智能建造技术在民机与航空制造产业园项目的应用研究

魏 朗（陕西金轩建筑工程有限公司，陕西 西安 710082）

1 行业背景及工程简介

智能建造技术的产生使各相关技术之间急速融合发展，应用在建筑行业中使设计、生产、施工、管理等环节更加信息化、智能化，智能建造正引领新一轮的建造业革命。应用中以云计算技术搭建建设项目云服务平台，结合大数据分析、传感器监测及物联网搭建项目管理系统，在施工现场实现人脸识别、移动考勤、塔式起重机管理、粉尘管理、设备管理、危险源报警、人员管理等多项功能。使技术科技含量更强，融合效应更明显，在具体的建筑工程建设程序化、标准化应用中发挥更大的作用。下面将智能建造技术应用到了实际建筑工程中情况进行简单介绍。

民机与航空制造产业园项目位于西安航空基地内，蓝天路以南，航空六路以东，航空五路以西。总建筑面积为152482.90m2，其中地上建筑面积为141055.32m2，地下建筑面积11427.58m2。共计13 栋单体，6 栋钢结构厂房，7 栋框架结构：1#研发中心、2#孵化中心、3#检测中心为钢筋混凝土框架剪力墙结构，地上10 层地下1层；4#多层厂房、5#多层厂房、8#多层厂房、12#多层厂房为钢筋混凝土框架结构，地上3层，抗震等级二级；6#单层厂房、7#单层厂房、9#单层厂房、10#单层厂房，11#单层厂房、13#单层厂房、抗震等级三级。图1 为民机与航空制造产业园项目效果图。

图1 民机与航空制造产业园项目效果图

2 项目以“智慧建造，智能管理”为主题

民机与航空制造产业园项目以“智慧建造，智能管理”为主题，以智慧数据决策为主体，围绕打造智能疫情防控，现场质量、安全智慧管理，AR 智能识别监管，钢结构智能监测，施工机械智能管理一体化的智慧施工，展示企业智慧建造转型新形象。

3 应用智能建造技术实现的价值

价值一：智能设备、信息化系统与管理平台融合；

价值二：数据智能化管理与BIM协同应用能力，展示未来方向；

价值三：采用智能建造方式进行管理创新、数据积累；

价值四：与传统管理手段对比具有明显应用价值。

4 智能建造的类别

（1）建筑产业互联网平台。包括建材集中采购、部品部件生产配送、工程设备租赁、建筑劳务用工、装饰装修等垂直细分领域的行业级平台，提升企业产业链协同能力和经济效益的企业级平台，实现工程项目全生命周期信息化管理和质量效率提升的项目级平台等。

（2）建筑机器人等智能工程设备。包括部品部件生产机器人、建筑施工机器人、智能运输机器人、建筑维保机器人、建筑破拆机器人以及智能塔吊、智能混凝土泵送设备等智能工程设备。

（3）自主可控数字化设计软件。包括建筑信息模型（BIM）软件、设计图纸智能辅助审查软件、基于BIM的性能化分析软件、协同设计平台软件、装修智能设计软件等。

（4）部品部件智能生产线。包括预制构件、外围护部品部件、内装部品部件、厨卫部品部件、门窗、设备管线等部品部件智能生产线。

（5）智慧施工管理系统。包括集成部品部件进场管理、物料验收和堆场优化、装配模拟分析、远程视频监控、建筑工人实名制管理、工程设备安全监控、环境监测、施工电梯智能管控和资料管理等功能的智慧施工管理系统。

5 智能建造金字塔建设

该项目智能建造金字塔的建设见图2。

图2 项目智能建造金字塔

6 智能建造施工管理硬件应用

6.1 数字工地平台

通过智慧工地平台，将物联网技术和BIM 技术相结合，直观呈现现场智能硬件运行情况，包括所在位置、在线状态、是否预警等信息，全面体现施工现场物联网技术应用成果，展现项目科学精细化管理过程。

所有智能硬件的运行数据都会存储在系统后台，支持按时间、按频率、按是否违章进行筛选，并支持导出excel，便于日常例会交底、安全教育工作，积累企业大数据库。

所有智能硬件的告警数据都会存储在系统后台，支持按时间、按告警等级进行筛选，并支持导出excel，导出的预警记录可作为进场人员安全教育的资料，深度发掘数据价值，提升管理水平，通过趋势做预判，做到未雨绸缪防患于未然。

6.2 蜂鸟盒子智能监控

集成主流视频监控设备，内嵌广联达自主研发的AI算法，智能分析现场异常行为，第一时间给出预警并对视频留痕，保障工程质量和人员安全。

7×24h不间断智能值守：

视频监控配以AI 分析，对施工现场发生的安全隐患等问题及时纠正并发出预警，联通业务端应用，业务闭环，实现全天候精细化智能管理。

基于智能视频分析和深度学习神经网络技术，对项目现场进行人工智能化深度学习，无须其他传感器、芯片、标签等，直接通过视频进行实时分析和预警，通过安全帽识别、周界入侵识别、车辆识别、火焰识别、抽烟监测识别、反光衣识别、夜间施工识别，使工地更安全、更高效、更规范、更智慧。

6.3 卸料平台监测

采用太阳能板充电，安装方便快捷。系统监测当前卸料平台所载物体的实际质量，及与额定质量的百分比。当实际质量达到90%时，系统发出声光预警；实际质量达到100%时，系统发出声光报警，报警音的响声频率更快。

卸料平台监测系统通过重量传感器，实时监测设备载重数据，一旦监测值超过额定值，一方面现场声光报警，提示司机规避风险，另一方面自动推送报警信息给管理人员，及时督促整改。运行数据和报警记录通过GPRS 模块实时上传到智慧工地平台，实现远程监管。

管理人员不在工作区时，可以通过手机APP 远程查看每台设备的实时数据、报警记录信息，随时随地了解现场情况，及时采取远程沟通，实现对项目的管控。

6.4 智能临边防护网监测

当人员靠近防护网1m～1.5m范围内设备会声光报警，有效阻止人员坠落，并将实时上传平台状态。

采用电阻检测技术实时监测防护网破损状态；内置GPS 定位装置实时定位监测点，内置移动物联卡通讯；防拆卸检测，设备违规拆卸或被破坏时实时报警；两路防护网电子线锁,两路电子磁锁人体靠近感应及防翻越检测；内置锂电池，集成太阳能充电板可实现长期工作；可平台联动区域摄像头当被破坏时抓拍；多台级联形成红外虚拟墙翻越报警。

6.5 施工临电箱监测

采用物联网+技术对施工现场临时用电的运行情况进行实时监控，报警通知，统计分析的物联网系统。支持实时数据采集，支持多种异常报警，支持多种通知形式，支持历史数据统计。

利用各种漏电、温度、开关状态监测、烟雾监测传感器、电能监测传感器将施工用电过程的各种数据收集到终端主机中，实时监测临电箱中电流、电压、功率、频率情况，监测是否有漏电发生。

临电箱数据可以传输到智慧工地平台端，平台端对数据进行综合分析。管理人员可以看到近一个月电缆温度监控，近一个月漏电流监测，近一个月用电报警统计，施工区、生活区、办公区监测设备区域分布，为管理者项目安全用电管理做数据支撑。故障信息的及时传送使安全管理更及时及可控，故障信息的灵活统计为后续管理提供数据参考。

6.6 智能水电表

开通运行后，水电表会搜寻到附近的NB-IoT 通信基站并注册到物联网云平台，云平台就会知晓该表需要上报和接收数据，之后水电表的用电数据通过通信基站上传到智慧工地云平台，同时水电表接收来自云平台的校时等数据信息。管理部门通过云平台可以看到各户用水用电情况、实时的能耗曲线、各种按月按日的统计报表。另外平台上实现仪表数据和数据的提取功能。

6.7 施工升降机监测

施工升降电梯监测系统通过人脸识别模块确认司机身份，避免非法人员操作；通过各类传感器，实时监测升降机的载重、轿厢的倾斜度、起升高度、运行速度等参数；一旦监测值超过额定值，一方面现场真人语音报警，提示司机规避风险，另一方面自动推送报警信息给管理人员，及时督促整改。

管理人员不在工作区时，可以通过手机APP 远程查看每台设备的实时数据、报警记录、工效分析等信息，随时随地了解现场情况，及时采取远程沟通，实现对项目的管控。

通过智慧工地平台中的工效分析页面，直观体现施工电梯今日运行情况及当前检测设备在线数量，协助项目管理人员掌握电梯日常运行状况。对选定时段内的电梯预警/报警数量进行统计，方便项目管理人员对项目电梯的安全运行状况进行判断，并及时采取对应措施消除潜在隐患。

6.8 钢结构安全监测

监测仪器包括专用监测仪器（二维面阵激光位移计、拉绳式位移计、应变计、智能无线数据采集终端、无线倾角仪等）。

钢结构响应异常、结构损伤监测采用应变计。当被测结构物内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至智能无线数据采集终端，再经由4G移动通信技术将数据发送至计算机数据采集平台进行计算，即可测出被测结构物内部的应变量。

钢结构变形及支座位移采用二维面阵激光位移计进行监测。在吊装阶段采用二维面阵激光位移计与拉绳式位移传感器进行监测。首先在稳固的柱子上安装激光发射器，在需测量桁架位移的部位安装接收光靶，尽量使得激光点落在激光靶中部。当桁架产生位移时，光靶接收到激光点的位置发生变化，该位置和初始位置在竖直方向的距离即为桁架的位移。采集的数据通过4G无线通信技术传输至采集平台，在整个阶段中监测频率采用1s/次，以确保整个构件处于安全可控的状态。

6.9 钢结构BIM深化

通过BIM 理念应用于具体施工过程中，并结合虚拟现实等技术的应用，可以在不消耗现实材料资源和能量的前提下，使设计者、施工方和业主在项目设计策划和施工之前就能了解施工的详细过程和结果，避免不必要的返工所带来的人力物力消耗，为实际工程项目施工提供了经验和最优的可行方案。

在施工作业模型的基础上附加建造过程、施工顺序等信息，即将BIM3D模型与时间关联，形成BIM4D信息化模型，进行施工过程可视化模拟，提高方案审核的准确性，适时调整及优化方案，实现施工方案的可视化交底。

设计中经常出现变更、修改的状况，利用BIM模型出图，一处设计改动，BIM模型即可各处即时更新、自动调整。避免人为错误发生，同时大幅提高出图效率，保证设计进度。

基于BIM的多专业协同及碰撞检查能很好地解决这个问题。以三维BIM 模型代替二维图纸，解决了传统的二维审图中难想象、易遗漏及效率低的问题，在施工前可以快速、准确、全面地检查出设计图纸中的错、漏、碰、缺问题。不仅如此，通过模型检查软件还能够提前发现项目中消防、施工相关问题等，减少施工中的返工，节约成本，缩短工期，保证建筑质量，同时也减少了建筑材料、水、电等资源的消耗及带来的环境问题。

6.10 塔机安全监测

连接幅度、高度、回转、质量、倾角、风速等传感器和制动控制装置，通过8英寸显示屏数字化显示工地现场塔机运行状况。一旦塔吊操作过程中发生不安全行为，可实现实时预警，提示现场操作人员及管理人员及时补救，以避免事故发生。

在BIM5D+智慧工地平台上，结合塔机模型，实时显示多维度的监测数据，并可实时查看吊钩监控画面，实现塔吊运行状态的多方位监控；一旦现场发现隐患，一方面在现场语音告警，提示设备操作人员规避风险，另一方面告警信息通过手机app 自动推送给项目管理人员，管理人员根据预警信息督促现场施工人员进行整改，避免发生安全事故。

通过工效分析页面，直观查看塔机今日违章数量及监测状态，对当日现场塔机的整体运行情况进行体现，协助项目管理人员掌握塔吊日常运行状况。

直观查看选定期间塔司的吊装数量，工作结果透明化，以数据为支撑对塔司工作状况进行客观评价，督促提升本项目塔司的整体工作效率。

7 结语

智能建造是信息化、智能化与工程建造过程高度融合的创新建造方式。在实际建筑工程中积极推行智能建造，深度布局智慧工地领域，以工地大模型、工地大数据、工地大协同、贯穿智能建造为目标，推动了建筑建造过程信息化、智能化的发展。