文/楊崇成 山東伯寧節(jié)能技術(shù)有限公司 山東 濟南 250000
BIM 技術(shù)是隨著科技水平提升而興起的一種新型建筑技術(shù),通過對于建筑工程的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,建立三維模型,除了能夠模擬建筑工程在建設(shè)中的情況,還能夠模擬建筑施工的整個過程,展現(xiàn)最終效果,以便于按照業(yè)主的需求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,減少交付中出現(xiàn)的矛盾,這在極大程度上促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展。建筑設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計的過程中,可以構(gòu)建三維模型,這樣建筑設(shè)計方案就脫離了二維圖紙的限制,變得更加立體和直觀。同時,設(shè)計人員還可以借助BIM 模型的模擬,發(fā)現(xiàn)在設(shè)計方案中存在的不足,并且在進(jìn)行技術(shù)交底時,BIM 技術(shù)也能夠發(fā)揮出強大的作用,幫助施工人員了解設(shè)計方案的每一個細(xì)節(jié)。利用BIM 技術(shù)還能夠?qū)τ谑┕さ恼麄€過程進(jìn)行監(jiān)控,對比模型與實際施工的情況,能夠進(jìn)一步提升施工管理的效率和質(zhì)量。
互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展對于人們的生活產(chǎn)生了極大的影響,物聯(lián)網(wǎng)也是依托于互聯(lián)網(wǎng)而存在,將客戶端延伸至物品之間,實現(xiàn)物品之間的信息互通和實時交互。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到建筑工程建設(shè)中,需要在建筑物上安裝傳感器等裝置,將建筑物與施工人員通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來,實現(xiàn)建筑工程建設(shè)項目的信息交互,并且在建筑過程中進(jìn)行智能監(jiān)控和管理,使得管理人員能夠及時獲取到建筑工程建設(shè)的各項信息,利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行高效的信息傳輸,交互建筑工程項目相關(guān)的數(shù)據(jù)信息,并且借助人工智能技術(shù),對于在建筑工程建設(shè)過程中產(chǎn)生的海量信息進(jìn)行處理,這能夠獲知到更加準(zhǔn)確的建筑工程項目信息,并且為管理決策提供良好的技術(shù)支持。
智能建造指的是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等高新技術(shù)對于建筑工程建設(shè)進(jìn)行優(yōu)化,并且利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)對于建筑工程項目的仿真設(shè)計和精密建造,將前期的數(shù)據(jù)收集、中期的施工建設(shè)以及質(zhì)量監(jiān)督管理等內(nèi)容整合在一起,結(jié)合建筑工程建設(shè)項目在質(zhì)量、進(jìn)度以及安全方面的要求進(jìn)行智能化管理,這樣不僅能夠提升管理的效率,同時,還能夠有效降低管理難度,使得復(fù)雜的建筑工程建筑項目變得更加直觀化,推動建筑工程行業(yè)向著智能化的方向發(fā)展。
BIM 技術(shù)在建筑工程施工的各個階段都能夠發(fā)揮出強大的作用。首先,在建筑工程設(shè)計階段,除了能夠構(gòu)建三維模型,實現(xiàn)對于設(shè)計方案的優(yōu)化和完善,同時,還能夠統(tǒng)計工程量,在BIM 模型中獲取建筑工程施工圖紙需要的各種數(shù)據(jù)信息,還能夠?qū)τ诓煌膶I(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào),有助于保障后續(xù)的建設(shè)過程順利有序開展。其次是建筑工程現(xiàn)場施工階段,可以進(jìn)行碰撞檢查,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段在空間關(guān)系當(dāng)中存在的矛盾點并且及時進(jìn)行調(diào)整,能夠有效減少后續(xù)施工中出現(xiàn)的問題和返工情況;對于施工過程模擬,輔助技術(shù)交底工作,能夠有效提升施工質(zhì)量,避免質(zhì)量隱患;對于施工計劃與施工現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行實時的對比,對于不同的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)調(diào);加強不同部門之間的溝通和協(xié)調(diào),及時反饋在建筑工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題;借助模擬功能和虛擬現(xiàn)實技術(shù),能夠直觀地展示建筑物建成后的效果等。最后,在建筑工程的運營和維護階段,能夠提供各種系統(tǒng)和設(shè)備的數(shù)字化信息,為查找具體位置提供方便;能夠提供在施工過程中的各種詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享和重復(fù)利用,避免由于信息不全而導(dǎo)致的損失;可以提供各種地下管線的位置信息,能夠為維修工作提供便捷;一旦發(fā)生突發(fā)事故,還能夠及時定位設(shè)備的位置,避免由于無法及時定位設(shè)備信息而引發(fā)事故;收集和匯總能源消耗信息,在此基礎(chǔ)上對于能源消耗情況進(jìn)行分析,針對出現(xiàn)異常的情況進(jìn)行有效處理。
BIM 技術(shù)為建筑工程行業(yè)帶來了全新的變革,有效促進(jìn)了建筑工程行業(yè)的信息化水平,但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展,我國建筑的規(guī)模不斷擴大,管理工作也變得更加復(fù)雜,這給BIM 技術(shù)的應(yīng)用帶來了極大的挑戰(zhàn)。首先,BIM 技術(shù)的應(yīng)用并不是階段性的,而是一個動態(tài)化且連續(xù)的過程,在這個過程中,需要依賴人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,時效性較差,很難實現(xiàn)信息的實時采集和監(jiān)控。其次,現(xiàn)階段在建筑工程施工中,仍然主要依靠人力施工,雖然加入了一些更加高效的機械設(shè)備,但是仍然無法實現(xiàn)信息化的處理和決策,這也就導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)的作用并未充分發(fā)揮出來,施工方法也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有實現(xiàn)精細(xì)化和智能化的發(fā)展。
近年來,我國的通信技術(shù)發(fā)展迅速,推動我國逐漸向著5G 時代發(fā)展,而隨著5G 通信技術(shù)在人們的生活當(dāng)中普及,必將推動各個行業(yè)在各個方面的變革,推動基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向著更加數(shù)字化、信息化的方向發(fā)展。5G 移動通信技術(shù)不僅帶寬更大,時延更低,同時,還能夠結(jié)合用戶的需求提供差異化的服務(wù),這能夠進(jìn)一步促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,促使萬物互聯(lián)真正實現(xiàn),更多的終端設(shè)備會接入到互聯(lián)網(wǎng)上,并且能夠進(jìn)行共享和交互,從而為智能建造的實現(xiàn)提供了可能。將BIM 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合在一起,應(yīng)用到建筑工程領(lǐng)域中,構(gòu)建基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng),能夠有效解決BIM 技術(shù)在應(yīng)用中存在的各種問題,充分將兩者的優(yōu)勢結(jié)合起來,BIM 負(fù)責(zé)進(jìn)行信息處理,為決策提供依據(jù),物聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)收集信息和執(zhí)行處理,能夠?qū)崿F(xiàn)管理和現(xiàn)場施工的數(shù)字化發(fā)展,實現(xiàn)智能化的建造。
基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)包含以下幾種功能:
(1)能夠?qū)τ诮ㄖこ探ㄔO(shè)的過程進(jìn)行感知,利用采集技術(shù),獲取施工現(xiàn)場各項影響因素的數(shù)據(jù)信息,進(jìn)行匯總,包括人員信息、材料信息、設(shè)備信息等。
(2)能夠在智能化技術(shù)的支持下進(jìn)行管理決策,以BIM 中的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ),采用智能技術(shù)對于這些大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析和處理,提取其中有價值的信息,從而實現(xiàn)自動化的決策和智能化的控制。
(3)能夠促進(jìn)現(xiàn)場施工和后續(xù)運營維護的數(shù)字化發(fā)展,借助高效的5G 通信技術(shù),對于智能建造設(shè)備進(jìn)行實時的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制,提升操作的精確性,保證現(xiàn)場施工和后期運營維護的效率。
基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)總共分為3 層結(jié)構(gòu),不同的結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸依靠網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。
“君子文化不僅是傳統(tǒng)文化的一個重要制高點,還是一個關(guān)鍵融匯點。”[1]118-124 君子文化豐富博大,其內(nèi)蘊前人學(xué)者多有闡發(fā),諸如仁義禮智信、忠孝節(jié)義等特質(zhì)早已納入并根植中華民族的文化心理與民族精神之中。 注杜是一種民族心理的體現(xiàn),這種民族心理外化表現(xiàn)出諸多形式,其核心正是儒家君子文化。 子曰:“質(zhì)勝文則野,文勝質(zhì)則史。 文質(zhì)彬彬,然后君子?!?《論語·雍也》)杜詩文質(zhì)兼?zhèn)?,不僅蘊含著高超的文學(xué)藝術(shù)價值,也融匯了儒家傳統(tǒng)文化精髓。 君子文化在這一時期文人注杜中的表現(xiàn)方式大致可以梳理出以下幾個方面。
(1)感知層,主要由各類傳感設(shè)備構(gòu)成,這些傳感設(shè)備基于采集信息的需要安裝在施工現(xiàn)場中,能夠?qū)崟r采集建筑工程自身以及周邊環(huán)境的情況,并且將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫當(dāng)中,實現(xiàn)動態(tài)化的監(jiān)測記錄,這些數(shù)據(jù)信息和監(jiān)測記錄能夠為BIM 搭建模型提供實時數(shù)據(jù)。
(2)控制處理層,主要由各種高新技術(shù)構(gòu)成,當(dāng)感知層獲取到數(shù)據(jù)信息并傳輸過來后,控制處理層會進(jìn)行分析和處理,發(fā)揮輔助決策的作用。
(3)應(yīng)用層,包括施工設(shè)備、施工人員乃至于機器人終端等,應(yīng)用層接收到控制處理層傳輸來的指令后,會按照指令執(zhí)行任務(wù),并且將執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行反饋,形成一個完整的信息傳輸鏈。
為了能夠滿足智能建造綜合管理系統(tǒng)的功能需求,在系統(tǒng)搭建中,將會主要分為三個部分進(jìn)行。
(1)數(shù)據(jù)輸入平臺,將感知設(shè)備與應(yīng)用設(shè)備中獲取的信息進(jìn)行匯總,并且接入到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺中,建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù),為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供便捷。
(2)數(shù)據(jù)處理平臺,這是智能建造綜合管理系統(tǒng)中最為核心的部分,借助各種先進(jìn)的技術(shù)手段,對于終端獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工和處理,為決策提供數(shù)據(jù)支持,并且將決策內(nèi)容經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)浇K端進(jìn)行實施。平臺在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中,并不僅限于控制處理層,也會向著其他兩個層面延伸,在感知層中,通過利用智能算法,對于施工現(xiàn)場的情況進(jìn)行分析判斷,篩選更加有效的信息上傳到控制處理層中。在應(yīng)用層中,則是在相關(guān)設(shè)備當(dāng)中植入智能算法,使其在實際工作的過程中能夠判斷和分析現(xiàn)場的情況,以便于對于自身的工作進(jìn)行實時的調(diào)整。
(3)智能操作終端。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展,勞動力成本增加,再加上專業(yè)技術(shù)人員的缺失,建筑行業(yè)逐漸向著智能化的方向發(fā)展。在這個過程中,應(yīng)用智能建造機器人不僅更能夠適應(yīng)艱苦的是公共環(huán)境,同時,還能夠極大程度上取代人工操作,不僅有效提升了工作的效率,同時,也降低了出現(xiàn)失誤或者偏差的可能性,避免由于人工操作失誤而導(dǎo)致的安全隱患,這些優(yōu)勢使得智能建造機器人越來越受到建筑領(lǐng)域的青睞。在智能建造綜合管理系統(tǒng)中,智能建造機器人是應(yīng)用層當(dāng)中的核心內(nèi)容,能夠按照控制持力層下達(dá)的指令,進(jìn)行具體的實施。
(2)在運維管理中的應(yīng)用。利用傳感設(shè)備能夠?qū)τ诮ㄖ镏械母鞣N設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控,并且通過將其與BIM可視化模型中的設(shè)備進(jìn)行綁定,這樣在進(jìn)行運維管理工作時,就可以在動態(tài)化、可視化的條件下進(jìn)行搜索和管理;利用傳感設(shè)備獲取建筑物能耗以及周邊環(huán)境的信息,結(jié)合技術(shù)手段優(yōu)化建筑物能耗的情況,有助于減少建筑物能耗,更大程度上發(fā)揮出節(jié)能效益。
現(xiàn)階段,在BIM 技術(shù)實際應(yīng)用中存在的問題主要集中在輸出端,而想要解決這一問題,就要改變在傳統(tǒng)施工中過于依賴人力的施工方法,構(gòu)建無人化、智能化施工系統(tǒng),其中包括感知層的各種感知設(shè)備,控制處理層的BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及應(yīng)用層的施工設(shè)備,實現(xiàn)施工整個過程的智能化運行,解放勞動力的同時,還能夠有效提升施工的效率。
(1)無人化智能砌筑系統(tǒng)的應(yīng)用。在建筑工程建設(shè)的過程中,砌筑工程是非常重要的一個環(huán)節(jié),但是其中包括大量的重復(fù)勞動,需要耗費大量的人力和時間,施工質(zhì)量容易受到各種因素的影響,很難進(jìn)行有效的管理。而在以往的施工中,雖然自動化技術(shù)在建筑行業(yè)中得到了一定的應(yīng)用,但是針對砌筑工程來說,仍然主要依靠人力實現(xiàn),BIM 技術(shù)也很難發(fā)揮出自身的作用。而通過將BIM 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建無人化智能砌筑系統(tǒng),由智能機器人代替重復(fù)機械性的人力操作,能夠?qū)烧叩膬?yōu)勢相結(jié)合,實現(xiàn)無人化的砌筑施工。智能建造綜合管理系統(tǒng)利用傳輸技術(shù)對于智能機器人進(jìn)行實時定位,并且采集和上傳相關(guān)的數(shù)據(jù)信息,在BIM 數(shù)據(jù)處理中心中整合建筑工程建設(shè)的情況和周邊環(huán)境的信息,準(zhǔn)確下達(dá)指令,促使智能機器人按照指令完成砌筑操作。
(2)無人化土方工程操作系統(tǒng)的應(yīng)用。在建筑工程建設(shè)中,土方工程也是一項耗費人力和時間的工程,并且在以往的施工中,這項工程也主要依靠人力實現(xiàn)。而通過利用基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng),能夠?qū)τ谕练焦こ淌┕ぶ袘?yīng)用的各種機械設(shè)備進(jìn)行改造,實現(xiàn)無人化的施工,從而有效提升施工效率和施工質(zhì)量。借助無人機技術(shù)能夠獲取到土方的相關(guān)數(shù)據(jù)信息,并且實時傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中,然后再利用智能控制系統(tǒng)控制各種機械設(shè)備完成施工任務(wù)。
基于BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)能夠?qū)ㄖ哪芎男畔⑦M(jìn)行實時的采集和監(jiān)控,以此為基礎(chǔ)對于能源進(jìn)行優(yōu)化配置,提升能源利用率,提升節(jié)能效果,有助于人們節(jié)能低碳環(huán)保生活的實現(xiàn)?;贐IM 和物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)在能耗監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展也能夠為可再生能源的利用和減少能源的消耗提供有力的技術(shù)支持。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)對于不同能源的分類管理,從而統(tǒng)計能耗的數(shù)據(jù)信息,通過對于建筑物當(dāng)中的各種能耗信息進(jìn)行監(jiān)測,統(tǒng)計和分析,還能夠為相關(guān)部門提供管理依據(jù),使得能源監(jiān)測與管理工作的開展更加高效。能源監(jiān)測管理系統(tǒng)是基于BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)中的一部分,能夠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將設(shè)備之間進(jìn)行連接和資源共享,系統(tǒng)還可以通過對于終端的信息采集和分析為用戶提供各類信息,通過收集、整合和分析用戶的需求下達(dá)指令來對于設(shè)備進(jìn)行控制,這樣能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代建筑當(dāng)中能耗設(shè)備的智能化,有效提升節(jié)能效果,對于促進(jìn)我國建筑行業(yè)的智能化發(fā)展也有著積極的幫助。同時,基于BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測環(huán)境中的污染物分布情況,從而確定環(huán)境質(zhì)量狀況,還能夠提供各類環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù),從而為環(huán)境的改善提供必要的數(shù)據(jù)知識。在對環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測的過程中,主要包括水環(huán)境、空氣環(huán)境以及聲環(huán)境幾個方面,而智能設(shè)備中的設(shè)備不僅能實現(xiàn)對于這些環(huán)境的監(jiān)測,還能夠監(jiān)測熱濕環(huán)境和光環(huán)境等,不僅能夠監(jiān)測室內(nèi)的環(huán)境狀況,也能夠監(jiān)測室外的信息,因此更能夠發(fā)揮出強大的優(yōu)勢,這樣一方面能夠為用戶提供監(jiān)測數(shù)據(jù),還能夠為環(huán)保部門提供監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。
在建筑物中一般都會包含大量的機電設(shè)備,這些機電設(shè)備的應(yīng)用為人們的生活提供了極大的便捷,但是設(shè)備產(chǎn)生故障后,不能及時上傳至管理人員,有些問題可以通過遠(yuǎn)程的方式解決,但是由于不了解現(xiàn)場的情況,需要維修人員前往現(xiàn)場進(jìn)行處理,耗費人力和時間,也會給用戶帶來不好的使用體驗。而利用基于BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng),能夠監(jiān)測設(shè)備的相關(guān)信息,統(tǒng)計設(shè)備運行時間,記錄維護的相關(guān)數(shù)據(jù)以及時間等。通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),能夠?qū)τ诮ㄖ锂?dāng)中的機械設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控和故障診斷,這就極大程度上提升了故障處理的效率。同時,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能夠?qū)踩珗缶畔⒓皶r上傳,以便于遇到突發(fā)問題及時處理,能夠控制故障的進(jìn)一步擴大,切實保障人員的安全。在基于BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)中,進(jìn)行智能化維護的目的主要是為了保證智能化系統(tǒng)的正常運行,只有保障智能化系統(tǒng)的正常運行,才能夠充分發(fā)揮出其效果,實現(xiàn)智能化的建造和管理?,F(xiàn)階段,智能化系統(tǒng)的管理模式大致上可以分為兩種:
(1)由智能化系統(tǒng)企業(yè)向建設(shè)企業(yè)進(jìn)行培訓(xùn),由建設(shè)企業(yè)自行進(jìn)行管理,這種管理模式對于建設(shè)企業(yè)管理人員的專業(yè)技能水平有一定的要求。
(2)由智能化系統(tǒng)企業(yè)來進(jìn)行管理,由于這部分人員的專業(yè)水平較高,因此,在技術(shù)層面來說一般沒有問題,但是由于服務(wù)體系還不成熟,在服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)時間方面很難提供保障。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是能夠很好的改善這一問題,實現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控和故障診斷,也有效提升了智能化維護的有效性。
總而言之,隨著科技水平的提升,未來的建筑行業(yè)會逐步改變勞動密集型的生產(chǎn)方式,向著智能化、數(shù)字化的方向轉(zhuǎn)變,而想要實現(xiàn)這一點,則需要依賴BIM 技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)?;贐IM 和物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)將建筑生命周期中的各項影響因素進(jìn)行整合和集成,傳感器采集信息上傳至控制處理層進(jìn)行處理和決策,應(yīng)用層接收到信息后進(jìn)行實際的實施,能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的建造方式。在未來,基于BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的智能建造綜合管理系統(tǒng)將會有效提升建筑行業(yè)的科技水平,促進(jìn)建筑行業(yè)的智能化發(fā)展。