數字建造技術研究與實踐

張保榮

陜西建工第十三建設集團有限公司 陜西 延安 716000

引言

現階段我國建筑業的發展逐漸由傳統粗放模式轉變為智能建造的高質量發展模式，傳統的建造模式已經無法滿足可持續化發展需求，需要充分依托信息技術，將現代信息技術與工程建造技術深度融合，助力建筑產業轉型升級，保證在新常態下建筑企業可以更加高效、文明、安全、綠色開展工程建造。

1 數字建造技術現狀分析

針對現階段建筑行業數字建造技術蓬勃發展，項目BIM技術應用、企業ERP管理系統應用的不斷成熟，進一步將先進的技術與傳統的信息化管理平臺進行融合，對建筑行業的信息化水平逐步進行改善，力求實現工程建造全過程各環節數字化、網絡化和智能化的新型建造方式，將建造場景變成具有“感知力”和“生命力”的智慧有機體。盡管如此，當前建筑行業智慧工地仍然在不斷摸索探究嘗試階段，在整個過程中仍然存在較多問題，而問題通常體現在政策、人才以及技術方面。①缺少標準性的政策引導；②缺乏高質量、高技術水平人才；③軟件、硬件配套設施不夠完善與成熟。這一現狀是導致數字建造技術無法真正實施的關鍵性問題。

2 數字建造驅動技術分析

2.1 BIM技術

BIM技術是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具，通過參數模型整合項目的相關信息，在項目策劃、施工、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，實現建設項目集成管理，達到提升建造品質、縮短工期、綠色節能、控制成本的目標。其具有可視化、可協調、可模擬、可優化、可出圖等優點。傳統建造設計過程中，相關人員需要進行大量的數據計算以及重復性數據核查，其中包含工程信息采集，數據分析，參數計算等。只有這些內容全部與施工規范對照符合后，才能確保施工方案的可行性[1]。而BIM技術可以利用參數模型的特性，第一時間發現建造方案中存在的問題。BIM技術應用可以保證數據采集分析能力，通過快速輔助設計人員對設計中存在的問題進行發現，進而精準的驗證設計方案的可實施性。除此之外，BIM技術在現場平面布置的正向設計、專業深化設計、管線綜合布置、機電設備用房的模塊集成及生產、PC構件的預制生產、施工質量、進度、安全監控、物料跟蹤、BIM+GIS技術等方面的應用，同樣發揮了重要作用。

2.2 物聯網技術

互聯網技術的發展改變了人們固有的傳統觀念，對數字技術更加重視。物聯網技術是通過射頻識別（RFID）、紅外線感應器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備等與計算機、互聯網技術的結合，實現物體狀態信息的實時共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執行。物聯網技術在工程項目上的應用，促進了數據獲取的精準性，智能性，及時性，可以極大程度提高工程施工過程中的便捷性，對工程時間的控制有積極意義[2]。

2.2.1 人員管理。在工程建造過程中，對建造人員實行實名制管理，實現施工人員的精細化管理，準確掌握每個參與者個人信息及狀態，并建立檔案，保障勞務人員工資如實如期支付。建立專業人才庫，實現建筑人才資源信息共享。

2.2.2 建筑環境監測和預警。在建造過程中利用信息化技術可以最大程度地節約建造使用資源，同時減少建造過程中對環境產生的負面影響。充分實現節能、節地，節水，節材以及環保。利用物聯網技術展開施工過程中的環境監測，同時對施工中水量、電能等的消耗進行統計。除此之外，滿足自動洗車、自動降塵需求，局部實現綠色施工。

2.2.3 質量安全管理。數字建造技術應用于建筑工程中，可以進一步保證建筑工程的質量安全。利用遠程視頻監控對施工現場的項目進行監督管理，對其中存在的問題及時發現并及時解決。對人的不安全行為、物的不安全狀態實時監控、預警，使施工者更加安全。對可能影響工程質量的因素進行預防，標養室溫濕度進行監測及標養試塊管理，特別是在鋼結構安裝過程中，利用超高精度測量機器人，為建筑施工者提供高精度的三維坐標信息，這樣更加利于工程施工控制測量，同時對施工中實時變形數據進行監測，對鋼構件安裝進行測量，保證設備安裝的安全性以及有效性，進一步提升建造工程的施工質量[3]。

2.3 大數據和云計算

數字建造發展在不同時期涉及的技術應用不同，2010年～2014年為數字建造1.0時代，該階段重點強調碎片化技術應用，以滿足基礎的項目管理。2015年～2019年為數字建造2.0時代，其建造主要堅持可視化特點，結合無線網絡以及APP參與系統集成建造，以滿足高水平建造管理需求。2020年后進入數字建造3.0時代，工程建造中物聯網技術，數字化集成技術，智能施工技術，互聯互通技術，信息共享技術，決策分析技術，風險智慧預控等數字化技術全面開展[4]。

大數據技術以及云計算的技術在建筑領域被廣泛應用，進一步推動了建筑行業的發展，而且在大數據科技的應用過程中，中國建筑行業逐漸向管理信息化、工業化轉型。通過大數據的智能分析，可以對工程中數據進行采集與感知，進而對數據的存儲與管理分析挖掘能力增強，充分將虛擬建造與實體建造進行結合，使建造項目的生命周期具備可視化特點。除此之外，利用大數據技術還可以對建筑資源進行整合。針對建筑施工管理者可以實施集中化管理，并且進行數據實時共享，對各個環節的信息數據起到協同輔助作用。充分加強軟硬件配套設施技術水平，這一技術的應用進一步實現了智慧工地資產管理系統，企業標準化管理系統，項目標準化管理流程以及項目協同管理平臺和電子檔案管理系統等以互聯網為基礎的智能化管理系統。

2.4 人工智能

AI的核心應用包括能夠跟人類似甚至超卓的推理、知識、規劃、學習、交流、感知、移物、使用工具和操控機械的能力等。通過AI設計方法的引入，建筑設計、建造、運維的各個階段會逐一被打通，使建筑設計系統高度集成化。AI設計還可以進行氣候、環境模擬、節能分析、日照計算、交通流量統計等深度研究。AI本身具有強大的分析、整理及應用能力，在建筑業必然“大有可為”。在建筑行業勞動力不足的情況下，AI可以簡化甚至替代部分勞動力。一批即將“上崗”的建筑機器人，如“天花板安裝機器人”“焊接機器人”“搬運機器人”等已成必然。

3 應用建議

BIM技術可實現建筑參數化，物聯網對工程建造中安全管理、質量管理、物資管理、設備管理起到重要改善作用，而大數據以及云技術的應用，可對建筑工程資源進行整合，實現數據共享，增強工程中各個模塊的關聯性，人工智能則可提高工效，從而使工程建設更好、更快、更省。盡管如此，在數字建造技術應用實踐中，還需要重點注意以下內容：

3.1 解決BIM圖形引擎卡脖子問題

國內自主開發的BIM圖形引擎與國外相比還有很大差距。一方面，國外在圖像引擎領域的研究比較早，有專業的科研機構進行研發，有很好的技術基礎。同時形成了自己的品牌引擎。另一方面，由于BIM的概念最早是在國外提出的，而且主流的BIM軟件都來自國外的產品，所以在最基礎的BIM軟件的開發和BIM技術的應用上都有很深的積淀。圖形引擎是一個必須解決的“卡脖子”問題。因此，BIM圖形引擎的自主研發顯得極為重要和緊迫。

3.2 解決圖形引擎安全問題

BIM作為建筑工業互聯網實現建筑數字化轉型的核心技術，目前的BIM建模軟件和基礎平臺主要被幾家國際大型軟件開發商所壟斷。國內的BIM應用軟件還在發展中，其功能、技術水平和市場競爭力等方面還有些差距。特別是三維圖形平臺，是BIM應用軟件中最重要的基礎軟件，其核心技術是圖形引擎，我國自主研發的圖形引擎與國際水平有些許差距。圖形引擎的本土化自主研發及其重要，BIM輕量化軟件或者平臺，其數據需要傳至云端服務器進行處理，國外產品往往服務器布置在國外，那么數據的安全性就會存在隱患。

3.3 貫通BIM設計施工共同建模，指導運維

切實落實BIM正向設計，真正把工程各階段的數據貫通起來，真正實現全過程的數字化設計，達到一模多用，減少不必要的重復工作，并將數字化產品移交給業主，使其得到數字化建筑模型這么一個附加值的產品，方便以后的運維、改造和升級。

3.4 做好技術成果轉化，形成可復制、可推廣、可操作的寶貴經驗

在技術應用過程中同樣需要加強對技術成果的轉化研究，使技術的應用具有可復制，可推廣，可操作的特點。同時加強技術的推廣示范，將技術應用的典型案例進行經驗總結，匯聚成功經驗，使建造技術逐漸向體系化、縱深化推進，促進新技術、新業態、新模式的發展。

3.5 完善制度建設，制定標準規范，培養專業人才

現階段，數字建造的制度不是很完善，出臺相關政策文件，制定標準規范。培養更多的數字技術專業人員，特別是拔尖人才，引領數字建造技術落地生根，開花結果。

3.6 推動建筑業產業化

建筑產業化是對建筑行業資源優化配置，依托先進信息技術，通過先進的現代化管理模式，采用標準化的設計和機械化、裝配化的構部件生產方式，實現構件制造的工廠化、產品設計的標準化、現場施工的裝配化、房屋裝修的一體化以及運營管理的信息化。建筑產業化能夠將技術、經濟與市場進行有效的結合，以較低的投資換取高額的產量，同時滿足消費者對房屋質量、安全以及舒適度的需求。這就必然要求推動發展裝配式建筑+BIM、裝配式建筑+EPC總承包模式、裝配式建筑+超低能耗、裝配式建筑+人工智能，方可實現建筑行業產業化。

4 結束語

綜上所述，數字建造技術是建筑制造過程中結合BIM技術、大數據和云計算、物聯網技術及人工智能技術的建筑方式，能夠形成數據驅動下的工程項目設計、生產、施工一體化的建造與服務新模式，能夠實現工程建造全過程數字化模擬、感知、記錄、協同，能夠提升建造品質、縮短工期、節約資源、控制成本。目前，中國數字建造發展正在進入快車道，隨著數字中國建設也將隨之進入高峰期。我國的人工智能、5G、物聯網、北斗導航系統等技術已逐步成熟，相關應用也開始進入大規模部署和應用階段，這為數字中國建設的順利推進奠定了基礎，逐步實現國家高質量發展之目的。