BIM技術在智能建造體系中的應用

劉志忠，申靖宇

（廣東碧桂園職業學院智能建造工程系）

1 引言

建筑業是我國經濟發展的支柱產業，2020年，我國建筑業總產值為26.4萬億，在全球疫情的影響下，依然保持6.2%的增長率。但目前，我國建筑業建造過程主要以人工為主濕作業的傳統施工工藝。這種施工方式具有環境污染大、資源消耗浪費嚴重、勞動密集、產業工人素質低、質量通病多、施工效率較低等缺點[1]。隨著我國區域經濟不斷地調整，人口紅利日漸消退，人力成本提高的狀況日趨嚴重，建筑業工人數從2015年至2020年就減少了1000多萬人[2]。用工荒的情況逐年增加，人工成本也在逐年增加。

為了解決傳統建造工藝人力成本高、建造過程不規范、環境污染嚴重等問題，BIM技術、建筑機器人、裝配式建筑、云計算等先進的智能建造技術應運而生。通過人機交互的方式實現提高施工質量和高效建造的目的[3]。近幾年，以建筑機器人、BIM技術、裝配式建筑等為代表的智能建造技術得到了快速發展。與傳統的建造模式相比，智能建造符合標準化設計、工廠化生產、裝配化施工以及一體化裝修的現代化發展思路，在綠色節約方面具有突出優勢。智能建造體系包含建筑智能機器人技術、BIM技術、裝配式建筑、大數據、物聯網、GIS等先進的智能化、信息化技術等具體如圖1所示。

圖1 智能建造體系組成圖

2 BIM技術介紹

BIM技術是通過計算機軟件將二維建筑圖紙轉化為三維的一種技術，該技術可將各類信息賦值到模型中，比如，可以將建筑物尺寸信息、外部受力、外部環境信息、建筑構件的成本、進度等信息添加到模型中，利用計算機模擬實際工程在建造和使用過程中的受力、外部環境、成本、進度等信息，以此來解決工程中的實際問題[4]。利用BIM技術可以在計算機中模擬實際生產過程這一特性，從項目立項到整個運行維護的過程可以利用BIM提供數據支持，實現建筑、結構、機電、設計一體化；設計、生產、裝配生產一體化的信息化生產模式。具體應用如圖2所示。

圖2 BIM技術在建造全過程的應用示意圖

3 建筑機器人技術與BIM技術結合應用

3.1 建筑機器人的發展現狀

我國正在由制造業大國發展成為制造業強國，大力發展建筑機器人技術是國家的發展目標。目前，很多建筑企業大力發展智能建筑機器人技術，以加速建筑機器人“上場”，像生產汽車一樣造房子。在施工過程中采用機器人技術[5]，在現場對構件進行高精度地自動化安裝和施工，真正實現智能建造。目前，已經有多款機器人正在研發過程中，其中包括噴涂機器人、瓷磚鋪貼機器人、樓面整平機器人、墻磚鋪貼機器人、地面清掃機器人、樓面拉毛機器人等，這些機器人已經研發成功，準備投放市場。

3.2 BIM技術在建筑機器人中的應用

隨著建筑機器人技術的迅猛發展，在BIM技術應用的過程中，需要考慮建筑機器人的使用場景。將BIM技術與建筑機器人技術進行結合，提升建筑機器人的使用功能，實現建筑機器人自動化施工，從而實現智能建造。由于BIM模型的信息過于龐大，機器人施工時，只需應用對應本款機器人施工部位的信息即可完成施工。對BIM建筑信息模型的篩選、BIM信息模型與建筑機器人實現信息交互是BIM技術在建筑機器人技術中應用的關鍵。

①根據BIM建模標準，利用Revit建模軟件將圖紙建為標準模型；

②將BIM標準化模型上傳到機器人路徑云平臺；

③機器人路徑云平臺通過對模型審核并且利用編程軟件，將模型信息翻譯成建筑機器人可以讀取和分析的計算機語言信息；

④機器人根據BIM模型規劃好的路徑進行智能化施工。

機器人路徑的規劃應首先運用服務器根據建筑機器人的數據需求，建立建筑物的BIM模型，然后根據BIM模型形成機器人所需要的數據指令。最后，將數據指令發送給機器人，形成機器人可以識別的數據信息，以此指導機器人進行行走路徑規劃和具體施工操作[6]。具體的建筑機器人數據收集和整合流程圖如圖3所示。

圖3 BIM技術與建筑機器人數據交換示意圖

4 具體案例分析

以室內噴涂機器人為例，利用BIM技術將整棟建筑物模擬成三維的建筑信息模型。噴涂機器人不需要所有的建筑信息，只需要識別建筑物每個房間的平面位置信息以及墻面的寬度和高度信息[7]。利用軟件編程，參數化設計BIM模型，提取模型中的有用信息，形成Excel格式或者是csv格式的文件。將提取的信息翻譯成噴涂機器人可以識別的目標建筑物參數指令數據，將指令數據發送到建筑機器人操作平臺上，工作人員就可以在機器人網絡操作平臺上根據建筑物平面位置信息，對噴涂機器人進行路徑選擇和路徑規劃，使噴涂機器人可以根據規劃好的路徑在建筑物中實現智能化施工，具體噴涂機器人的路徑規劃操作界面如圖4所示。

圖4 噴涂機器人BIM路徑規劃操作示意圖

5 綜述

本論文在介紹了BIM技術和建筑機器人技術的同時，也研究得出了適合于建筑機器人和BIM技術的信息交互方法，通過將BIM模型參數化，采用基于建筑機器人服務的數據處理方式，提出建筑機器人施工時所需的數據，并且將BIM建筑信息模型信息轉化為容易被機器人處理的格式，將這些轉化后的模型數據用于輔助機器人施工操作，使BIM技術作為數據支持、指導機器人施工。建筑機器人向BIM平臺提出數據需求信息，BIM平臺通過上述思路返回標準化數據，實現建筑機器人與BIM平臺信息的交互方法，實現BIM技術在及建筑機器人中的應用。