二

二二 == 建筑 截取 二 1 1 建筑 復(fù) 離散 建構(gòu) 1 1 表皮構(gòu)型 背附 轉(zhuǎn)化 中 刀路圖 1 二 生產(chǎn) 二一二 -上- 實(shí)體構(gòu) 件組 運(yùn)輸 表皮 一

======= 整體數(shù)字模型 碰撞 力學(xué)驗(yàn)算 ----------- 二二-十--二--+-- 機(jī) ---+--------- ------ 存 構(gòu)件安裝 ======現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核 ----- 滑生成 生成？ 竣 運(yùn)設(shè)計(jì)模型 虛實(shí)模型一致性評(píng)價(jià) 建造模型 生成 工 交付 維！ 模 模型 型

CAD圖紙進(jìn)行曲面構(gòu)件定位、安裝，導(dǎo)致安裝不準(zhǔn)確、工期拖延、安裝費(fèi)用上升。

針對(duì)以上現(xiàn)狀，本文在系統(tǒng)分析了復(fù)雜曲面建筑表皮的構(gòu)成和建造流程后，基于數(shù)字孿生原理和現(xiàn)實(shí)情況初步構(gòu)建了“過渡階段”的發(fā)泡陶瓷復(fù)雜曲面建筑表皮的智能建造體系，對(duì)該體系的5個(gè)特征進(jìn)行了闡述，對(duì)體系中主結(jié)構(gòu)、管線、背附龍骨和表皮這4個(gè)關(guān)鍵要素的建模方式、數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)映射進(jìn)行分析?；谝陨铣晒瑢?duì)數(shù)據(jù)與模型融合技術(shù)、實(shí)體型表皮離散技術(shù)、實(shí)體型表皮生產(chǎn)排版技術(shù)、背附龍骨生成和驗(yàn)算技術(shù)、模型碰撞測(cè)試調(diào)整技術(shù)、虛實(shí)模型一致性評(píng)價(jià)技術(shù)這6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，通過案例證明了這些關(guān)鍵技術(shù)的必要性和可行性，從而為基于數(shù)字孿生的智能建造體系的全面實(shí)現(xiàn)奠定了更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2數(shù)字李生技術(shù)在智能建造體系中的作用

數(shù)字孿生技術(shù)，是通過構(gòu)建高保真的虛擬動(dòng)態(tài)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體全生命周期狀態(tài)與行為的數(shù)字化映射與仿真分析。而數(shù)字孿生應(yīng)用于智能建造，需要解決以下四個(gè)問題：

2.1多源數(shù)據(jù)采集與傳輸

作為物理與虛擬空間的交互紐帶，建造場(chǎng)景的數(shù)據(jù)體系具有顯著的多源異構(gòu)特征。施工現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境擾動(dòng)、人員動(dòng)態(tài)操作變量以及設(shè)備多模態(tài)傳感數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)采集的完整性與實(shí)時(shí)性提出雙重挑戰(zhàn)。當(dāng)前依托三維掃描技術(shù)、5G通信網(wǎng)絡(luò)與微型智能傳感器陣列，已實(shí)現(xiàn)海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步傳輸，為構(gòu)建虛實(shí)交互通道奠

定硬件基礎(chǔ)。

2.2高精度建模與仿真

基于BIM與點(diǎn)云掃描等多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，構(gòu)建具有時(shí)空演化特性的四維數(shù)字孿生模型。該模型通過參數(shù)化建模引擎與物理引擎的協(xié)同運(yùn)算，不僅可靜態(tài)還原建筑實(shí)體的幾何特征，更能動(dòng)態(tài)模擬施工過程中的材料形變、人機(jī)協(xié)同、工期變化等復(fù)雜系統(tǒng)行為。

2.3智能數(shù)據(jù)治理

構(gòu)建三級(jí)數(shù)據(jù)治理架構(gòu)：基礎(chǔ)層實(shí)施數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合、特征降維等預(yù)處理；分析層運(yùn)用深度學(xué)習(xí)、知識(shí)圖譜等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘；決策層通過D-S證據(jù)理論進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)融合，建立面向施工管理的決策知識(shí)庫。

2.4工程智能應(yīng)用

基于數(shù)字孿生平臺(tái)構(gòu)建“感知-分析-決策\(yùn)"閉環(huán)系統(tǒng)，依托虛擬空間強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫、算法庫、知識(shí)庫、數(shù)據(jù)處理能力，針對(duì)物理空間實(shí)際需求形成三大應(yīng)用領(lǐng)域：過程監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)管控、工藝優(yōu)化。

該技術(shù)體系通過持續(xù)的數(shù)據(jù)－模型迭代優(yōu)化，正在推動(dòng)智能建造向自感知、自決策的智能化階段演進(jìn)。

3復(fù)雜表皮智能建造體系的組成

本文所指的基于數(shù)字孿生的發(fā)泡陶瓷復(fù)雜建筑曲面表皮的智能建造體系，可用圖1表達(dá)。

對(duì)圖1中涉及的重要概念，做以下詳細(xì)說明：

3.1幾何模型設(shè)計(jì)

模型設(shè)計(jì)，通常是建筑師或裝飾設(shè)計(jì)師的工作。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，一般基于模型渲染成效果圖提供給非專業(yè)用戶評(píng)審，之后數(shù)字幾何模型便被束之高閣。近年來，隨著BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域日漸成熟，且建筑日趨復(fù)雜，幾何模型將逐步取代傳統(tǒng)平立剖的施工圖，并在設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工過程中位于核心地位。

3.2幾何模型分解

模型分解工作的內(nèi)容包括，表皮構(gòu)件的離散和轉(zhuǎn)化、背附龍骨線框圖和實(shí)體模型的構(gòu)建、模型智能碰撞測(cè)試等。模型分解工作的作用，是將表皮及背附龍骨分解成能夠投入生產(chǎn)和安裝的組件。

3.3模型智能碰撞測(cè)試

在模型設(shè)計(jì)和分解階段，我們重構(gòu)了表皮模型，并建立了背附龍骨模型，這兩個(gè)模型與建筑結(jié)構(gòu)和管線是否會(huì)存在干涉，就需要進(jìn)行模型之間的碰撞測(cè)試。否則，一旦表皮構(gòu)件進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，到現(xiàn)場(chǎng)才發(fā)現(xiàn)干涉和沖突，將產(chǎn)生巨大損失并延誤工期。

3.4表皮構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)

構(gòu)件生產(chǎn)的基本流程是：原材料分型采購一—精雕圖和刀路圖生成—在CNC機(jī)床和其他設(shè)備上加工—編號(hào)標(biāo)記——試拼裝——包裝。

基于降低成本的原則，將整個(gè)表皮分解出以下幾種：平面構(gòu)件、單曲單面加工構(gòu)件、單曲雙面加工構(gòu)件、雙曲單面加工構(gòu)件、雙曲雙面加工構(gòu)件。以上構(gòu)件所需加工設(shè)備不同，其加工難度和加工成本是次第提高的。核心加工設(shè)備是雕刻機(jī)（CNC機(jī)床），雙曲構(gòu)件通常需要雕刻機(jī)才能完成。平面構(gòu)件通常使用橋切機(jī)和薄板機(jī)即可加工完成。

3.5表皮系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)組裝

現(xiàn)場(chǎng)組裝的工作流程，包括背附龍骨的搭建、表皮構(gòu)件的安裝、表面涂裝工藝等。

曲面表皮構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)組裝之前，應(yīng)檢查主體結(jié)構(gòu)（包括預(yù)設(shè)管線）給表皮系統(tǒng)預(yù)留的空間是否過小或過大，這在碰撞測(cè)試工序中予以完成。如果空間不足，應(yīng)修減主體結(jié)構(gòu)超出部分，或擴(kuò)展表皮模型并重新離散和生產(chǎn)部分表皮構(gòu)件；如果空間過大，通?？梢杂娩摻Y(jié)構(gòu)設(shè)置轉(zhuǎn)換層。

3.6虛實(shí)模型一致性評(píng)價(jià)

虛模型既包括建筑表皮設(shè)計(jì)模型、結(jié)構(gòu)和管線設(shè)計(jì)模型，也可以包括離散分解出的用于生產(chǎn)的構(gòu)件小模型（精雕圖），還可以包括背附龍骨設(shè)計(jì)模型。實(shí)模型既包括安裝完畢的表皮、結(jié)構(gòu)和管線的物理實(shí)體點(diǎn)云模型（或重建的包圍盒模型），也包括生產(chǎn)過程中形成的表皮構(gòu)件（組件），還包括現(xiàn)場(chǎng)燒焊的背附龍骨實(shí)體。這是評(píng)價(jià)表皮系統(tǒng)準(zhǔn)確性的重要步驟，主要分為構(gòu)件生產(chǎn)一致性評(píng)價(jià)、安裝過程一致性評(píng)價(jià)和竣工一致性評(píng)價(jià)。無論何種評(píng)估，都離不開建造模型生成、比對(duì)調(diào)整技術(shù)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)這三要素。

3.7竣工模型和運(yùn)維模型

竣工模型以管線敷設(shè)完畢且表面涂裝完成為節(jié)點(diǎn)較為適宜，此時(shí)不會(huì)有太多裝飾物，便于評(píng)價(jià)安裝效果，并方便后續(xù)運(yùn)維使用。運(yùn)維模型則是一組長期變動(dòng)的數(shù)字模型，每一次表皮或管線的較大改動(dòng)，都應(yīng)該修正一次運(yùn)維模型并存檔。

4曲面表皮智能建造體系的特征

自由曲面（或雙曲面）建筑表皮，是一種典型且日益流行的復(fù)雜建筑表皮，因其空間復(fù)雜性而急需建立基于數(shù)字孿生的智能建造系統(tǒng)。基于數(shù)字孿生的曲面建筑表皮智能建造系統(tǒng)是數(shù)字孿生技術(shù)驅(qū)動(dòng)的低偏差、超寫真的仿真系統(tǒng)，集成各種先進(jìn)技術(shù)并實(shí)現(xiàn)建造和運(yùn)維過程的便捷和可控。其特征至少包括：

4.1虛實(shí)結(jié)合

基于數(shù)字孿生的曲面表皮智能建造系統(tǒng)是物理表皮建造系統(tǒng)的數(shù)字化體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體與虛擬數(shù)字孿生體的雙向精準(zhǔn)映射。

4.2可視化

虛擬仿真的建造過程可實(shí)現(xiàn)建造過程中曲面表皮的幾何、物理、狀態(tài)的高度可視化，輔助建造參與人員的高效、準(zhǔn)確的決策。

4.3精準(zhǔn)性

以往通過多張平面圖紙對(duì)復(fù)雜曲面建筑表皮的描述，難以準(zhǔn)確地反映此類表皮的全部兒何和物理特征，基于數(shù)字孿生的智能建造系統(tǒng)將解決這一精準(zhǔn)性問題。

4.4交互性和實(shí)時(shí)性

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，部署在曲面表皮的傳感器可收集構(gòu)件生產(chǎn)、安裝和運(yùn)維過程中的數(shù)據(jù)，也可通過定期掃描建立點(diǎn)云模型收集幾何及物理數(shù)據(jù)，建立智能化動(dòng)態(tài)交互，實(shí)現(xiàn)全生命周期的狀態(tài)分析和建造決策。最終，提高曲面表皮的建造效率、延長其使用壽命。

4.5先進(jìn)技術(shù)集成性

通過數(shù)字孿生、概率統(tǒng)計(jì)、有限元分析、大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等各種先進(jìn)技術(shù)的集成，對(duì)曲面建筑表皮的建造和運(yùn)維全過程實(shí)施數(shù)字化、智能化提升，實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確生產(chǎn)、故障診斷和壽命預(yù)測(cè)，減少建造過程的不確定因素，對(duì)建造成果的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估，提高建造效率、降低建造和維護(hù)成本。

5基于數(shù)字李生的曲面表皮關(guān)鍵要素模型

在復(fù)雜曲面建筑表皮的建造過程中，與基于數(shù)字孿生的智能建造相關(guān)的關(guān)鍵要素包括：建筑表皮、結(jié)構(gòu)、管線、背附龍骨等，本文參考熊明蘭提出的基于數(shù)字孿生的民機(jī)運(yùn)行安全系統(tǒng)關(guān)鍵要素建模的方法，結(jié)合建筑表皮智能建造的特點(diǎn)，構(gòu)造了建筑表皮智能建造的數(shù)字孿生模型如下：

D_Teonstruct={D_Tepidermis，D_Tstructure，D_Tpipeline，D_TReel} D_Tepidemis 建筑表皮模型；

DTstructure 建筑結(jié)構(gòu)模型；

DTpipeline 管線模型;

D_Iked 背附龍骨模型。

以上4種關(guān)鍵要素的數(shù)字孿生模型的基礎(chǔ)一般是矢量化的3D幾何模型，同時(shí)還需包含數(shù)字實(shí)時(shí)交互接口及該要素提供的功能作用。就各關(guān)鍵要素進(jìn)一步說明如下：

建筑表皮是最需要關(guān)注的核心系統(tǒng)，為使本系統(tǒng)的孿生模型與物理模型保持一致，就需要保證其幾何特征、建造過程和運(yùn)行狀態(tài)與物理實(shí)體保持一致，通過虛實(shí)接口獲取數(shù)據(jù)，完成運(yùn)行任務(wù)。

建筑結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和運(yùn)行狀態(tài)對(duì)表皮的影響較大，現(xiàn)實(shí)情況中，建筑結(jié)構(gòu)的物理實(shí)體常常偏離虛擬模型，甚至刺破表皮，導(dǎo)致表皮難以實(shí)現(xiàn)或被迫修改。

管線有時(shí)也會(huì)對(duì)建筑表皮產(chǎn)生影響，管線常常因?yàn)楦鞣N原因在安裝過程中修改，如果不加以控制，也會(huì)刺破表皮或干擾背附龍骨的安裝。

背附龍骨緊貼建筑表皮背面，其精度直接影響背附龍骨的安裝精度和效率，需嚴(yán)密監(jiān)控其制作安裝過程

6基于數(shù)字李生復(fù)雜建筑表皮的關(guān)鍵技術(shù)

復(fù)雜建筑表皮，在構(gòu)件生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中有眾多難點(diǎn)，需要在以下關(guān)鍵技術(shù)上找到切實(shí)可行的提高效率、減少錯(cuò)誤的方法，而數(shù)字孿生相關(guān)技術(shù)則在這些關(guān)鍵技術(shù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

6.1數(shù)據(jù)與幾何模型融合技術(shù)

通過掃描儀、傳感器、遙感衛(wèi)星、相機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)師用平面設(shè)計(jì)軟件生成的圖紙和材質(zhì)信息，現(xiàn)場(chǎng)各工種的施工日志和會(huì)議紀(jì)要，材料和技術(shù)供應(yīng)商提交的技術(shù)資料，這些龐大、繁雜的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，需要與數(shù)字幾何模型融合，才能使數(shù)字模型成為實(shí)體的數(shù)字孿生，才能發(fā)揮應(yīng)有的作用。融合技術(shù)包括：點(diǎn)云融合、紋理映射、網(wǎng)格變形、特征提取與匹配、體素融合、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的參數(shù)調(diào)整、機(jī)器學(xué)習(xí)輔助融合等等。

6.2實(shí)體型表皮離散技術(shù)

表皮離散技術(shù)廣泛用于交通工具蒙皮、建筑幕墻、服裝布料裁切、家具等制造業(yè)。但大多將表皮視為沒有厚度的理想皮。發(fā)泡陶瓷需要有 40～50mm 均厚，且希望通過每個(gè)單元構(gòu)件之間的交接縫更迅速地定位。因此，發(fā)泡陶瓷曲面表皮構(gòu)件的離散技術(shù)，需要更適合的算法予以開發(fā)。

6.3實(shí)體型表皮生產(chǎn)排版技術(shù)

很多生產(chǎn)排版技術(shù)針對(duì)的是厚度可以忽略的材料，而發(fā)泡陶瓷曲面表皮構(gòu)件的厚度不可忽略，因此生產(chǎn)排版算法即發(fā)生質(zhì)的變化。自前僅有少數(shù)發(fā)泡陶瓷加工廠商掌握了此項(xiàng)技術(shù)的人工排版方法，智能化排版技術(shù)尚處于萌芽階段。

6.4背附龍骨生成和驗(yàn)算技術(shù)

大多數(shù)曲面表皮材料，都需要背附龍骨給予找型和支撐。而曲面表皮的復(fù)雜性，導(dǎo)致其背附龍骨的設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜，如何智能生成復(fù)雜的龍骨體系，并智能驗(yàn)算、分解，是提高效率的關(guān)鍵課題之一。

6.5模型碰撞測(cè)試調(diào)整技術(shù)

在模型設(shè)計(jì)和分解階段，我們重構(gòu)的表皮模型，并建立了背附龍骨模型，這兩個(gè)模型與建筑結(jié)構(gòu)和管線是否會(huì)存在干涉，就需要進(jìn)行模型之間的碰撞測(cè)試，并予以高效調(diào)整。否則，一旦表皮構(gòu)件進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，到現(xiàn)場(chǎng)才發(fā)現(xiàn)干涉和沖突，將產(chǎn)生巨大損失并延誤工期。

以上海某研發(fā)中心曲面吊頂項(xiàng)目為例。該項(xiàng)目中，發(fā)泡陶瓷表皮構(gòu)件生產(chǎn)廠商—廣東置信新材料有限公司一—首先解析了該項(xiàng)目背景與碰撞問題，對(duì)建筑曲面表皮碰撞的雙目標(biāo)調(diào)整模型進(jìn)行了構(gòu)建。投資方可根據(jù)項(xiàng)目資金流、施工進(jìn)度等約束條件，進(jìn)行多維度方案比選，實(shí)現(xiàn)工程可行解的智能決策。

6.6虛實(shí)模型一致性評(píng)價(jià)技術(shù)

虛實(shí)模型一致性評(píng)價(jià)，是評(píng)價(jià)表皮系統(tǒng)準(zhǔn)確性的重要步驟，主要分為構(gòu)件生產(chǎn)一致性評(píng)估、安裝過程一致性評(píng)估和竣工一致性評(píng)估。關(guān)于第三種評(píng)估，目前國際上僅有平面墻體或線性構(gòu)件的驗(yàn)收評(píng)價(jià)方法，對(duì)于曲面表皮的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和智能評(píng)價(jià)方法，本文以福州某天橋曲面造型項(xiàng)目舉例說明。

首先對(duì)竣工后的建筑表皮進(jìn)行三維掃描，在各方認(rèn)可的精度條件下，將掃描得到的建成模型等同于實(shí)體，以便與原設(shè)計(jì)模型進(jìn)行比對(duì)、評(píng)價(jià)。設(shè)計(jì)模型則應(yīng)取竣工前各方確認(rèn)最終效果的版本。

建成模型與設(shè)計(jì)模型的差距，用法向量偏差表示，評(píng)價(jià)前給出標(biāo)準(zhǔn)。初步定為四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：法向量偏差 gt; 20mm 定義為1類偏差， 10mmlt; 法向量偏差 ?20mm 定義為 I 類偏差， 5mmlt; 法向量偏差 ?10mm 定義為Ⅲ類偏差，法向量偏差 ?5mm 定義為無偏差。并將此法向量偏差近似為建成模型與設(shè)計(jì)模型的同一位置的一對(duì)有限元質(zhì)心間的距離。之后經(jīng)過虛實(shí)模型匹配、網(wǎng)絡(luò)分割、質(zhì)心距離計(jì)算、三類偏差計(jì)分，得到表1

再通過以下公式計(jì)算總體評(píng)分：

事先各方可確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：綜合指標(biāo)分值G在[0.80）區(qū)間判定為“不合格”，需全部返工，且甲方還將對(duì)乙方延誤工期及其他損失按結(jié)算造價(jià)的 30% 進(jìn)行處罰；在[80，90）區(qū)間判定為“合格”，僅需將I類、Ⅱ類偏差進(jìn)行返工，甲方對(duì)乙方按實(shí)結(jié)算；在[90，95]區(qū)間判定為“良好”，甲方按結(jié)算總造價(jià)的 3% 對(duì)乙方進(jìn)行額外獎(jiǎng)勵(lì)，乙方需將I類、Ⅱ類偏差進(jìn)行返工；在[95，100]區(qū)間判定為“優(yōu)秀”，甲方按結(jié)算總造價(jià)的 10% 對(duì)乙方進(jìn)行額外獎(jiǎng)勵(lì)，乙方需將I類、Ⅱ類偏差進(jìn)行返工。本工程計(jì)算出總體評(píng)分 G=95.80 分，可以判定為“優(yōu)秀”。

7展望

復(fù)雜曲面建筑表皮的智能建造體系還遠(yuǎn)未搭建完成，相關(guān)技術(shù)仍處于初期階段，亟待各相關(guān)方加大投入予以研發(fā)和應(yīng)用。

例如，模型碰撞調(diào)整技術(shù)，除了目前的成本和工期雙目標(biāo)管控，還可以引入表皮形態(tài)改變最小化、安全性等多目標(biāo)；除了結(jié)構(gòu)件和表皮，還可引入管線等構(gòu)件，從而使碰撞調(diào)整技術(shù)更符合工程實(shí)際應(yīng)用需要。

再例如，數(shù)據(jù)與幾何模型的融合技術(shù)、實(shí)體型表皮離散技術(shù)、實(shí)體型表皮生產(chǎn)排版技術(shù)、背附龍骨生成和驗(yàn)算技術(shù)，目前都存在不夠智能的問題。因?yàn)橄鄳?yīng)的算法、軟件插件的缺乏，這類技術(shù)還需要大量技術(shù)人員手動(dòng)輸入、比對(duì)、調(diào)整。

再例如，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AugmentedReality，AR）與智能建造相結(jié)合，在復(fù)雜空間定位、多系統(tǒng)協(xié)調(diào)等多方面可以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)和潛力。比如戴上AR眼鏡，人們可以看到虛擬的原建筑設(shè)計(jì)表皮（構(gòu)件）與現(xiàn)實(shí)施工環(huán)境的疊合視景，這樣可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)即將安裝的表皮構(gòu)件進(jìn)行精準(zhǔn)定位，為復(fù)雜形體的設(shè)計(jì)建造提供了方便的實(shí)施手段?？梢灶A(yù)言，建造師、建筑師的工作內(nèi)容及手段將發(fā)生巨大的變化。

隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，越來越多的技術(shù)手段將被應(yīng)用于建筑工程，建造效率的提高和成本的降低也將促使更多形態(tài)個(gè)性化、美觀實(shí)用的建筑出現(xiàn)，新質(zhì)生產(chǎn)力必將使中國房地產(chǎn)和公共建筑的未來更有希望。

參考文獻(xiàn)

[1]黃惠寧.2019我國發(fā)泡陶瓷產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及技術(shù)分析[J].佛山陶瓷，2019（280）：1-4.

[2]柳培玉，艾明星，張馨元等.T/CECS921-2021《發(fā)泡陶瓷裝飾構(gòu)件應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)解讀[J].磚瓦，2023（426）：53-55.

[3]王運(yùn)剛.發(fā)泡陶瓷建筑裝飾構(gòu)件[J].佛山陶瓷，2023，33（09）：1-5+8

[4]程婧婷，林建群，劉楊.非線性建筑形態(tài)審美的心理空間格局[J].新建筑，2019（1）：104-107

[5]劉占省.智能建造方法與應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2023

[6]熊明蘭，王華偉.基于數(shù)字孿生的民機(jī)運(yùn)行安全框架體系設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2022，28（8）：2291-2301

[7]徐衛(wèi)國.數(shù)字建筑設(shè)計(jì)與建造的發(fā)展前景[J]當(dāng)代建筑，2020（02）：20-22

[8]羅丹，徐衛(wèi)國.虛擬現(xiàn)實(shí)與建筑實(shí)踐[J].建筑技藝，2017（9）：75-77