某房屋建筑工程智能建造技术应用研究

杨博

(山西建筑工程集团有限公司，山西 太原 030000)

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。智能建造技术中涉及BIM技术、物联网技术、3D打印技术等很多先进技术。智能建造实质是，在物理信息技术基础上实现智能工地，结合管理、设计等，实现动态化配置的一种产生形式，实现对传统施工方式的完善、升级、优化。智能建造技术的推广与应用，为不同技术之间的相互融合奠定基础，将其应用在建筑行业设计环节、生产环节、施工环节与管理环节，可以实现智能化、信息化，智能建造技术正在引领新一轮建造业革命。智能建造通常体现在设计过程建模、仿真智能化中；施工期间通过对人工智能技术的应用，实现对传统施工方式的替代；管理是应用物联网技术，提升管理水平，实现管理智能化；应用云计算技术、大数据技术，创新服务模式。房屋建筑工程施工中，施工人员要正确认识智能建造技术的重要作用，实现该项技术的合理应用，从而提升施工质量，保障施工安全，为施工企业创造更多效益。

1 智能建造技术分析

智能建造技术主要涉及四个模块，分别是智能规划与设计模块、智能装备与施工模块、智能设施与防灾模块、智能运维与服务模块。包括BIM技术、物联网技术、3D打印技术、人工智能技术、云计算技术、大数据技术。不同技术间相互联系、彼此独立，能够创建整体性智能建造技术体系。

2 国内外智能建造技术应用发展现状

2.1 BIM技术

美国的国家BIM标准针对BIM给出的概念是“BIM属于是设施物理、功能特性的数字表达；BIM属于共享的知识资源，是分享有关这个设施的信息，为该设施从概念开始到拆除的全生命周期内的决策提供重要参考依据的过程；工程项目的各个阶段，利益相关方利用BIM实现信息插入、信息提取、信息更新、信息修改，实现各自职责协同工作的支持、反映”。BIM技术在建筑全生命周期内发挥着重要作用，为建筑工作人员提供便利。

当前有很多国家已经明确强制工程项目应用BIM技术，比如，美国在2007年规定，全部重要工程项目都要借助BIM技术进行空间规划；英国在2016年规定，要实现3D-BIM技术的全面协同，全部文件采取信息化管理方式；韩国在2016年规定，公共设施建设项目都要使用BIM技术；新加坡在2015年规定，建筑面积超过5000m2的工程项目，都必须提交BIM模型；北欧在2007年强制要求建筑设计部分需借助BIM技术。由此可以看出，美国、北欧使用BIM技术的时间较早，早于其他国家十几年强制要求使用BIM技术。英国、韩国、新加坡等，实现部分应用BIM技术，或者全部应用BIM技术[1]。日本等国家虽然未强制要求使用BIM技术，但也出台相应的BIM标准，成立相关联盟。

我国的BIM技术起步晚，交叉学科领域研究相对较少，往往将施工阶段作为重点，但BIM技术在我国发展迅速，各个企业都逐渐意识到BIM技术的重要作用，并将其应用在工程建设各个阶段。设计企业发展中，BIM技术主要应用在扩初设计、施工图设计、工作重心前移设计中，保证初期方案合理性、有效性，实现对各专业人员的协调，促使设计人员可以将精力转移到创造性劳动中；施工企业BIM技术，通常应用在施工方案模拟、错漏碰缺检查、构件三维模型等环节中，解决构件碰撞问题、完善施工方案。利用BIM技术，缩短施工周期，通过创建三维模型，将项目具体情况更加直观展现在工作人员面前，为整体施工质量、施工效率的提升奠定良好基础。运维阶段的BIM技术，主要应用在空间管理、隐蔽工程管理、设备设施管理环节，为后期运营维护，提供更为有效、直观的查找方式，减少设施管理成本。借助三维模型，能够对隐蔽工程中的安全隐患有着准确把握，从而制定预防措施、解决措施，尽量避免安全事故。

2.2 物联网技术

在新一代信息技术中，物联网技术是重要组成部分，也是如今信息化时代发展的重要阶段，物联网是指物物相连的互联网。物联网技术发展的核心是，将其应用到建筑行业等不同领域中，借助物联网技术，实现对管理人员环境的优化，这是物联网发展的关键。物联网技术是由美国率先提出，美国在2009年出台的相关关键技术报告中，已经将物联网技术列为六种关键技术之一；欧盟在2009年将物联网技术应用在汽车、医药、航空航天等多个领域中，同时在2014—2017年，在物联网技术探究、创新中投入1.92亿欧元，重点发展智慧农业领域、智慧城市领域、智能电网领域等。

我国从2012年开始，将物联网技术应用在建筑行业，能够实现建筑物与部品构件信息交互、人与物信息交互、物与物信息交互[2]。物联网技术的应用，可以为建筑企业创造更多效益，例如，借助RFID技术进行材料编码，实现预制构件智能化管理。在物联网基础上创建施工管理系统，及时发现施工中存在的问题，并制定针对性调整措施，减少经济损失。

2.3 3D打印技术

3D打印技术利用所需物品原材料，比如，金属、水泥等，开展逐层、快速生产工作。一部分学者认为，3D打印技术是第三次工业革命，应用在建筑设计、施工、管理等不同环节，具备自动化优势、高效率优势等，为施工提供便利的同时，实现对传统土木工程建造技术的颠覆。

国外的3D打印技术发展相对较早，发达国家采取不同措施，推动3D打印技术的优化、完善。美国、英国、德国等发达国家，首先在制造业上应用3D打印技术。美国在2013年投入8500万美元用于3D打印技术研究；德国在3D打印技术研究中投入数千万欧元；英国在2007—2016年间，投入9500万英镑用于3D打印技术研究；欧盟在2004—2013年间，投入1.6亿欧元用于3D打印技术研究。3D打印技术的应用，将建筑物形状单一这一问题解决，建造出形状各异的建筑物[3]。设计师在建筑设计过程中，可以将设计的建筑物模型打印出来，接着进行分析、优化，将不同建筑类型可行性显示出来，这对于建筑施工能够起到正确引导作用。过去二十年里，我国在3D打印技术中取得良好成果，将3D打印技术应用在打造各类建筑中，比如，苏州工业园区。

2.4 人工智能技术

计算机学科的一个重要分支就是人工智能，涉及到很多不同内容，比如，知识表示、自动推理与搜索方法、知识处理系统、自然语言理解等。美国、英国在人工智能研究、发展中，走在世界前沿，政府出台相关政策，加大资金投入力度，人工智能技术的发展，开启第四次工业革命。2017年，全球范围内的人工智能核心产业规模已经突破370亿美元，我国人工智能核心产业规模在总体占比中超过15%。随着可收集数据数量的增加，以及数据质量的提升，人工智能开始加大技术革新，优化商业运营模式。2020年全球人工智能核心产业规模能够达到1300亿美元，我国在人工智能核心产业中的投入超过220亿美元。在当前建筑行业发展中，人工智能技术得到广泛应用。建筑规划中，通过对运筹学、逻辑数学的应用，提升施工现场管理水平；人工网络神经应用在建筑结构健康检测中；施工中，借助人工智能机械手臂完成结构安装；利用人工智能系统，实现建筑工程项目的全周期管理。

2.5 云计算技术与大数据技术

云计算技术是一种可以为用户提供共享软件、服务器、网络等不同资源的一种先进技术，各类资源存储在云端服务器内，通过极少的交互、管理，提供给用户[4]。结合用户需求，实现资源的动态部署、分配、监控。云计算服务市场规模，在2009—2017年达到前所未有的高度，整体呈现高速发展趋势，从原本的586亿美元增长至2602亿美元。2017年同比增长18.5%，这也说明传统IT服务转化为云服务。2016年我国私有云计算规模为344.8亿元，增长率是25.1%，2020年私有云计算规模达到976.8亿元。

大数据技术是一种数据整合方式，能够实现大规模数据的采集、处理、分析与管理，大数据技术能力超过传统数据库软件，具备数据规模大、数据快速流转、数据多样类型、数据价值密度低等特点[5]。大数据技术在国内外都得到重视、关注，也因此，在大数据技术中加大资金投入力度，大数据技术也因此得到快速发展。

建筑行业中，通常会融合云计算技术与大数据技术，借助云计算技术创建项目云服务平台。利用传感器监测方式、物联网搭建项目管理系统方式、大数据分析方式等，在工程项目施工现场进行人脸识别、移动考勤、设备设施管理、施工人员管理等。

3 某房屋建筑工程智能建造技术应用

3.1 工程概况

某房屋建筑工程项目中，建筑总面积大约是15.95万m2，该工程项目主要包括九栋高层住宅、三栋配电房、一层大型地下车库。住宅楼全部采取框架剪力墙结构，楼层的建筑层高为3m，设计的建筑物相对标高±0.000标高，相较于绝对标高33.850m。主楼段基底标高、单建地下室段基底标高，分别是-6.85m～7.15m、-6.35。主楼基础采取的是筏板基础，筏板厚度在1.2m～1.4m之间，单层地下室地板结构型式，主要采取的是柱下独立基础+350mm构造防水板，柱下独立基础下，设置长度为9m的抗浮锚杆。外墙施工、顶板施工、地下室底板施工，全部使用防水混凝土，混凝土的抗渗等级是P6。

3.2 BIM技术在房屋建筑工程中的应用

3.2.1 效果图展示

随着房屋建筑行业的发展，BIM技术得到很大进步，该技术不单纯是画图工具，更是一种设计理念。房屋建筑设计中，BIM技术优势体现在建筑结构设计可视化环节，通过创建三维模型，将真实建筑情况展现出来[6]。与此同时，实现建筑系统数据库的更新。该工程项目中，应用BIM软件的建模功能、渲染功能以及动画技术，实现对二维模型的具体描述，还能增强三维模型的直观体验。模型创建中，对于图纸不详细、不合理位置进行出图，帮助工作人员了解图纸中存在的问题，科学调整图纸，防止施工图不合理影响后续施工进度与施工质量。在提出设计变更时，应用BIM技术，能够实现图纸的自动更新，保证施工图纸可操作性、合理性，为后续施工提供便利。实现各个建设环节的协调，将施工中可能存在的碰撞问题、冲突问题解决。BIM技术的应用，提出设计变更，减少设计时间的同时，还能尽可能避免设计错误、设计漏洞。

3.2.2 提前创建模型

BIM技术构建的是三维模型，与传统CAD设计的二维模型存在不同。常规CAD状态下设计的房屋建筑，绘制的墙体、柱体等，不具备构件属性，单纯由点线面形成的封闭图形。应用BIM技术绘制的构件本身有着自身的属性，不同构件在空间中，都能够通过X、Y、Z坐标展现出自身的独立属性。设计师在设计时，能够将自身的构想通过电脑屏幕三维立体图形展现出来[7]。在该工程项目中，设计方提供的CAD图纸，并未明确标注预留洞口位置、大小，影响后续施工的顺利实施。因此，借助BIM技术使用Revit提前建模，准确标注预留洞口位置、大小等。保证施工过程中，预留洞口不发生遗漏情况，确保实际施工与施工图纸的一致性。

3.2.3 施工整体规划

该工程项目周围存在很多住宅区，还有学校、医院、客运站等，施工存在一定复杂性。应用BIM技术能够实现虚拟施工，集中处理场地布置信息、施工资源信息等。创建4D施工信息模型，可视化模拟施工实际情况，将各个施工区域分工情况直观展现在工作人员面前，从而实现对各个施工区域的协调、分配。工程各参与方实现信息共享，借助网络进行图档、文档等内容的提交、审核、审批，这对于各环节施工协调、施工顺利实施，提升施工质量，保障施工安全而言具有重要意义。此外，发挥BIM技术优势，施工现场的科学规划，避免施工对周围居民、交通运行产生影响。

3.2.4 强化沟通

BIM技术的应用，能够生成三维实体模型，参建技术人员结合模型，可以对不同建筑信息作出准确理解、快速回应，为施工的顺利实施提供便利。该工程项目规模较大，针对结构复杂部分，可以利用BIM技术进行施工模拟，分析施工中可能会出现的问题，工作人员之间能够进行有效沟通，针对问题制定预防措施、解决措施[8]。通过三维可视化进行技术交底，实现对传统二维图形文本技术交底方式进行替代，帮助施工人员确定施工重点、施工要点、施工难点，促使各环节施工质量满足规定。

3.2.5 成本控制

该工程项目规模较大，资金投入多，怎样进行成本控制成为施工难点。工程造价难以控制的主要原因是，工程材料数据太过庞大，无法实现对数据信息的科学处理。面对这一问题时，在成本管理中要合理应用BIM技术，借助5D关联数据库，实现对不同施工材料信息、设备信息的处理，应用BIM模型计算材料用量、设备管线用量等，在此基础上，实现对施工成本的科学管控，减少成本浪费。施工人员根据施工方案、计算用量等，统筹规划施工材料、机械设备的使用，提升材料利用率。

3.3 BIM技术应用要点

1)房屋建筑工程施工中，通过实地考察勘测方式、谷歌地图方式等，实现建筑施工数据采集，创建BIM技术框架，数据接口与数据实现交互，IFC文件导入、导出，实现多重访问系统开发，借助AutoCAD、CATIA等软件构建BIM模型[9]。应用数据库技术实现数据信息存储，创建平台层，在数据平台层中涉及到数据集成的管理平台、可视化4D平台，实现数据读取功能、数据保存、数据集成与数据验证，创建施工进度模型、施工安全模型、施工资源模型等子信息模型。借助不同子模型信息，为模型层、应用层提供数据保障。应用层是BIM技术框架中的最后一层结构，完成项目动态管理、冲突分析。

2)BIM管理系统中包括软件工程管理系统、项目综合管理系统，采用的架构分别是C/S架构、B/S架构，两者实现无缝双相连接，借助的是数据管理、模型参数[10]。房屋建筑施工BIM系统中，将AutoCAD作为开发平台，创建3D集合模型，完成IFC文件结构定义，构建项目组织浏览表。

3)创建工程进度管理系统时，利用编辑器与工序模块，实现计划进度与实际施工进度之间的科学对比，保证计划进度有效性，为实际施工提供引导，通过动态3D图将工程进度展现出来。系统资源动态管理，可以实现节点、工程量的自动计算，查询、统计分析人力财力情况，以及机械设备情况，动态化管理工程量。在施工质量安全管理中，要做好施工方、监理单位工程质检的安全数据存储，显示并打印统计的安全数据信息。

4)房屋建筑工程施工中，BIM技术的应用能够实现施工过程模拟，进行单位周期内的正序施工模拟，或者逆序施工模拟，具有三维漫游功能、真实模型现实功能。在对建筑功能安全、冲突进行分析，不仅可以实现结构变革，还能实现机制体系的转化[11]。施工过程中，如果结构、体系发生转变，要及时进行动力学的分析计算，评估安全性能。针对施工中存在的进度资源冲突，可以根据计划industry进行准确对比。施工现场发生碰撞冲突后，可以采用碰撞检验分析算法方式，分析、检验构件、设施以及结构情况。

5)通过参数、工序的模拟计算，科学规划施工工序，合理配置人力资源，对不同工作方案进行分析对比，并从中选择最为合理的施工方案。4D施工模拟中，可以实现工程数据信息集成、施工过程的可视化模拟。BIM技术能够实现系统框架与功能结构的结合，为相关工作人员提供资料信息，实现软件系统协调，高质量完成日常管理工作与深化设计工作。

6)将BIM技术应用在房屋建筑施工中还要注意，施工人员要对BIM技术有着正确认识、准确把握，根据房屋建筑施工现场实际情况，实现对BIM技术的合理应用，发挥出BIM技术价值[12]。将BIM技术应用在房屋建筑设计、施工等不同环节，引导施工的顺利实施。比如，在碰撞检查中应用BIM技术，施工人员能够准确掌握施工中可能出现的管线碰撞情况，并对施工作出调整与优化，保证在施工中减少碰撞情况，推动各环节施工的有序落实。

4 结语

综上所述，房屋建筑行业是我国社会发展中的重要组成部分，在创造更多国民经济，提高人们生活品质中发挥着重要作用。房屋建筑行业要想实现自身的更好发展，要加强技术研究与应用，积极进行开发、创新，也因此，很多施工单位将智能建造技术应用在房屋建筑工程中，在提升房屋品质、建设水平中发挥着重要作用。智能建造技术中涉及到BIM技术、大数据技术、物联网技术等，施工人员对于此类先进技术要有准确把握。比如，可以将BIM技术应用在碰撞检查、成本控制等不同环节，引导施工的顺利实施，减少质量问题、安全问题。