基于BIM技術(shù)的地產(chǎn)住宅智能建造研究

中圖分類號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945(2025)14-0114-04

Abstract:Takingtheintellgentconstructionofprefabricatedresidentialbuildingsastheresearchobject，acomplete technicalprocessasonstructedandanintellgentethodforalocatingconstructionplanswasproposedTheentireitellient constructionprocesofprefabricatedresidentialbuildingsisdividedintofivestages:preparationanalysisstage，Bdesigntage， materialpreparationstageconstructionstage，andoperationandmaintenancestage.Asmartalocationmethodforprefabricated residentialconstructionschemeshaseenproposedanddetailedprocesingisprovidedfrom5aspects:spatialpyramidpooling procesing，introuctionofpathaegationnetwok，YOLOv4basedaderdesignlabelsmoingprocessng，andlossfunction design.Theexperimentalesultsshowthattheconstructionplanforprefabricatedhousingbasedoninteligencehassignificantly reduced the cost of engineering materials.

Keywords:buildinginformationmodeling；prefabricatedhousing;inteligentconstruction；performancetesting;construction process

信息技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用，極大地推動(dòng)了建筑技術(shù)的變革和建筑效率的提升，而由此產(chǎn)生的BIM技術(shù)也正式打開了建筑工程實(shí)施的新篇章。與此同時(shí)，裝配式建筑作為一種全新施工的手段，也極大地改進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)施工的效率，將建筑施工提升到一個(gè)新的層次。裝配式建筑施工，是根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)建筑工程所需的大型構(gòu)件進(jìn)行工廠化處理，以一種標(biāo)準(zhǔn)化加工的方式取代原有的施工模式。當(dāng)這些裝配式結(jié)構(gòu)單元在工廠完成加工后，運(yùn)送到施工工地現(xiàn)場(chǎng)，通過可靠性較高的技術(shù)手段連接在一起，即可以完成整個(gè)建筑任務(wù)的施工。顯然，裝配式建筑的施工效率大大高于傳統(tǒng)施工手段，并且有利于大型工程項(xiàng)目的單元化、標(biāo)準(zhǔn)化，也有利于推動(dòng)建筑領(lǐng)域的細(xì)化分工。裝配式建筑施工的出現(xiàn)，不僅對(duì)于目前廣泛采用的混凝土結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑工程甚至木質(zhì)結(jié)構(gòu)為主體的建筑工程，都有較好的推廣屬性和應(yīng)用價(jià)值。可以說，BIM技術(shù)和裝配式施工的同時(shí)出現(xiàn)，已經(jīng)為智能建造做好了技術(shù)型鋪墊。為此，本文以裝配式住宅為具體研究對(duì)象，探討其智能建造的流程和方法。

1基于BIM技術(shù)的裝配式住宅的智能建造流程設(shè)計(jì)

智能建造是廣泛應(yīng)用各種先進(jìn)科技手段，包括互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，改造建筑工程設(shè)計(jì)施工流程、提升建筑工程建造效率的一種全新領(lǐng)域。

本文中，以裝配式住宅為具體研究對(duì)象，結(jié)合包括BIM技術(shù)在內(nèi)的各種先進(jìn)技術(shù)給出智能建造的流程設(shè)計(jì)，結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，在智能建造的技術(shù)框架體系內(nèi)，本文針對(duì)裝配式住宅這一建筑對(duì)象，將其整個(gè)智能建造流程劃分為5個(gè)環(huán)節(jié)，分別是項(xiàng)目準(zhǔn)備分析環(huán)節(jié)、項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、項(xiàng)目材料籌備環(huán)節(jié)、項(xiàng)目施工建造環(huán)節(jié)和項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)。下面對(duì)這5個(gè)環(huán)節(jié)的具體工作進(jìn)行逐一闡述。

1.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備分析環(huán)節(jié)

任何一個(gè)建筑工程項(xiàng)目在啟動(dòng)后，第一個(gè)環(huán)節(jié)都是準(zhǔn)備分析環(huán)節(jié)。實(shí)際上，這個(gè)環(huán)節(jié)的主要工作就包括了對(duì)工程項(xiàng)目整體分析、利潤(rùn)分析、工期分析、風(fēng)險(xiǎn)分析、難度分析和原材料市場(chǎng)分析等，而各種分析的目的就是決定是否執(zhí)行這個(gè)項(xiàng)目、怎樣執(zhí)行這個(gè)項(xiàng)目。換言之，就是要得出戰(zhàn)略決策和方案決策。

在傳統(tǒng)建造時(shí)期，戰(zhàn)略決策主要由領(lǐng)導(dǎo)層和最高領(lǐng)導(dǎo)來決定，并且最高領(lǐng)導(dǎo)最后的個(gè)人意愿將極大地影響戰(zhàn)略決策。方案決策主要由技術(shù)部門和技術(shù)部最高領(lǐng)導(dǎo)來決策，他們主要依靠以往工程的經(jīng)驗(yàn)來得出具體實(shí)施方案。但無論是戰(zhàn)略決策還是方案決策，都極大程度地受到領(lǐng)導(dǎo)層、技術(shù)部門、領(lǐng)導(dǎo)個(gè)人的主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)的影響，屬于典型的定性分析，這就具有很大的偶然性，從而帶來相當(dāng)程度的風(fēng)險(xiǎn)。

在智能建造的今天，無論是戰(zhàn)略決策還是方案決策，都應(yīng)該建立在廣泛收集相關(guān)信息資料并進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘、基于智能算法的決策分析的基礎(chǔ)上。可以說，智能建造的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，由定性分析徹底轉(zhuǎn)變?yōu)榛诂F(xiàn)代信息技術(shù)、智能技術(shù)的量化分析，從而大大提高工程成功率和利潤(rùn)率，將可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)降低到最低限度。

1.2項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

在準(zhǔn)備分析環(huán)節(jié)之后，建筑工程項(xiàng)目進(jìn)入到詳細(xì)的設(shè)計(jì)階段。也正是通過合理的設(shè)計(jì)，才能確定后續(xù)的施工方案、材料選擇、工期進(jìn)度和利潤(rùn)高低。在傳統(tǒng)建造時(shí)期，這一工作是通過設(shè)計(jì)小組一張張圖紙、財(cái)務(wù)小組一份份報(bào)表得出的，不僅工作量繁重，也存在設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、計(jì)算錯(cuò)誤的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

在智能建造的今天，工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和分析，徹底轉(zhuǎn)變?yōu)榛贐IM的軟件設(shè)計(jì)。相比于AutoCAD的二維設(shè)計(jì)，BIM設(shè)計(jì)具有更加豐富的設(shè)計(jì)信息和細(xì)節(jié)展示功能，并通過單元化的、三維化、可操控的視覺展示，讓設(shè)計(jì)結(jié)果一覽無余。不僅如此，BIM設(shè)計(jì)結(jié)果帶有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，可以將每一個(gè)設(shè)計(jì)單元的材料、成本都體現(xiàn)出來，給后續(xù)的材料籌備和施工建造環(huán)節(jié)提供極大的便利。

1.3項(xiàng)目材料籌備環(huán)節(jié)

通過BIM技術(shù)獲得工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)結(jié)果之后，就可以進(jìn)人材料籌備階段，其目標(biāo)主要是為施工建造階段做好準(zhǔn)備。這一時(shí)期需要考慮的是整個(gè)工程所需的資金流，必須根據(jù)工期的推進(jìn)進(jìn)度合理的安全資金流，避免因資金不足無法購(gòu)進(jìn)當(dāng)期材料而影響工期進(jìn)度。

在智能建造的今天，材料籌備環(huán)節(jié)要充分考慮后續(xù)的施工建造存在大量的裝配式單元，這些單元可能外包給其他施工單位，也可能分配到本公司下屬的某些具體部門，這一部分的外包成本就取代了原有的材料購(gòu)進(jìn)成本。項(xiàng)目籌備環(huán)節(jié)還要充分利用現(xiàn)代物流技術(shù)，以最高效的物流運(yùn)輸降低配送成本。

1.4項(xiàng)目施工建造環(huán)節(jié)

項(xiàng)目施工建造階段，也要充分利用裝配式建造技術(shù)，最大限度地實(shí)現(xiàn)建筑單元的標(biāo)準(zhǔn)化、流水線化。通過這種分工的細(xì)化處理，大幅度地降低建造成本。

在不能進(jìn)行裝配式處理的其它施工工作中，要充分利用各種現(xiàn)代化的智能機(jī)械、建造工具、檢測(cè)工具，最大限度地提升施工建造的質(zhì)量和效率。

1.5 項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)

在工程項(xiàng)目完成施工建造后，整個(gè)項(xiàng)目并未結(jié)束，還需要經(jīng)過后續(xù)的驗(yàn)收、階段性測(cè)試使用、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等環(huán)節(jié)。

在這一環(huán)節(jié)中，BIM技術(shù)將再次發(fā)揮其作用。如果工程項(xiàng)目的某個(gè)單元出現(xiàn)問題，就可以充分利用BIM技術(shù)對(duì)應(yīng)找到其細(xì)節(jié)和原始信息，從而為問題的解決、缺陷修復(fù)找到準(zhǔn)確而行之有效的方案。

2基于智能算法的裝配式住宅任施工務(wù)量分解

在接下來的工作中，將探討裝配式住宅在施工階段，如何進(jìn)行施工單元的智能化方案設(shè)計(jì)，這里主要通過大量的工程案例對(duì)深度網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。這里的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，采用了FasterCNN網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其中的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了進(jìn)一步處理。CNN在住宅建筑施工中的應(yīng)用，如圖2所示。

2.1 CNN網(wǎng)絡(luò)的整體池化

CNN網(wǎng)絡(luò)是一種非常典型的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)效率高、逼近性能好，并且結(jié)構(gòu)易于調(diào)整和拓展，以適應(yīng)不同類型的問題。對(duì)于本文中的學(xué)習(xí)任務(wù)而言，實(shí)際上是將地產(chǎn)住宅的各種二維模型或者三維模型作為輸入，經(jīng)過卷積處理和融合訓(xùn)練學(xué)習(xí)，最終形成更為合理的二維或三維設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行輸出。在這個(gè)過程中，不同模型的輸入、不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大小，都會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)或訓(xùn)練過程中的不確定性。這時(shí)，就需要通過池化處理解決不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的局部不對(duì)應(yīng)問題。

在深度學(xué)習(xí)框架中，常見的池化處理有平均池化和最大池化2種形式。這2種形式的核心目標(biāo)只有一個(gè)，對(duì)輸入模型的維度或尺寸進(jìn)行調(diào)整。考慮到本文中建筑模型這種輸入的特殊性，沒有使用平均池化和最大池化2種常見的處理方式，而是提出了一種SPP的池化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于，池化后的結(jié)果可以完全繼承輸入模型的結(jié)構(gòu)特征，并且可以根據(jù)訓(xùn)練過程中的需求，靈活地調(diào)整池化模板的大小。這種尺度上的可控性，確保了深度訓(xùn)練過程中建筑結(jié)構(gòu)模型的靈活縮放，而其局部細(xì)節(jié)特征也不會(huì)丟失。

2.2 使用聚合處理完成全連接

基于CNN網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)過程，從輸入到輸出包含了很長(zhǎng)的路徑。在這個(gè)路徑上要經(jīng)過多次的卷積處理、池化處理，最終連接后形成完整的輸出。對(duì)于建筑模型的輸入而言，經(jīng)過每一層級(jí)的處理后，會(huì)形成對(duì)應(yīng)的特征圖。每一次卷積處理，相當(dāng)于對(duì)建筑模型的特征進(jìn)行了一次計(jì)算，這樣會(huì)形成有別于先前特征的新特征。每一次的池化處理，相當(dāng)于對(duì)特征圖的尺寸或者分辨率進(jìn)行了重新調(diào)整和映射。因?yàn)榫矸e層和池化層的不同設(shè)置，可能導(dǎo)致新的特征圖之間存在差異而無法匹配。

為了解決上述問題，這里采用了一種聚合處理的方法。在每一次卷積計(jì)算后，對(duì)同類特征進(jìn)行聚合操作，從而是特征圖之間的差異最大限度的減小，利于多次卷積之后的特征匹配。這里的聚合處理，采用的事PANET子網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)，對(duì)于建筑模型中的不同單元具有很好的分割性能，同時(shí)可以提取出更多的有效特征。根據(jù)不同設(shè)計(jì)任務(wù)的需要，PANET子網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)可以靈活地調(diào)整分辨率的大小，從而形成不同的特征模塊。PANET子網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)的處理方法，同樣適用于池化處理后的聚合操作。這樣，全連接之前的特征圖之間的差異問題就得到了很好的解決。由此得到的處理結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

3裝配式住宅智能建造的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在前面的工作中，給出了裝配式住宅智能建造的流程和施工方案的智能化分析方法，下面通過5個(gè)工程用料的分析實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本文方法的性能。這里以住宅常規(guī)施工成本為參照，選擇一般的裝配式住宅施工方法為對(duì)比方法，形成和本文提出的智能化裝配施工方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖4所示。

從圖4中的結(jié)果可以看出，相比于傳統(tǒng)建造方法，基于裝配式的施工方案在工程用料上已經(jīng)有了一定程度的節(jié)省，但均值在 10% 以下。通過本文第二節(jié)構(gòu)建的基于深度學(xué)習(xí)的裝配式智能施工方案分配，工程用料有了更加明顯節(jié)省，平均節(jié)約程度提升到 15% 左右，從而證明了智能建造方法的有效性。

裝配式住宅的BIM設(shè)計(jì)結(jié)果，分別如圖5一圖10所示。

面

4結(jié)論

信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)，深刻地改變了建筑工程領(lǐng)域。本文中，以裝配式住宅的智能建造為研究對(duì)象，構(gòu)建了完整的技術(shù)流程并給出了一種施工方案分配的智能化方法。在智能建造的技術(shù)框架體系內(nèi)，將裝配式住宅整個(gè)智能建造流程劃分為5個(gè)環(huán)節(jié)，分別是項(xiàng)目準(zhǔn)備分析環(huán)節(jié)、項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、項(xiàng)目材料籌備環(huán)節(jié)、項(xiàng)目施工建造環(huán)節(jié)和項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)。基于深度學(xué)習(xí)，提出了一種裝配式住宅施工方案的智能分配方法，并從5個(gè)環(huán)節(jié)給出了詳細(xì)處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于智能化的裝配式住宅施工方案處理，工程用料成本節(jié)約在 15% 左右。

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