智能建造與BIM 孿生交付在筑享云平臺的運用

梁春玲

（廣州華耀置業(yè)有限公司，廣東 廣州 510000）

我國非常關(guān)注數(shù)字孿生城市的建設(shè)，但當(dāng)前，數(shù)字孿生城市的發(fā)展還處在起步階段。BIM 技術(shù)是將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到建筑業(yè)中的一種新技術(shù)，也是一種極具價值的技術(shù)，為數(shù)字孿生城市的建設(shè)提供了必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。BIM 孿生交付在筑享云平臺中的應(yīng)用，實質(zhì)上就是將BIM 成果運用到了智能建造技術(shù)系統(tǒng)中。在經(jīng)過漫長的磨合之后，科技必然會慢慢地對建筑業(yè)進行改變，不管是智能建造，還是BIM 孿生交付，在筑享云平臺中的科學(xué)運用都將在一定程度上推動建筑行業(yè)的發(fā)展。

1 信息技術(shù)支持?jǐn)?shù)字孿生體系構(gòu)建

從總體上看，建筑行業(yè)的信息化技術(shù)包括：BIM、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理等[1]。

1.BIM 技術(shù)（BIM)：是一種建立在數(shù)字化基礎(chǔ)上的全新的工程設(shè)計與管理技術(shù)，它是以計算機圖形學(xué)、數(shù)字建模、三維可視化等為基礎(chǔ)，對工程項目的各種信息進行提取、處理和表達(dá)，從而使項目各方參與者能夠在三維場景中進行有效的協(xié)作和溝通[2]。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的工程建設(shè)模式，將建筑工程與其所處的環(huán)境緊密結(jié)合起來，最大限度地實現(xiàn)了各參與方之間的信息交流與共享，極大地提高了工程項目信息傳遞與決策管理效率。

2.物聯(lián)網(wǎng)：是一種能夠?qū)こ碳捌渲車h(huán)境進行全方位感知的技術(shù)，它的主要對象是工程中各種生產(chǎn)要素和周圍環(huán)境，例如人、機、料、場等，由物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所構(gòu)成的感知系統(tǒng)是工程數(shù)字化的一個重要的數(shù)據(jù)源。

3.資料管理技術(shù)：是指運用計算機技術(shù)對工程信息進行存儲、檢索和處理，同時利用一定的手段和方法對工程資料進行分類、編碼、存貯、傳遞等，并以數(shù)據(jù)文件的形式向有關(guān)用戶提供工程信息，達(dá)到信息資源共享的目的。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，建筑行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何將數(shù)字孿生技術(shù)運用于建筑行業(yè)，將其作為推動建筑行業(yè)數(shù)字化建設(shè)的核心力量。因此，構(gòu)建“數(shù)字孿生”工程已經(jīng)成為建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

伴隨著BIM、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理等一系列信息技術(shù)在工程建設(shè)中的運用，使工程建設(shè)向數(shù)字化方向發(fā)展，并伴隨著技術(shù)的發(fā)展，使工程建設(shè)的數(shù)字化程度不斷提高，由此產(chǎn)生了與實際工程相對應(yīng)的“數(shù)字孿生”工程。

2 數(shù)字孿生驅(qū)動的項目管理模式轉(zhuǎn)變

2.1 數(shù)字孿生工程

項目管理在實質(zhì)上并不直接開展工程產(chǎn)品的施工操作，它是以信息交互為手段，借助于一系列管理行為，促進工程產(chǎn)品的形成[3]。從資訊互動的角度來看，專案管理的工作可劃分為資訊搜集、資訊加工與分析、資訊輸出三大部分。在此基礎(chǔ)上，以真實、完整的工程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建“數(shù)字孿生”工程模型，實現(xiàn)“數(shù)字孿生”模型下項目經(jīng)理與項目經(jīng)理之間的信息交流、管理協(xié)作，從而實現(xiàn)對工程模型的有效管理與控制。

建筑工程項目具有時間周期長、項目復(fù)雜度高的特點[4]，特別是超高層建筑，在建造過程中涉及結(jié)構(gòu)、機電、裝飾、幕墻等各專業(yè)的施工，因此在對工程項目進行管理時，需要建立起完整的模型體系，實現(xiàn)對工程項目進行全方位管理。

同時，項目管理工作也是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在此過程中需要進行大量的信息搜集與整理工作。在工程項目執(zhí)行階段，需要利用BIM、GIS 等信息化技術(shù)以及模型重構(gòu)、數(shù)字孿生等技術(shù)手段對整個項目進行建模。而在施工過程中，需要對施工過程中的所有數(shù)據(jù)進行實時采集、存儲與更新，以實現(xiàn)對整個建筑工程的數(shù)字化管理。

2.2 項目管理模式轉(zhuǎn)變

由于“數(shù)字孿生”項目采用了數(shù)字化技術(shù)，將數(shù)據(jù)采集工作轉(zhuǎn)移到了智能工地終端，因此，這一部分的工作被大大減少，項目管理服務(wù)更多地關(guān)注于數(shù)據(jù)的處理、分析和命令的發(fā)布，項目管理服務(wù)可以在項目現(xiàn)場（前臺）或其它任何地方（后臺）進行工作。

項目管理服務(wù)者將會被分成兩類，一類是前臺，另一類是后臺，前臺的工作重點是全面的管理和組織協(xié)調(diào)，其工作內(nèi)容包括：項目的數(shù)據(jù)采集、組織協(xié)調(diào)、運作管理和緊急情況處理。后勤部經(jīng)理比較注重業(yè)務(wù)技能與資料分析技能，其工作主要是對專案資料進行資料處理與分析，并提供相關(guān)的技術(shù)服務(wù)支援。

專家們聚集到“后臺”，按照各自的分工，通過聚集的方式，促進了專家們的信息交流，知識分享，經(jīng)驗交流（知識外溢），還有專業(yè)知識和技能的提升，提高了專家們的問題解決效率和管理服務(wù)的質(zhì)量，促進了項目的標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理的實施。

“小前端，大后臺”的工程管理服務(wù)系統(tǒng)，將企業(yè)的數(shù)據(jù)與知識資源進行整合，構(gòu)成企業(yè)的工程管理中心，并將其演化為企業(yè)的工程管理服務(wù)“智慧大腦”，利用數(shù)字技術(shù)，實現(xiàn)對企業(yè)工程項目的統(tǒng)一處理與分析，實現(xiàn)對企業(yè)工程項目的遠(yuǎn)程高效處理，為企業(yè)提供規(guī)范、高效、科學(xué)的管理與服務(wù)，從而形成企業(yè)的核心競爭能力。

3 利用BIM 技術(shù)優(yōu)化資源配置及進度的控制

通過BIM 技術(shù)，可以實現(xiàn)三維可視化，并且利用模型可以進行多角度、多層次的碰撞檢測，包括碰撞檢查、4D 施工模擬、施工進度模擬、材料用量模擬等，通過對各專業(yè)模型的碰撞檢測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙中的問題并提出改進意見。通過對模型進行優(yōu)化調(diào)整，可以解決施工中的各種問題，并有效地保證工期和質(zhì)量，為項目建設(shè)提供了有力的技術(shù)保障。

對于超高層項目而言，施工場地面積大、地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機械設(shè)備多，對項目資源配置和進度控制提出了更高要求[5]。例如，場地中包含大量的電纜管線，這就需要通過BIM 技術(shù)將各專業(yè)管線布置在現(xiàn)場平面圖上進行展示。針對項目場地狹小且周邊環(huán)境復(fù)雜的特點，在項目管理中應(yīng)合理運用BIM技術(shù)進行場地優(yōu)化。

4 項目應(yīng)用情況

廣州樹根互聯(lián)項目（以下簡稱“樹根互聯(lián)項目”），位于廣州市琶洲西區(qū)，總建筑面積為19.8 萬平方米，由中建五局三公司承建。質(zhì)量要求：魯班獎，鋼結(jié)構(gòu)金獎；綠色目標(biāo)：綠色建筑三星級，本項目基于“筑享云”平臺，進行全流程數(shù)字化管理智能建造，被評為2022年廣州市智能建造觀摩工地。

筑享云平臺在項目的智能化建造中起到了關(guān)鍵作用，通過平臺進行項目設(shè)計及施工策劃、計劃管理、數(shù)字工地智能化施工、一件一碼孿生交付及數(shù)據(jù)化運營。

4.1 智能建造在筑享云平臺的運用

建設(shè)行業(yè)要實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，必須實施信息化。筑享云”建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺（以下簡稱“平臺”）借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、數(shù)字孿生、云計算、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等技術(shù)，發(fā)揮軟硬件的組合優(yōu)勢，以實際應(yīng)用場景為落腳點，對業(yè)主方、總包方、建筑設(shè)計院、構(gòu)件工廠、施工單位等參與方精準(zhǔn)賦能，打造了項目“全周期、全角色、全要素”的在線協(xié)同平臺，為智能建造提供數(shù)字化整體解決方案。

4.2 智能建造在項目機電中的運用

樹根互聯(lián)全國總部三一集團華南總部項目機電樣板，在前期階段通過筑享云平臺進行招標(biāo)采購，在設(shè)計階段中運用三維軟件進行深化出圖，模型輕量化至筑享云閉幕孿生交付平臺，基于模型實現(xiàn)專項施工方案的薄弱環(huán)節(jié)、施工重難點部位和關(guān)鍵工序的反復(fù)模擬推敲，落實各專業(yè)的施工交底工作。

機電樣板材料從搬運，除銹，切斷，沖孔，刷漆，全加工階段精細(xì)管理，保證機電成品的質(zhì)量輸出，極大地提升樣板間的施工效率。

施工過程中，管理人員通過筑享云可視化模型，將機電安裝復(fù)雜部位以更直觀的形式進行演示，從而提高了溝通效率，現(xiàn)場巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量及安全問題，皆通過筑享云質(zhì)量管理平臺上傳問題照片，并指定責(zé)任人及回復(fù)時間，確保問題的整改閉環(huán)。

機電安裝后期，通過閉幕孿生交付模型，與現(xiàn)場機電排布及參數(shù)情況進行數(shù)據(jù)比對分析，及時對施工情況進行動態(tài)糾偏，確保機電樣板高質(zhì)量高品質(zhì)落地。

廣州項目地下室機電樣板嚴(yán)格按照集團要求執(zhí)行評審工作，以“樣板先行”促“質(zhì)量提升”，推進項目又好又快建設(shè)，匠心追求，精益求精，力爭成為廣州標(biāo)桿項目。

4.3 智能建造在項目鋼結(jié)構(gòu)中的運用

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件，前期設(shè)計階段通過Tekla 深化設(shè)計上平臺，結(jié)合自帶插件生產(chǎn)BOM 清單，導(dǎo)出設(shè)計數(shù)據(jù)，驅(qū)動工程生產(chǎn)，實現(xiàn)BIM 孿生交付；生產(chǎn)階段，運用PCM 生產(chǎn)數(shù)據(jù)大屏進行數(shù)據(jù)驅(qū)動生產(chǎn)，并結(jié)合要貨計劃、運輸管理模塊，實現(xiàn)全生命周期的生產(chǎn)管理。

4.4 智能建造在項目施工中的運用

4.4.1 智慧監(jiān)管系統(tǒng)

嚴(yán)格使用廣州住建智慧監(jiān)管系統(tǒng)開展視頻監(jiān)控、見證取樣、揚塵監(jiān)測、實名制管理等工作。

4.4.2 智能管理平臺

使用中建協(xié)同平臺、云筑網(wǎng)等工具完成在線多方協(xié)同管理、電子商務(wù)采購等工作。

使用三一集團PCteam 管理平臺實現(xiàn)項目進度的模擬、管控和質(zhì)量安全問題的在線整改回復(fù)。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、安裝實時掌控（一件一碼），平臺下發(fā)整改通知單，上傳回復(fù)單。

4.4.3 智慧工地系統(tǒng)

將施工過程中涉及的人、機、料、法、環(huán)等要素進行實時、動態(tài)采集，實現(xiàn)工地管理信息化、智能化。

在工地門口設(shè)置人臉機、測溫篩查一體機以及AI識別攝像頭對進場工人進行考勤、測溫，自動識別是否正確佩戴安全帽、穿戴反光衣，并上傳到系統(tǒng)，讓管理員及時掌握工人動態(tài)的安全行為。使用智能安全帽進行現(xiàn)場巡檢，拍攝工地視頻，并通過無線通訊與平臺進行聯(lián)動，實現(xiàn)視頻遠(yuǎn)程巡查，可視化管理。

4.5 視頻監(jiān)控、噴淋聯(lián)動、VR 體驗

施工現(xiàn)場設(shè)置視頻監(jiān)控，將現(xiàn)場圍墻噴淋或霧炮機與平臺聯(lián)動，遠(yuǎn)程操控，既環(huán)保又節(jié)能?，F(xiàn)場搭建VR 安全體驗室，讓作業(yè)人員模擬親身經(jīng)歷安全事故發(fā)生過程，切身感受安全的重要性。

4.5.1 起重機械監(jiān)控、吊鉤可視化、智能廣播

安裝起重機械監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控塔吊力矩、載重、幅度、高度、回轉(zhuǎn)角度、塔身傾斜等安全參數(shù)；并對群塔作業(yè)防碰撞進行分級報警。

在塔吊吊鉤上安裝攝像頭實時監(jiān)控吊鉤高度和變幅避免盲勾等現(xiàn)象。

在主要通道處安裝語音廣播，通過平臺或APP 向廣播發(fā)送語音信息，循環(huán)播報安全警示提醒，提高工人安全意識。

4.5.2 危大工程智能監(jiān)測

高支模變形監(jiān)測：根據(jù)施工方案在現(xiàn)場布設(shè)變形監(jiān)測點位，實時監(jiān)測模架在混凝土澆筑過程中發(fā)生的變形，并通過監(jiān)測設(shè)備將數(shù)據(jù)上傳至電腦統(tǒng)一整理并上傳至住建系統(tǒng)。使用安全培訓(xùn)打印一體機進一步做好入場培訓(xùn)、安全技術(shù)交底、班前培訓(xùn)等工作。

4.6 項目施工BIM 技術(shù)應(yīng)用

建模發(fā)現(xiàn)圖紙問題、解決施工難點，根據(jù)設(shè)計圖紙運用BIM、TEKLA 等軟件建立各專業(yè)模型，更直觀地反映設(shè)計問題及施工難點。

施工模擬，根據(jù)項目進度計劃，模擬動臂塔吊與爬模的爬升，動態(tài)調(diào)整技術(shù)間歇時間以及流水步距，保證不會因一方爬升過快導(dǎo)致技術(shù)間歇時間拉長而影響工期。

深化設(shè)計，利用BIM 技術(shù)進行鋼結(jié)構(gòu)、幕墻等復(fù)雜節(jié)點的深化設(shè)計。

碰撞檢查、方案交底，建立建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、水電等各專業(yè)BIM 模型，在施工前進行碰撞檢查，優(yōu)化施工，進行施工方案交底。

4.7 智能化三維掃描技術(shù)

通過技術(shù)融合將BIM 信息化模型與逆向工程結(jié)合，利用精度達(dá)0.5mm 的工業(yè)級Trimble TX8 三維激光掃描儀，對實際鋼構(gòu)件的大小、位置、形狀等情況，布設(shè)好各測站位置，規(guī)劃掃描站數(shù)和需要測量的特征數(shù)據(jù)，確保獲取的數(shù)據(jù)齊全、完整和可用。通過對掃描模型的測量實現(xiàn)構(gòu)件測量；在工件周圍架設(shè)掃描站點采集數(shù)據(jù)，采用自提目標(biāo)配準(zhǔn)方法，自動計算整體拼接誤差，判斷是否滿足工件的數(shù)據(jù)精度要求。

5 結(jié)論

隨著建筑行業(yè)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，建筑企業(yè)對于施工技術(shù)要求越來越高，要求施工企業(yè)具有更多更高的科技含量。本文針對智能建造和BIM 技術(shù)在超高層項目管理中的應(yīng)用提出了相應(yīng)的解決方案，并通過具體案例來進行論證說明。在未來的研究中，還需要進一步深入研究如何將二者有機結(jié)合起來發(fā)揮更大作用，進一步提高超高層項目管理效率和水平。