BIM技術(shù)在智能建造體系中的應(yīng)用

劉志忠，申靖宇

（廣東碧桂園職業(yè)學(xué)院智能建造工程系）

1 引言

建筑業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，2020年，我國建筑業(yè)總產(chǎn)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(yè)建造過程主要以人工為主濕作業(yè)的傳統(tǒng)施工工藝。這種施工方式具有環(huán)境污染大、資源消耗浪費(fèi)嚴(yán)重、勞動密集、產(chǎn)業(yè)工人素質(zhì)低、質(zhì)量通病多、施工效率較低等缺點(diǎn)[1]。隨著我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)不斷地調(diào)整，人口紅利日漸消退，人力成本提高的狀況日趨嚴(yán)重，建筑業(yè)工人數(shù)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(tǒng)建造工藝人力成本高、建造過程不規(guī)范、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，BIM技術(shù)、建筑機(jī)器人、裝配式建筑、云計(jì)算等先進(jìn)的智能建造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過人機(jī)交互的方式實(shí)現(xiàn)提高施工質(zhì)量和高效建造的目的[3]。近幾年，以建筑機(jī)器人、BIM技術(shù)、裝配式建筑等為代表的智能建造技術(shù)得到了快速發(fā)展。與傳統(tǒng)的建造模式相比，智能建造符合標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工以及一體化裝修的現(xiàn)代化發(fā)展思路，在綠色節(jié)約方面具有突出優(yōu)勢。智能建造體系包含建筑智能機(jī)器人技術(shù)、BIM技術(shù)、裝配式建筑、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、GIS等先進(jìn)的智能化、信息化技術(shù)等具體如圖1所示。

圖1 智能建造體系組成圖

2 BIM技術(shù)介紹

BIM技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)軟件將二維建筑圖紙轉(zhuǎn)化為三維的一種技術(shù)，該技術(shù)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(huán)境信息、建筑構(gòu)件的成本、進(jìn)度等信息添加到模型中，利用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際工程在建造和使用過程中的受力、外部環(huán)境、成本、進(jìn)度等信息，以此來解決工程中的實(shí)際問題[4]。利用BIM技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)中模擬實(shí)際生產(chǎn)過程這一特性，從項(xiàng)目立項(xiàng)到整個(gè)運(yùn)行維護(hù)的過程可以利用BIM提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、設(shè)計(jì)一體化；設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配生產(chǎn)一體化的信息化生產(chǎn)模式。具體應(yīng)用如圖2所示。

圖2 BIM技術(shù)在建造全過程的應(yīng)用示意圖

3 建筑機(jī)器人技術(shù)與BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

3.1 建筑機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

我國正在由制造業(yè)大國發(fā)展成為制造業(yè)強(qiáng)國，大力發(fā)展建筑機(jī)器人技術(shù)是國家的發(fā)展目標(biāo)。目前，很多建筑企業(yè)大力發(fā)展智能建筑機(jī)器人技術(shù)，以加速建筑機(jī)器人“上場”，像生產(chǎn)汽車一樣造房子。在施工過程中采用機(jī)器人技術(shù)[5]，在現(xiàn)場對構(gòu)件進(jìn)行高精度地自動化安裝和施工，真正實(shí)現(xiàn)智能建造。目前，已經(jīng)有多款機(jī)器人正在研發(fā)過程中，其中包括噴涂機(jī)器人、瓷磚鋪貼機(jī)器人、樓面整平機(jī)器人、墻磚鋪貼機(jī)器人、地面清掃機(jī)器人、樓面拉毛機(jī)器人等，這些機(jī)器人已經(jīng)研發(fā)成功，準(zhǔn)備投放市場。

3.2 BIM技術(shù)在建筑機(jī)器人中的應(yīng)用

隨著建筑機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，在BIM技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要考慮建筑機(jī)器人的使用場景。將BIM技術(shù)與建筑機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，提升建筑機(jī)器人的使用功能，實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)器人自動化施工，從而實(shí)現(xiàn)智能建造。由于BIM模型的信息過于龐大，機(jī)器人施工時(shí)，只需應(yīng)用對應(yīng)本款機(jī)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(jī)器人實(shí)現(xiàn)信息交互是BIM技術(shù)在建筑機(jī)器人技術(shù)中應(yīng)用的關(guān)鍵。

①根據(jù)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)，利用Revit建模軟件將圖紙建為標(biāo)準(zhǔn)模型；

②將BIM標(biāo)準(zhǔn)化模型上傳到機(jī)器人路徑云平臺；

③機(jī)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(jī)器人可以讀取和分析的計(jì)算機(jī)語言信息；

④機(jī)器人根據(jù)BIM模型規(guī)劃好的路徑進(jìn)行智能化施工。

機(jī)器人路徑的規(guī)劃應(yīng)首先運(yùn)用服務(wù)器根據(jù)建筑機(jī)器人的數(shù)據(jù)需求，建立建筑物的BIM模型，然后根據(jù)BIM模型形成機(jī)器人所需要的數(shù)據(jù)指令。最后，將數(shù)據(jù)指令發(fā)送給機(jī)器人，形成機(jī)器人可以識別的數(shù)據(jù)信息，以此指導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行行走路徑規(guī)劃和具體施工操作[6]。具體的建筑機(jī)器人數(shù)據(jù)收集和整合流程圖如圖3所示。

圖3 BIM技術(shù)與建筑機(jī)器人數(shù)據(jù)交換示意圖

4 具體案例分析

以室內(nèi)噴涂機(jī)器人為例，利用BIM技術(shù)將整棟建筑物模擬成三維的建筑信息模型。噴涂機(jī)器人不需要所有的建筑信息，只需要識別建筑物每個(gè)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(shù)化設(shè)計(jì)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(jī)器人可以識別的目標(biāo)建筑物參數(shù)指令數(shù)據(jù)，將指令數(shù)據(jù)發(fā)送到建筑機(jī)器人操作平臺上，工作人員就可以在機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)操作平臺上根據(jù)建筑物平面位置信息，對噴涂機(jī)器人進(jìn)行路徑選擇和路徑規(guī)劃，使噴涂機(jī)器人可以根據(jù)規(guī)劃好的路徑在建筑物中實(shí)現(xiàn)智能化施工，具體噴涂機(jī)器人的路徑規(guī)劃操作界面如圖4所示。

圖4 噴涂機(jī)器人BIM路徑規(guī)劃操作示意圖

5 綜述

本論文在介紹了BIM技術(shù)和建筑機(jī)器人技術(shù)的同時(shí)，也研究得出了適合于建筑機(jī)器人和BIM技術(shù)的信息交互方法，通過將BIM模型參數(shù)化，采用基于建筑機(jī)器人服務(wù)的數(shù)據(jù)處理方式，提出建筑機(jī)器人施工時(shí)所需的數(shù)據(jù)，并且將BIM建筑信息模型信息轉(zhuǎn)化為容易被機(jī)器人處理的格式，將這些轉(zhuǎn)化后的模型數(shù)據(jù)用于輔助機(jī)器人施工操作，使BIM技術(shù)作為數(shù)據(jù)支持、指導(dǎo)機(jī)器人施工。建筑機(jī)器人向BIM平臺提出數(shù)據(jù)需求信息，BIM平臺通過上述思路返回標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)器人與BIM平臺信息的交互方法，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在及建筑機(jī)器人中的應(yīng)用。