建筑工程数字化建造及控制平台技术研究与探索

房霆宸

1. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；2. 同济大学土木工程学院 上海 200092；3. 上海超高层建筑智能建造工程技术研究中心 上海 200080

数字化建造及控制是以数字化方式作为技术手段，通过数字化技术辅助工程建造，驱动工程建设管理方式和建造过程的数字化转型，实现工程建设过程的精益建造。数字化主要表现在表达、分析、计算、模拟、监测、控制及其全过程连续数据的构建，数字化技术可有效驱动工程建造方式和管控模式的数字转型。数字化技术是实体经济转型升级的引擎，是我国在世界上实现弯道超车的机遇。改革开放以来，我国建筑工程建造实践成绩卓著，重大工程建设处于国际领先水平，但数字化技术及其理论体系尚滞后于工程实践，不断提高工程建造理论基础，全面系统地运用数字化建造技术方法，驱动工程建造技术体系创新，改变传统工程建造模式，已成为建筑工程发展的必然趋势[1-3]。

数字化与工程建设的融合发展，深刻影响和改变着建筑领域，给建筑业的发展带来了较大的效益，使规划设计、工程施工、运营管理乃至整个工程的质量和管理效率得到了显著提高。以工程实体为载体发展和应用数字化建造控制技术，在数字化建造平台上纳入各相关供应方，可有效提高工程质量，保证公共安全，降低工程建造成本。以建筑企业为载体，在房产开发、设计咨询、建筑施工、建材工业、运营维护等工程建设全产业链发展和应用数字化建造及控制平台技术，在数字化建造平台上纳入上下游合作商，不仅可以加快建筑企业数字化转型，也可带动交通、材料、化工、物流、金融、通信、能源、环保等相关产业企业的数字化转型。建立建筑业数字化建造及控制技术体系，实现对传统建造技术的数字化升级改造，有利于提高建筑业及相关产业的整体行业水平，对于筑牢实体经济和数字经济发展基础具有重要意义[4]。

1 实现路线

针对目前我国建筑工程行业智能化水平较低、协同性较差、安全管控能力不足等问题，可基于物联网技术、数字孪生技术、大数据技术、人工智能技术等新兴工业互联网技术，重点围绕建筑工程全生命周期虚拟仿真技术、建筑工程结构安全智能化控制技术、建筑工程人—机—环耦合风险智能化控制技术、建筑工程全生命周期智能化建造及控制平台、建筑工程全生命周期智能化建造及控制服务应用开发等关键技术及平台开展科技攻关，推动建筑工程智能化建造及控制平台研究和全产业链协同技术研究，并以示范工程形式积极推动科研成果的工程化应用，实现科研成果与工程应用的有机结合，带动智能化建造及管控技术在整个建筑工程行业内的全面发展，实现建筑工程行业快速转型升级。

针对现有数字化建造及控制技术应用基础薄弱等问题，可从边缘层工程应用出发，研究面向重大建筑工程项目的全生命周期虚拟仿真、结构安全数字化控制、多维度耦合风险数字化控制等技术及平台，为数字化建造及控制技术在建筑工程中的具体应用提供可靠的解决方案。在此基础上，立足于建筑工程全行业高度，从边缘层工程应用中进行海量数据汇聚及智能建造功能集成，并结合IaaS层云计算技术和PaaS层基础服务资源，研制行业级的建筑工程数字化建造及控制工业互联网大平台，可为建筑工程行业提供高可扩展性、高定制化的中间层智能服务平台。以上述工业互联网基础大平台作为支撑，面向不同的行业数字化建造及控制需求，开发面向建筑工程全寿命周期及全产业链的服务应用等软件产品，为建筑工程数字化建造及控制提供支撑。

2 体系构建

建筑工程数字化建造及控制平台框架体系主要分为工程项目级、企业公司级、行业级这三个层次，同时需要兼顾应用服务，其体系构建的关键如下：

1）在工程项目层面，需针对工程建造所涉及的人员、机械、环境、材料、方法，以示范工程形式加大推进项目相关数字化建造技术与平台成果的工程应用，以点带面逐步实现规模化应用，带动建筑工程智能化建造及管控技术水平的提升，实现传统建造技术工艺与管理方式的升级与革新。其主要内容包括：一是在建筑工程全生命周期推广应用数字化虚拟仿真建造技术，在应用中研究面向建筑工程设计、施工、运维等全生命周期的新型虚拟仿真技术，开发形成建筑工程全生命周期虚拟仿真公共在线功能模块；二是在建筑工程本体所涉及的深大基坑支护工程、混凝土结构工程、钢结构工程等关键建造环节全面推广应用施工风险数字化控制技术，在应用中研究基于物联网的结构信息智能采集与远距离数据无线传输、深大基坑远程智能监测与微变形主动控制、主体结构远程智能监测和竖向预变形主动控制技术等专项技术，开发形成建筑工程结构安全智能化控制公共在线功能模块；三是在建筑工程本体以外的人员、机械设备、施工环境等风险源控制方面全面应用数字化控制技术，在应用中研制出基于物联网的施工人员智能定位跟踪装置、爬升模架设备安全状态监测预警及主动控制技术、施工现场周边环境及土体变形智能控制技术与装置，开发形成建筑工程人—机—环耦合风险智能化控制公共在线功能模块。

2）在企业层面，做好应用推广数字化建造专项协同管理平台工作，在应用中开发出集虚拟现实映射、智能化主动控制、风险智能预测、大数据分析、人工智能技术应用等功能于一体的建筑工程全寿命周期及全产业链的工业互联网基础大平台及软件产品，加大对工程项目的管理，实现多层次的工程项目协同管理，为建筑工程智能化建造及控制应用层技术的实现提供高效的中间层支撑，全面提升企业工程项目管理能级。

3）在建筑行业发展层面，需开展行业级建筑工程智能化建造相关的基础理论研究，构建建筑工程智能化建造的基础理论框架，建立建筑工程智能化建造相关的技术指南与导则，为建筑行业内的智能化建造相关技术及平台的开发、推广及应用提供参考，提高建筑工程智能化建造及控制水平，服务和支撑建筑企业数字化、智能化转型发展。

4）在应用服务上，建筑工程数字化建造及控制平台体系的构建需要考虑发挥全产业链的优势，基于数字孪生技术构建一体化连续数字流，集成推广应用数字化建造技术、专项平台、协同管控平台，要在应用中研究开发面向建筑工程全生命周期智能化建造及控制服务应用软件，通过全产业链联动、网络化协同，全面提升应用服务功效。

3 案例分析

图1为某行业级建筑工程数字化建造及控制平台框架体系，开发了集虚拟现实映射、智能化主动控制、风险智能预测、大数据分析、人工智能技术应用等功能于一体的建筑工程智能化建造及控制工业互联网平台，该体系通过工程项目级的专项工程协同联动应用与研发、企业级的工程协同管理与产业链联动、行业级的服务体系构建与产业化推广应用，全方位、多层次地推进技术的创新应用深度与维度，有力地促进了建筑创新转型发展。

图1 某建筑工程数字化建造及控制平台框架体系

4 结语

1）工程项目级、企业公司级、行业级均需系统性应用数字化建造技术、专项平台及协同管控平台，并统筹考虑个性化需求和共性需求，同时兼顾一体化联动服务模式。

2）建筑工程数字化建造及控制平台技术的关键，面向建筑工程设计、施工、生产、运维等全生命周期，通过数据、信息、资源共享实现网络化协同、服务化延伸及个性化定制等附加能力，以达到精益建造的目的。

3）数字化建造及控制平台技术是一个体系问题，也是一个体制机制问题。不仅需要决策层的重视，加强顶层设计、统一服务内容、统一质量标准、统一工作流程，也需要从解决具体问题做起，从打通关键环节着手，构建数字化建造及控制平台技术体系，否则只能是纸上谈兵。