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专家视角|智慧建造技术体系

发布时间:2019-06-06    阅读量:5152

一、智慧建造技术体系


智慧建造技术的发展在国外已经得到了普遍的推广与应用,在国内也正处在推广应用的火热阶段,这个技术体系分为四个阶层,如图1.24所示:

1)第一层是处于最底层的是新材料、信息通讯技术和生物技术等通用技术,这一层的技术为基础技术,是上层技术的支撑技术,为更高级的技术提供技术支持;

2)第二个层次是传感器、3D打印、工业机器人等智能建造装备和方法,该层为设备、设施技术,使建筑在施工过程中更加智能化;

3)第三层面是广泛应用了智能建造装备的智能工厂,在这一层将建筑的一些构件放到工厂里,通过智能建造技术和智能装备将建筑构件更快更好的制作完成;

4)第四层是处于智慧建造技术系统最高层次的数字物理系统或产业互联网,这个层面的技术是真正系统层面的应用。

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一、智慧建造技术体

二、智慧建造技术应用


1BIM技术

我国的BIM技术应用刚刚起步,起点较低,但发展速度快,国内大多数大型建筑企业都有非常强烈的应用BIM提升生产效率的意识,并逐渐在一些项目上开展了试点应用,各级政府不断推出BIM应用推广的政策,呈现政府和企业双管齐下,多渠道推动的态势。目前设计企业应用BIM的主要内容:第一,方案设计:使用BIM技术能进行造型、体量和空间分析外,还可以同时进行能耗分析和建造成本分析等,使得初期方案决策更具有科学性。第二,扩初设计:建筑、结构、机电各专业建立BIM模型,利用模型信息进行能耗、结构、声学、热工、日照等分析,进行各种干涉检查和规范检查,以及进行工程量统计。第三,施工图:各种平面、立面、剖面图纸和统计报表都从BIM模型中得到。第四,设计协同:设计有上十个甚至几十个专业需要协调,包括设计计划,互提资料、校对审核、版本控制等。第五,设计工作重心前移:目前设计师50%以上的工作量用在施工图阶段,BIM可以帮助设计师把主要工作放到方案和扩初阶段,使得设计师的设计工作集中在创造性劳动上。

目前施工企业应用BIM的主要内容:第一,错漏碰缺检查,最大程度减少返工;第二,模拟施工方案,有效协同参建方;第三,三维模型渲染,VR宣传展示;第四,进行知识管理,降低学习曲线。目前运维阶段BIM的应用主要有:第一,空间管理;第二,设施管理;第三,隐蔽工程管理。

a.BIMGIS集成技术

BIM(Building Information System)是随着信息技术在建筑行业中应用的深入和发展而出现的,是一种将数字化的三维建筑模型作为核心应用于建筑工程的设计、施工等过程中的工作方法。GIS(Geographic Information System)是以测绘测量为基础,以地理空间数据为操作对象,以计算机编程为平台的空间分析技术。欲将BIMGIS技术相融合,首先应对两项技术做深入比较分析,进而探讨技术融合的手段,BIM技术与GIS技术的融合并不是简单的将两个技术中的功能直接组合这么简单,需要建立三维城市模型数据交换标准,可将BIM中的数据导入GIS软件,同时将GIS中的数据应用于BIM中。这样,BIM数据作为地理信息系统重要的数据源,用来生成数字城市三维模型,而GIS中的数据作为空间数据,可应用于新的建筑信息模型建立时的基本数据。

b.BIMVR集成技术

虚拟现实,也称作虚拟环境或虚拟真实环境,是一种三维环境技术,集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术等为一体,借此产生逼真的视、听、触、力等三维感觉环境,形成一种虚拟世界。虚拟现实技术是人们运用计算机对复杂数据进行的可视化操作,与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比,虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

BIM技术的理念是建立涵盖建筑工程全生命周期的模型信息库,并实现各个阶段、不同专业之间基于模型的信息集成和共享。BIM与虚拟现实技术集成应用,主要内容包括虚拟场景构建、施工进度模拟、复杂局部施工方案模拟、施工成本模拟、多维模型信息联合模拟以及交互式场景漫游,目的是应用BIM信息库,辅助虚拟现实技术更好地在建筑工程项目全生命周期中应用。

目前国外在视频拍摄、电子游戏等领域已经有了完善的VR产品,在工业设计中谷歌、微软、索尼等产品逐渐进入工业设计中。欧美知名建筑设计公司目前已在建筑设计模型测试中使用VR技术,英国IVR NATION公司搭建了的VR模型应用于建筑设计,模型真实度达到90%

建筑的全生命周期包括设计、施工和运维等阶段,在不同的阶段,VR都可能起到一定作用。

设计阶段

设计阶段VR的应用范畴包括设计本身及设计成果的展示,其中设计包括建筑设计和室内设计。

施工阶段

与增强现实相比,虚拟现实在施工中的应用前景相对小一些,但是仍然有不错的效果,如VR可以帮助施工方预先模拟施工过程,也可以使用建造的虚拟环境对工人进行安全教育、业务流程培训等。

c.BIM3D打印技术

3D打印技术是一种基于3D模型数据,采用通过分层制造,逐层叠加的方式形成三维实体的技术,即增材制造技术。根据成型的不同,3D打印技术大致可以分为4种,成型类型如表1.9所示。此外,根据材料和打印工艺也可划分成以下3类:基于混凝土分层喷挤叠加的增材建造方法、基于砂石粉末分层粘合叠加的增材建造方法和大型机械臂驱动的材料三维构造建造方法。3D打印技术涉及信息技术、材料技术和精密机械等多个方面,与传统行业相比较,3D打印技术不仅能提高材料的利用效率,还能用更短的时间打印出比较复杂的产品。

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BIM—3D技术能否应用的关键是需要打破BIM技术与3D打印技术之间的壁垒,将BIM技术与3D打印技术很好地融合,发挥各自的优势,在应用中创造更大的价值。在研究BIM技术和3D打印技术特点及优势的基础上,提出BIM—3D技术融合的运行流程,以期望实现建筑行业工业化的生产流程,促进建筑行业向更好的方向发展。

BIM3D打印的集成应用,主要是在设计阶段利用3D打印机将BIM模型微缩打印出来,供方案展示、审查和进行模拟分析;在建造阶段采用3D打印机直接将BIM模型打印成实体构件和整体建筑,部分替代传统施工工艺来建造建筑。BIM3D打印的集成应用,可谓两种革命性技术的结合,为建筑从设计方案到实物的过程开辟了一条高速公路,也为复杂构件的加工制作提供了更高效的方案。目前,BIM3D打印技术集成应用有三种模式:基于BIM的整体建筑3D打印、基于BIM3D打印制作复杂构件、基于BIM3D打印的施工方案实物模型展示。

基于BIM的整体建筑3D打印。应用BIM进行建筑设计,将设计模型交付专用3D打印机,打印出整体建筑物。

基于BIM3D打印制作复杂构件。传统工艺制作复杂构件,受人为因素影响较大,精度和美观度不可避免地会产生偏差,而3D打印机由计算机操控,只要有数据支撑,便可将任何复杂的异型构件快速、精确地制造出来。

基于BIM3D打印的施工方案实物模型展示。用3D打印制作的施工方案微缩模型,可以辅助施工人员更为直观地理解方案内容,携带、展示不需要依赖计算机或其他硬件设备,还可以360度全视角观察,克服了打印3D图片和三维视频角度单一的缺点。

随着各项技术的发展,现阶段BIM3D打印技术集成存在的许多技术问题将会得到解决,3D打印机和打印材料价格也会趋于合理,应用成本下降也会扩大3D打印技术的应用范围,提高施工行业的自动化水平。虽然在普通民用建筑大批量生产的效率和经济性方面,3D打印建筑较工业化预制生产没有优势,但在个性化、小数量的建筑上,3D打印的优势非常明显。随着个性化定制建筑市场的兴起,3D打印建筑在这一领域的市场前景非常广阔。

d.BIM3D扫描技术

3D扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术,主要用于对物体空间外形、结构及色彩进行扫描,以获得物体表面的空间坐标,具有测量速度快、精度高、使用方便等优点,且其测量结果可直接与多种软件接口。3D激光扫描技术又被称为实景复制技术,采用高速激光扫描测量的方法,可大面积高分辨率地快速获取被测量对象表面的3D坐标数据,为快速建立物体的3D影像模型提供了一种全新的技术手段。

3D激光扫描技术可有效完整地记录工程现场复杂的情况,通过与设计模型进行对比,直观地反映出现场真实的施工情况,为工程检验等工作带来巨大帮助。同时,针对一些古建类建筑,3D激光扫描技术可快速准确地形成电子化记录,形成数字化存档信息,方便后续的修缮改造等工作。此外,对于现场难以修改的施工现状,可通过3D激光扫描技术得到现场真实信息,为其量身定做装饰构件等材料。BIM3D扫描集成,是将BIM模型与所对应的3D扫描模型进行对比、转化和协调,达到辅助工程质量检查、快速建模、减少返工的目的,可解决很多传统方法无法解决的问题。

BIM3D激光扫描技术的集成,越来越多地被应用在建筑施工领域,在施工质量检测、辅助实际工程量统计、钢结构预拼装等方面体现出较大价值。

上海中心大厦项目引入大空间3D激光扫描技术,通过获取复杂的现场环境及空间目标的3D立体信息,快速重构目标的3D模型及线、面、体、空间等各种带有3D坐标的数据,再现客观事物真实的形态特性。同时,将依据点云建立的3D模型与原设计模型进行对比,检查现场施工情况,并通过采集现场真实的管线及龙骨数据建立模型,作为后期装饰等专业深化设计的基础。BIM3D扫描技术的集成应用,不仅提高了该项目的施工质量检查效率和准确性,也为装饰等专业深化设计提供了依据。

e.BIM与智能全站仪技术

施工测量是工程测量的重要内容,包括施工控制网的建立、建筑物的放样、施工期间的变形观测和竣工测量等内容。

近年来,外观造型复杂的超大、超高建筑日益增多,测量放样主要使用全站型电子速测仪(简称全站仪)。随着新技术的应用,全站仪逐步向自动化、智能化方向发展。智能型全站仪由马达驱动,在相关应用程序控制下,在无人干预的情况下可自动完成多个目标的识别、照准与测量,且在无反射棱镜的情况下可对一般目标直接测距。

BIM与智能型全站仪集成应用,是通过对软件、硬件进行整合,将BIM模型带入施工现场,利用模型中的三维空间坐标数据驱动智能型全站仪进行测量。二者集成应用,将现场测绘所得的实际建造结构信息与模型中的数据进行对比,核对现场施工环境与BIM模型之间的偏差,为机电、精装、幕墙等专业的深化设计提供依据。同时,基于智能型全站仪高效精确的放样定位功能,结合施工现场轴线网、控制点及标高控制线,可高效快速地将设计成果在施工现场进行标定,实现精确的施工放样,并为施工人员提供更加准确直观的施工指导。此外,基于智能型全站仪精确的现场数据采集功能,在施工完成后对现场实物进行实测实量,通过对实测数据与设计数据进行对比,检查施工质量是否符合要求。

与传统放样方法相比,BIM与智能型全站仪集成放样,精度可控制在3毫米以内,而一般建筑施工要求的精度在1~2厘米,远超传统施工精度。传统放样最少要两人操作,BIM与智能型全站仪集成放样,一人一天可完成几百个点的精确定位,效率是传统方法的6~7倍。

目前,国外已有很多企业在施工中将BIM与智能型全站仪集成应用进行测量放样,而我国尚处于探索阶段,只有深圳市城市轨道交通9号线、深圳平安金融中心和北京望京SOHO等少数项目应用。未来,二者集成应用将与云技术进一步结合,使移动终端与云端的数据实现双向同步;还将与项目质量管控进一步融合,使质量控制和模型修正无缝融入原有工作流程,进一步提升BIM应用价值。

23D打印技术

3D打印(3Dimensional Printing)自问世以来便受到了广泛关注,它不同于普通打印机以墨水和纸张为主进行生产工作,而是以金属、陶瓷、塑料、砂等实实在在的原材料进行生产工作。随着时代的发展,绿色建筑生态建筑环保建筑等这些新兴理念在建筑领域得到了广泛的宣传,通过3D打印技术生产出来的产品能够满足建筑领域的使用。它不仅满足国家提出的产业转型的要求,更是为我国建筑业发展指明了方向。

3D打印技术应用的十分广泛,在建筑领域中如果有完整的规范,它将有替代传统建筑方法的趋势。随着信息资源的共享交流加快,许多方面都与国际逐渐接轨,因此人们在生活许多方面都有越来越多的要求,在建筑领域也不例外,新型的建筑设计要求越发复杂化,3D打印技术促进了建筑领域的发展也成为了现在必不可少的新工具。

3D打印技术在建筑领域的应用主要分为两个方面:建筑设计阶段和工程施工阶段。建筑设计阶段主要是制作建筑模型,在这个阶段设计师可以将虚拟模型直接打印为建筑模型;工程施工阶段主要是利用3D打印技术建造建筑,通过油墨即可快速完成工作。这样节省能耗,有利于推进城市化进程和城镇化建设。

a.设计阶段的应用

对建筑工程而言,设计工作永远占有主要的地位,并且会对后续的建造、验收、使用等,产生持续的影响。3D打印技术在建筑领域的设计阶段应用后,整体上取得了非常好的成绩。首先,设计工作结合3D打印技术后,能够对很多的创意想法进行分析,提高了多种不同建筑类型的可行性,对现实的施工产生了较强的指导作用。其次,在运用该项技术后,能够对部分特殊设计,提前做出有效的预估,获得最直观的感受,设定好相应的辅助措施,弥补不足与缺失,确保建筑工程在最终可以得到较高的成绩。

b.施工阶段的应用

在建筑领域当中,施工阶段是具体的执行阶段,此时应用3D打印技术时,就必须考虑到客观上的影响,主观上的诉求则需要放在第二位。与以往工作不同的是,现下很多建筑工程,不仅在要求上非常高,同时在工期方面比较紧张,想要又好又快的完成工作,施工单位承担的工作压力是比较大的。有效应用3D打印技术以后,建筑工程的施工阶段获得了很大的转变。

c.3D打印在建筑工程领域的前景

灾后重建

3D打印建筑的成本比传统建筑低,它十分适用于贫困群体居住和紧急安置住房,因此具有一定的需求层面。3D打印建筑建设时间短,20h可以打印出来一所300m2的房屋,在自然灾害等突发状况发生后十分适用。

建造造型多样的建筑

3D打印建筑解决了传统建筑的单一外观问题,现在已经可以建造出曲面造型。设计师在未来可以通过想象创造建筑,在改变建筑结构形式的同时也为建筑领域的发展增添了新的活力。

功能强大的打印设备

未来的3D打印机可能变成将建筑物的管道、墙面抹灰、装饰等多种功能合而为一的多功能打印机,因此建筑物的处理上具有更大的灵活性。同时,远程操作功能若使用在3D打印机上,那么人工耗时又会有一定的降低。总之,随着技术的不断完善,3D打印建筑将变得越来越便利。

3)物联网技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是信息化时代的重要发展阶段。其英文名称是:“Internet of thingsIoT。顾名思义,物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思:其一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展,与其说物联网是网络,不如说物联网是业务和应用。因此,应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

施工阶段是一个长期而复杂的生产过程,参与单位众多、生产要素与管理要素众多、露天工作易受多种因素与周围环境影响。基于经验规划和执行项目工作采用人工搜集数据信息并监控管理项目管理工作纷繁交错,管理人员不堪其苦。将自动化定位跟踪技术引入施工监控管理领域,并且针对多种不同自动化定位跟踪技术的属性特点和不同领域的需求,为决策者的技术选择提供决策支持,也为施工项目的参与者提供科学的监控管理方法,这是运用物联网技术进行智慧建造的第一步,如图1.25所示。


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    近来,条形码技术也逐渐应用于土木建筑业,比如可以应用于施工现场建筑材料的跟踪,方便管理者加强对材料的管理,减少浪费还可以用条形码制成施工人员的工作卡,方便对现场工作人员的控制和管理,如图1.26所示。

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采用RFID无线射频识别技术)和无线传感器网络技术,在关键控制点布置传感器,监测各控制点的状态信息,如垂直度、位移、荷载、应力等,然后将监控信息发送到安全分析与预警模块进行安全分析。在此,RFID给每个传感器提供了一个ID,包括传感器的监测项目、生产厂家等,在某个传感器监测的项目发生异常情况时,安全管理人员可以拿着手持读写器很方便的找到出现异常的位置,及时地采取相应措施。

a.联网的优势

实现智能生产


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在德国工业4.0”中,通过信息物理系统(CPS),如图1.27所示,实现工厂/车间的设备传感和控制层的数据与企业信息系统融合,使得生产大数据传到云计算数据中心进行存储、分析,形成决策并反过来指导生产。

具体而言,生产线、生产设备都将配备传感器,抓取数据,然后经过无线通信连接互联网,传输数据,对生产本身进行实时监控。而生产所产生的数据同样经过快速处理、传递,反馈至生产过程中,将工厂升级成为可以管理和自身调整的智能网络,使得工业控制和管理最优化,对有限资源进行最大限度使用,从而降低工业和资源的配置成本,使得生产过程能够高效地进行。

过去,设备运行过程中,其自然磨损本身会使产品的品质发生一定的变化。而由于信息技术、物联网技术的发展,现在可以通过传感技术,实时感知数据,知道产品出了什么故障,哪里需要配件,使得生产过程中的这些因素能够被精确控制,真正实现生产智能化。因此,在一定程度上,工厂/车间的传感器所产生的大数据直接决定了工业4.0”所要求的智能化设备的智能水平。

此外,从生产能耗角度看,设备生产过程中利用传感器集中监控所有的生产流程,能够发现能耗的异常或峰值情况,由此能够在生产过程中不断实时优化能源消耗。同时,对所有流程的大数据进行分析,也将会整体上大幅降低生产能耗。

实现大规模定制

大数据是制造业智能化的基础,其在制造业大规模定制中的应用包括数据采集、数据管理、订单管理、智能化制造、定制平台等,核心是定制平台。定制数据达到一定的数量级,就可以实现大数据应用。通过对大数据的挖掘,实现流行预测、精准匹配、时尚管理、社交应用、营销推送等更多的应用。同时,大数据能够帮助制造业企业提升营销的针对性,降低物流和库存的成本,减少生产资源投入的风险。

利用这些大数据进行分析,将带来仓储、配送、销售效率的大幅提升和成本的大幅下降,并将极大地减少库存,优化供应链。同时,利用销售数据、产品的传感器数据和供应商数据库的数据,制造业企业可以准确地预测全球不同市场区域的商品需求。由于可以跟踪库存和销售价格,所以制造业企业便可节约大量的成本。

目前我国工程建筑行业的许多单位都已建立自己的网络和一批应用软件的信息中心。但由于没有统一规划,或者各子系统开发的间隔时间长,大部分工程建筑企业在进行信息管理软件的开发时采用的技术互不相同,导致功能模块之间相对独立,数据不能共享,彼此之间处于信息孤岛的阴影,无法真正实现计算资源、存储资源、软件资源、数据资源的共享。

因此从大数据与工程建筑行业结合的必要性来看,如果工程建筑行业电商能够为用户提供相应的数据云,实现数据共享,解决信息孤岛问题,将会大大提高工程建筑行业的效率。

4)人工智能技术

人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)是计算机学科的一个分支,二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一(空间技术、能源技术、人工智能),也被认为是二十一世纪(基因工程、纳米科学、人工智能)三大尖端技术之一。除了计算机科学以外,人工智能还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。人工智能学科研究的主要内容包括:知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面。

人工智能技术与建筑行业各专业领域知识相结合,使得人工智能技术在建筑行业中取得了非常广泛的应用。已有许多专家系统、决策支持系统应用在建筑行业取得了很好的经济效益和社会效益。

a.人工智能在建筑规划中的应用

传统的建筑施工管理,主要依赖于手工记录施工相关流程以及代写论文,人工绘制施工平面布置图。随着人工智能技术的发展和广泛应用,综合利用运筹学、数理逻辑学以及人工智能等技术手段进行建筑施工现场管理的方法已经得到广泛应用。基于C/S环境架构研发的建筑企业工地管理应用系统,涵盖了工地管理的方方面面,主要包括员工管理模块、分包合同管理模块、固定资产管理模块、供应商管理模块和财务管理模块、施工日志管理模块、员工考勤管理模块与工资挂钩细化了对分包商和供应商的管理,更加有效地控制材料进出,供应商和分包商以及员工的管理真正实现了工地物流、资金流和业务流三流合一。本系统采用强大的数据库,具有稳定的性能、极强的数据存储和处理能力、便捷的升级和维护服务等优点。针对工地人员复杂的特点,系统设置了严格的权限管理功能,确保了数据的安全性。

b.人工智能技术在建筑结构中的应用

随着地质灾害的不断发生以及其所造成的严重危害,建筑结构控制与结构健康诊断就显得尤为重要。传统的结构系统辨识方法普遍存在难于在线识别,只适用于线性结构系统辨识、抗噪声能力差等。近年来,随着人工智能技术的应用,出现了人工神经网络的结构系统辨识方法,利用模糊神经网络强大的非线性映射能力与学习能力,以实测的结构动力响应数据建立起结构的动力特性模型。模糊神经网络可以非常精确地预测结构在任意动力荷载作用下的动力响应,因此可以用于结构振动控制与健康诊断中,同时还可以随时加入其它辨识方法总结出的规则,且可以做成硬件实现,具有很强的可扩展性与实用性。

人工智能技术在国内也展开了一些应用,如安徽建筑工业学院、西安交通大学等都在建筑结构领域建立了不同的专家系统。大连理工大学李守巨等运用LM神经网络对建筑结构()结点损伤进行识别,通过测量位移来预测()结点损伤。北京交通大学鞠彦忠等采用ART2神经网络对建筑结构损伤进行识别,采用前三阶频率和模态振型向量来预测结构损伤。沈阳工业大学杨璐等用神经网络对简支梁结构损伤进行预测,以受损前后一阶、二阶、三阶、四阶、五阶、六阶固有频率的变化率作为输入参数来预测损伤情况。重庆大学王波等依据我国《混凝土结构耐久性评定标准》(草案)开发了用于现役混凝土结构耐久性评估的专家系统应用软件。其应用表明,将框架、人工神经网络与产生式表示方法相结合进而建立神经网络专家系统的方式是可行、有效的。

c.人工智能技术在建筑施工中的应用

人工智能技术在建筑施工中的应用主要集中在混凝土强度分析的工作中。一般来说,28天抗压强度是衡量混凝土自身性能的重要指标,如果能够提前对混凝土的28天强度值进行预测,工作人员就可以采取相应的措施对其进行控制,进而提高混凝土的质量。

在人工神经网络技术应用于混凝土性能预测方面,我国天津大学的张胜利将传统的BP网络模型的预测结果与3种不同输入模型的RBF网络预测结果进行了比较和分析,最终证明了RBF网络模型具有较强的泛化能力和极高的预测精确度,是一种新论文联盟型的、有效的分析商品混凝土性能的方法。

d.人工智能技术在建筑工程管理中的应用

人工智能技术已应用于施工图生成和施工现场安排、建筑工程预算、建筑效益分析等。工作人员在以往开展建筑工程施工管理工作的时候,主要是依靠手写、手绘的方式来完成有关施工档案的记录和施工平面图的绘制,而随着人工智能技术在建筑领域里应用范围的不断扩大,综合采用数理逻辑学、运筹学、人工智能等手段来进行施工管理已经得到了认可和普及。目前比较流行的基于C/S环境开发的建筑施工管理系统,已经涵盖了包括分包合同管理、施工人员管理、原材料供应商管理、固定资产管理、企业财务管理、员工考勤管理、施工进度管理等方方面面,使对供应商和分包商的管理工作得到了进一步的细化,从而使原材料的进离场、分包商及员工管理工作更加科学、准确、快捷,实现了资金流、物资流、业务流的有机结合。

另外,建筑施工管理系统的数据库也非常强大,具有极为强劲的数据处理和储存能力,不仅性能稳定,升级和日常维护也非常快捷方便。另外,针对建筑施工人流复杂、密集的特点,系统还相应设置了权限管理功能,保障了施工管理数据的安全和准确性。

5)虚拟现实技术

对于虚拟现实,只要稍微对新事物有点兴趣的人都不会太陌生。它与多媒体、网络一起被认为是三大最有发展前途的计算机技术。它的英文名字是“Virtual Reality”,简称VR

虚拟现实:计算机科学的分支,通过可以响应用户移动并提供实时感觉回馈的装置来进行交互式三维建模和三维仿真的技术。虚拟现实软件使用户沉浸在通过使用交互设备来仿真的计算机生成的环境中。虚拟现实系统最大的特点在于它与用户的直接交互性。在系统中,用户可以直接控制对象的各种参数,而系统也可以实时的向用户反馈对应的信息。

a.在工程结构分析中的应用

工程结构在各种荷载作用下的反应,当结构特殊且荷载复杂时,必须要诉诸模型试验方能准确测出力学性能。这时,将虚拟现实技术引用在力学测试试验中,大大简化了实施试验的器材和时间,并且能够反复操作,精确地记录每一组试验数据,并加以汇总比较。不仅如此,传统的力学试验无法避免地受到外界的气流、摩擦力的影响,不仅试验数据有误差,而且无法看清试验过程。而通过计算机平台就能轻松地解决上述问题,不仅能将外界因素导致的误差消除,还能回放试验过程,供测试人员仔细分析。

b.在模拟施工过程中的应用

工程项目施工是一个动态过程,涉及工序甚多,并且工序间环环相扣,某一环节间始料未及的错误往往牵连整个工程效率和质量,因此在正式施工启动之前,模拟工程工作显得至关重要。虚拟现实技术则为工程模拟提供了绝好的技术支持。一项工程在竞标期间,就可以将相关数据输入系统,由高度智能化的系统为工程作出施工方案预览,并计算出实施该方案的成本,为施工单位报价提出有力参考。如此一来,便可以使施工单位掌握工程的主动权,抢先竞争对手一步给出最万无一失的施工方案和最实惠的报价,提高了企业的市场竞争力和处理业务的效率。

c.在工程测量方面的应用

传统土木工程学中的工程测量包括高程测量、角度测量和距离测量等,具体工作十分繁琐,无论是数据记录、数据分析还是图纸绘制工作都需要耗费大量的人力物力和时间。而虚拟现实技术则能提供高效的测量模式,只需要数位工作人员就可以通过计算机模拟平台操作,全面高效地管理测量数据,并作出分析通过数据分析,系统能够发现测量中的错误,并纠正误差,大大提高了测量的效率,为企业节约了时间成本和人工成本。

d.在工程管理方面的应用

要想保证企业运营的高效,必须严抓管理工作,这一点在建筑行业表现得尤为明显。通过虚拟现实技术平台,管理人员不用亲赴施工现场,仅在计算机平台就可以对施工现场的人员考勤进行明细查看,同时通过视频监控,检查相关人员是否上岗前严格遵守安全规范。此外,管理人员还能根据数据分析来查看当前的施工进程,从全局上把控施工进度,不延误工期,不产生额外的人工费用,保障企业的经济利益不受损。

e.虚拟现实技术在建筑领域的发展以及在建筑规划中的发展前景

建筑物的设计是受一系列因素所影响的,既包括设计者的知识水平和生活阅历,也受其设计经验和空间思维等的限制。同一件建筑设计品,不同的设计者在外观和艺术审美上也是不尽相同的,但是通过利用虚拟现实的技术可以以三维的形式通过用户的可听可视可触的感官,一方面能使设计者更加有效的发挥其设计的灵感也能让客户在身临其境中提出自己的一些看法和观点,为设计工作提供便利,也节省了时间和人力资源,有提高建筑是优化设计的目的。对于任何一项建筑工程来说,规划是非常重要的一项工作,需要考虑地形地质、气候气象等诸多的因素,但是在现行的规划工作的所用的数据库存在着很大的缺陷,例如规划信息的存储和查询系统不够完善,规划的辅助表现集成系统科技化程度低,其主要的表现形式还停留在二维图片上,且数字化程度高但可视化水平低。

虚拟现实技术在建筑设计中的应用研究对于建筑设计领域的发展来讲有着十分重大的意义,然而,在建筑设计中应用虚拟现实技术,是一项比较复杂的且涉及到多个方面的研究,在研究时必定会遇到多种多样的困难。因此,在今后的建筑领域的发展中,要加强对虚拟现实技术的重视和研究,并且要从虚拟现实技术的多个方面,从建筑设计的多个角度进行研究和分析,从而研究出更好、更有效的能够促使虚拟现实技术在建筑设计中实现的方法和措施。家族企业莫坦森建设也是美国最大的私营建筑公司之一,这家公司设计了自己的虚拟现实软件,以用于建筑项目。该公司正在使用HTC Vive进行计划和管理,例如,在帮助医院设计手术室时,他们会通过VR向外科医生显示手术室的布局,以确保一切工具和设备都位于可触范围之内。莫坦森建设同时还在探索增强现实技术,他们正在工地测试DAQRI的智能头盔,把诸如管道工程这样的内部元素投影到建筑物墙壁上。


三、未来智慧建造技术发展方向



1)智能穿戴设备将成重要装备

智能穿戴设备,是可以直接穿在身上或整合到衣服、配件上的一种便携式设备,借助软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能。智能穿戴设备将成为建筑工人的重要单兵装备,与施工环境紧密结合,为建筑施工带来很大转变。

智能穿戴设备在施工中的应用主要包括:智能手环可用于对现场施工人员的跟踪管理;佩戴智能眼镜,可将虚拟模型画面与工程实体对比分析,及时发现并纠正问题;智能口罩上的粒子传感器可实时监测施工作业区域空气质量,并把定位资料和采集到的信息传到手机上应用并共享;借助穿戴的运动摄像装置,可记录现场质量验收过程等。

2)移动智能终端将成重要工具

智能终端,具有接入互联网能力,通常搭载各种操作系统,根据用户需求定制各种功能。常见的智能终端包括移动智能终端、车载智能终端、智能电视等。施工现场的移动智能终端正在向实用化、集成化方向发展,是智慧建造技术平台向生产一线延伸的重要工具。

移动智能终端在施工中的应用主要包括:配合相应的项目管理系统,实时查阅施工规范标准、图纸、施工方案等;可直接展示设计模型,向现场施工人员进行设计交底;加强施工质量、安全的过程管理,实时确认分部分项形象进度,辅助分部分项质量验收;可现场对施工质量和安全文明施工情况进行检查并拍照,将发现的问题和照片汇总后生成整改通知单下发给相关责任人,整改后现场核查并拍照比对;可在模型中手动模拟漫游,通过楼层、专业和流水段的过滤来查看模型和模型信息,并随时与实体部分进行对比。同时,还可提前模拟作业通道是否保持畅通、各种设施和材料的存放是否符合安全卫生和施工总平面图的要求等。

3)建筑机器人将成辅助工具

建筑机器人在施工中的应用主要包括:全位置焊接机器人,可用于超高层钢结构现场安装焊接作业,提高焊接质量,确保施工安全;超高层外表面喷涂机器人,不仅可以解决高空作业安全问题,还可提高施工速度和精度;大型板材安装机器人,可用于大型场馆、楼堂殿宇、火车站、机场装饰用大理石壁板、玻璃幕墙、天花板等的安装作业,无需搭建脚手架,由两名操作工人即可完成大范围移动作业。

云机器人是云计算与机器人学的结合。机器人本身不需要存储所有资料信息或具备超强的计算能力,只是在需要时连接相关服务器并获得所需信息。例如:机器人拍摄周围环境照片并上传到服务器端,服务器端检索出类似的照片,并计算出机器人的行进路径以避开障碍物,同时将这些信息储存起来,方便其他机器人检索。所有机器人可以共享数据库,减少了开发人员的开发时间,还可以通过云计算实现自我学习。


技术分析

关于智慧建造技术分析的详细介绍请见表格1.10

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作者:毛志兵 李云贵 郭海山等

来源:《建筑工程新型建造方式》

责编:皮诺


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