數字建造技術研究與實踐

張保榮

陜西建工第十三建設集團有限公司 陜西 延安 716000

引言

現(xiàn)階段我國建筑業(yè)的發(fā)展逐漸由傳統(tǒng)粗放模式轉變?yōu)橹悄芙ㄔ斓母哔|量發(fā)展模式，傳統(tǒng)的建造模式已經無法滿足可持續(xù)化發(fā)展需求，需要充分依托信息技術，將現(xiàn)代信息技術與工程建造技術深度融合，助力建筑產業(yè)轉型升級，保證在新常態(tài)下建筑企業(yè)可以更加高效、文明、安全、綠色開展工程建造。

1 數字建造技術現(xiàn)狀分析

針對現(xiàn)階段建筑行業(yè)數字建造技術蓬勃發(fā)展，項目BIM技術應用、企業(yè)ERP管理系統(tǒng)應用的不斷成熟，進一步將先進的技術與傳統(tǒng)的信息化管理平臺進行融合，對建筑行業(yè)的信息化水平逐步進行改善，力求實現(xiàn)工程建造全過程各環(huán)節(jié)數字化、網絡化和智能化的新型建造方式，將建造場景變成具有“感知力”和“生命力”的智慧有機體。盡管如此，當前建筑行業(yè)智慧工地仍然在不斷摸索探究嘗試階段，在整個過程中仍然存在較多問題，而問題通常體現(xiàn)在政策、人才以及技術方面。①缺少標準性的政策引導；②缺乏高質量、高技術水平人才；③軟件、硬件配套設施不夠完善與成熟。這一現(xiàn)狀是導致數字建造技術無法真正實施的關鍵性問題。

2 數字建造驅動技術分析

2.1 BIM技術

BIM技術是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具，通過參數模型整合項目的相關信息，在項目策劃、施工、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，實現(xiàn)建設項目集成管理，達到提升建造品質、縮短工期、綠色節(jié)能、控制成本的目標。其具有可視化、可協(xié)調、可模擬、可優(yōu)化、可出圖等優(yōu)點。傳統(tǒng)建造設計過程中，相關人員需要進行大量的數據計算以及重復性數據核查，其中包含工程信息采集，數據分析，參數計算等。只有這些內容全部與施工規(guī)范對照符合后，才能確保施工方案的可行性[1]。而BIM技術可以利用參數模型的特性，第一時間發(fā)現(xiàn)建造方案中存在的問題。BIM技術應用可以保證數據采集分析能力，通過快速輔助設計人員對設計中存在的問題進行發(fā)現(xiàn)，進而精準的驗證設計方案的可實施性。除此之外，BIM技術在現(xiàn)場平面布置的正向設計、專業(yè)深化設計、管線綜合布置、機電設備用房的模塊集成及生產、PC構件的預制生產、施工質量、進度、安全監(jiān)控、物料跟蹤、BIM+GIS技術等方面的應用，同樣發(fā)揮了重要作用。

2.2 物聯(lián)網技術

互聯(lián)網技術的發(fā)展改變了人們固有的傳統(tǒng)觀念，對數字技術更加重視。物聯(lián)網技術是通過射頻識別（RFID）、紅外線感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備等與計算機、互聯(lián)網技術的結合，實現(xiàn)物體狀態(tài)信息的實時共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執(zhí)行。物聯(lián)網技術在工程項目上的應用，促進了數據獲取的精準性，智能性，及時性，可以極大程度提高工程施工過程中的便捷性，對工程時間的控制有積極意義[2]。

2.2.1 人員管理。在工程建造過程中，對建造人員實行實名制管理，實現(xiàn)施工人員的精細化管理，準確掌握每個參與者個人信息及狀態(tài)，并建立檔案，保障勞務人員工資如實如期支付。建立專業(yè)人才庫，實現(xiàn)建筑人才資源信息共享。

2.2.2 建筑環(huán)境監(jiān)測和預警。在建造過程中利用信息化技術可以最大程度地節(jié)約建造使用資源，同時減少建造過程中對環(huán)境產生的負面影響。充分實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地，節(jié)水，節(jié)材以及環(huán)保。利用物聯(lián)網技術展開施工過程中的環(huán)境監(jiān)測，同時對施工中水量、電能等的消耗進行統(tǒng)計。除此之外，滿足自動洗車、自動降塵需求，局部實現(xiàn)綠色施工。

2.2.3 質量安全管理。數字建造技術應用于建筑工程中，可以進一步保證建筑工程的質量安全。利用遠程視頻監(jiān)控對施工現(xiàn)場的項目進行監(jiān)督管理，對其中存在的問題及時發(fā)現(xiàn)并及時解決。對人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)實時監(jiān)控、預警，使施工者更加安全。對可能影響工程質量的因素進行預防，標養(yǎng)室溫濕度進行監(jiān)測及標養(yǎng)試塊管理，特別是在鋼結構安裝過程中，利用超高精度測量機器人，為建筑施工者提供高精度的三維坐標信息，這樣更加利于工程施工控制測量，同時對施工中實時變形數據進行監(jiān)測，對鋼構件安裝進行測量，保證設備安裝的安全性以及有效性，進一步提升建造工程的施工質量[3]。

2.3 大數據和云計算

數字建造發(fā)展在不同時期涉及的技術應用不同，2010年～2014年為數字建造1.0時代，該階段重點強調碎片化技術應用，以滿足基礎的項目管理。2015年～2019年為數字建造2.0時代，其建造主要堅持可視化特點，結合無線網絡以及APP參與系統(tǒng)集成建造，以滿足高水平建造管理需求。2020年后進入數字建造3.0時代，工程建造中物聯(lián)網技術，數字化集成技術，智能施工技術，互聯(lián)互通技術，信息共享技術，決策分析技術，風險智慧預控等數字化技術全面開展[4]。

大數據技術以及云計算的技術在建筑領域被廣泛應用，進一步推動了建筑行業(yè)的發(fā)展，而且在大數據科技的應用過程中，中國建筑行業(yè)逐漸向管理信息化、工業(yè)化轉型。通過大數據的智能分析，可以對工程中數據進行采集與感知，進而對數據的存儲與管理分析挖掘能力增強，充分將虛擬建造與實體建造進行結合，使建造項目的生命周期具備可視化特點。除此之外，利用大數據技術還可以對建筑資源進行整合。針對建筑施工管理者可以實施集中化管理，并且進行數據實時共享，對各個環(huán)節(jié)的信息數據起到協(xié)同輔助作用。充分加強軟硬件配套設施技術水平，這一技術的應用進一步實現(xiàn)了智慧工地資產管理系統(tǒng)，企業(yè)標準化管理系統(tǒng)，項目標準化管理流程以及項目協(xié)同管理平臺和電子檔案管理系統(tǒng)等以互聯(lián)網為基礎的智能化管理系統(tǒng)。

2.4 人工智能

AI的核心應用包括能夠跟人類似甚至超卓的推理、知識、規(guī)劃、學習、交流、感知、移物、使用工具和操控機械的能力等。通過AI設計方法的引入，建筑設計、建造、運維的各個階段會逐一被打通，使建筑設計系統(tǒng)高度集成化。AI設計還可以進行氣候、環(huán)境模擬、節(jié)能分析、日照計算、交通流量統(tǒng)計等深度研究。AI本身具有強大的分析、整理及應用能力，在建筑業(yè)必然“大有可為”。在建筑行業(yè)勞動力不足的情況下，AI可以簡化甚至替代部分勞動力。一批即將“上崗”的建筑機器人，如“天花板安裝機器人”“焊接機器人”“搬運機器人”等已成必然。

3 應用建議

BIM技術可實現(xiàn)建筑參數化，物聯(lián)網對工程建造中安全管理、質量管理、物資管理、設備管理起到重要改善作用，而大數據以及云技術的應用，可對建筑工程資源進行整合，實現(xiàn)數據共享，增強工程中各個模塊的關聯(lián)性，人工智能則可提高工效，從而使工程建設更好、更快、更省。盡管如此，在數字建造技術應用實踐中，還需要重點注意以下內容：

3.1 解決BIM圖形引擎卡脖子問題

國內自主開發(fā)的BIM圖形引擎與國外相比還有很大差距。一方面，國外在圖像引擎領域的研究比較早，有專業(yè)的科研機構進行研發(fā)，有很好的技術基礎。同時形成了自己的品牌引擎。另一方面，由于BIM的概念最早是在國外提出的，而且主流的BIM軟件都來自國外的產品，所以在最基礎的BIM軟件的開發(fā)和BIM技術的應用上都有很深的積淀。圖形引擎是一個必須解決的“卡脖子”問題。因此，BIM圖形引擎的自主研發(fā)顯得極為重要和緊迫。

3.2 解決圖形引擎安全問題

BIM作為建筑工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)建筑數字化轉型的核心技術，目前的BIM建模軟件和基礎平臺主要被幾家國際大型軟件開發(fā)商所壟斷。國內的BIM應用軟件還在發(fā)展中，其功能、技術水平和市場競爭力等方面還有些差距。特別是三維圖形平臺，是BIM應用軟件中最重要的基礎軟件，其核心技術是圖形引擎，我國自主研發(fā)的圖形引擎與國際水平有些許差距。圖形引擎的本土化自主研發(fā)及其重要，BIM輕量化軟件或者平臺，其數據需要傳至云端服務器進行處理，國外產品往往服務器布置在國外，那么數據的安全性就會存在隱患。

3.3 貫通BIM設計施工共同建模，指導運維

切實落實BIM正向設計，真正把工程各階段的數據貫通起來，真正實現(xiàn)全過程的數字化設計，達到一模多用，減少不必要的重復工作，并將數字化產品移交給業(yè)主，使其得到數字化建筑模型這么一個附加值的產品，方便以后的運維、改造和升級。

3.4 做好技術成果轉化，形成可復制、可推廣、可操作的寶貴經驗

在技術應用過程中同樣需要加強對技術成果的轉化研究，使技術的應用具有可復制，可推廣，可操作的特點。同時加強技術的推廣示范，將技術應用的典型案例進行經驗總結，匯聚成功經驗，使建造技術逐漸向體系化、縱深化推進，促進新技術、新業(yè)態(tài)、新模式的發(fā)展。

3.5 完善制度建設，制定標準規(guī)范，培養(yǎng)專業(yè)人才

現(xiàn)階段，數字建造的制度不是很完善，出臺相關政策文件，制定標準規(guī)范。培養(yǎng)更多的數字技術專業(yè)人員，特別是拔尖人才，引領數字建造技術落地生根，開花結果。

3.6 推動建筑業(yè)產業(yè)化

建筑產業(yè)化是對建筑行業(yè)資源優(yōu)化配置，依托先進信息技術，通過先進的現(xiàn)代化管理模式，采用標準化的設計和機械化、裝配化的構部件生產方式，實現(xiàn)構件制造的工廠化、產品設計的標準化、現(xiàn)場施工的裝配化、房屋裝修的一體化以及運營管理的信息化。建筑產業(yè)化能夠將技術、經濟與市場進行有效的結合，以較低的投資換取高額的產量，同時滿足消費者對房屋質量、安全以及舒適度的需求。這就必然要求推動發(fā)展裝配式建筑+BIM、裝配式建筑+EPC總承包模式、裝配式建筑+超低能耗、裝配式建筑+人工智能，方可實現(xiàn)建筑行業(yè)產業(yè)化。

4 結束語

綜上所述，數字建造技術是建筑制造過程中結合BIM技術、大數據和云計算、物聯(lián)網技術及人工智能技術的建筑方式，能夠形成數據驅動下的工程項目設計、生產、施工一體化的建造與服務新模式，能夠實現(xiàn)工程建造全過程數字化模擬、感知、記錄、協(xié)同，能夠提升建造品質、縮短工期、節(jié)約資源、控制成本。目前，中國數字建造發(fā)展正在進入快車道，隨著數字中國建設也將隨之進入高峰期。我國的人工智能、5G、物聯(lián)網、北斗導航系統(tǒng)等技術已逐步成熟，相關應用也開始進入大規(guī)模部署和應用階段，這為數字中國建設的順利推進奠定了基礎，逐步實現(xiàn)國家高質量發(fā)展之目的。