人工智能在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

陳力攀

【摘? 要】 人工智能技術(shù)在土木建筑領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用潛力，人工智能應(yīng)用于工程項目設(shè)計，可以降低設(shè)計的時間成本和人力成本；人工智能應(yīng)用于建筑施工，能夠提高工程項目的施工效率，提高工程施工質(zhì)量，減少事故發(fā)生，保障施工人員的安全；人工智能應(yīng)用于建筑工程維護和運營，能夠提高建筑環(huán)境的舒適性，降低建筑物的能源消耗，提高建筑維護的質(zhì)量，降低人工維護成本。

【關(guān)鍵詞】 人工智能；土木建筑；工程項目設(shè)計；建筑施工；運營維護

土木建筑行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的重要支柱，在快速發(fā)展的同時也面臨著很多難題，例如，土木建筑領(lǐng)域的信息化水平比較低、勞動生產(chǎn)效率不高、缺乏科技創(chuàng)新以及投資利潤率低于社會平均水平等一系列問題。目前人工智能技術(shù)取得了重大突破，人工智能技術(shù)在不少行業(yè)得到較好的應(yīng)用，極大提高了勞動生產(chǎn)效率。為實現(xiàn)我國土木建筑行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展，需要將人工智能技術(shù)應(yīng)用到土木建筑領(lǐng)域的各個環(huán)節(jié)中。利用先進(jìn)人工智能技術(shù)對傳統(tǒng)的土木建筑領(lǐng)域進(jìn)行改造升級，提高勞動生產(chǎn)效率，降低成本和提高收益，這是一個非常有價值的研究課題。

一、人工智能在工程項目設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）人工智能在建筑設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著人工智能技術(shù)的不斷完善，人工智能技術(shù)也開始應(yīng)用到建筑設(shè)計領(lǐng)域，人工智能可以從經(jīng)驗數(shù)據(jù)中識別出規(guī)律性并總結(jié)歸納，經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練與自我學(xué)習(xí)以及建立算法模型，人工智能可以對后面輸入的信息做出判斷。人工智能技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)計行業(yè)，能夠降低設(shè)計工作時間和設(shè)計成本，會極大提高工作效率工作。建筑設(shè)計師只需將容積率、建筑密度、場地位置等參數(shù)輸入到相關(guān)軟件界面，經(jīng)過軟件的運算與評估，軟件可以將最佳的成果方案推薦給建筑設(shè)計師，極大地降低投入設(shè)計工作的時間成本和人力成本。另外人工智能設(shè)計能夠在較短時間內(nèi)生成多個方案，在滿足各種指標(biāo)的前提下快速創(chuàng)造利潤最大化的設(shè)計方案，減少各種硬性指標(biāo)對建筑設(shè)計方案構(gòu)思和創(chuàng)意的束縛。當(dāng)下利用人工智能技術(shù)創(chuàng)作建筑方案還停留在初級階段，未來人工智能技術(shù)還可能學(xué)習(xí)建筑師設(shè)計手法和設(shè)計風(fēng)格，將建筑設(shè)計師的設(shè)計風(fēng)格和智慧進(jìn)行歸納總結(jié)，協(xié)助建筑設(shè)計師完成建筑設(shè)計方案創(chuàng)作。

（二）人工智能在結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)發(fā)展成熟，常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)形成了固定的工作模式，但是也面臨著結(jié)構(gòu)設(shè)計人員勞動強度大、工作效率低的問題，難以滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需求等問題，同時無法有效利用已經(jīng)積累的大量結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)。利用人工智能可以通過對現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，掌握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)律，可以在設(shè)計階段快速生成新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，利用人工智能還可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計可以提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性，同時降低建筑結(jié)構(gòu)的造價。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需要進(jìn)行大量的計算和試錯，消耗時間多且效果不理想。應(yīng)用人工智能技術(shù)，通過建立高效的算法模型，可以提高建筑結(jié)構(gòu)分析準(zhǔn)確性和速度，實現(xiàn)自動化的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，極大降低結(jié)構(gòu)設(shè)計的時間成本和人力成本。

二、人工智能在建筑施工領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）人工智能在建筑施工計劃編制中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)能夠在建筑施工計劃編制中發(fā)揮重要的作用。首先，利用人工智能技術(shù)分析建筑施工的歷史數(shù)據(jù)，能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測建筑施工所需時間和資源，有利于工程項目管理團隊制定比較合理的建筑施工計劃，盡量避免工期延誤和資源浪費。其次，可以利用人工智能技術(shù)來優(yōu)化建筑施工計劃，提高建筑施工效率和質(zhì)量。例如，通過比較不同施工任務(wù)之間的優(yōu)先級與依賴關(guān)系，人工智能能夠自動調(diào)整建筑施工順序，確保建筑施工過程的連貫與順利進(jìn)行。此外，利用人工智能技術(shù)還能夠?qū)崟r監(jiān)控建筑施工進(jìn)度，識別潛在的施工風(fēng)險和問題，并提供具有針對性的解決方案。人工智能技術(shù)結(jié)合建筑施工管理系統(tǒng)使用，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的建筑施工計劃編制與管理，提高工程項目的施工效率。

（二）人工智能在施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用

工程質(zhì)量控制是建筑施工領(lǐng)域中非常重要的環(huán)節(jié)，基于人工智能技術(shù)的質(zhì)量檢測技術(shù)可以利用各種攝像頭和傳感器獲得大量的數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，這些數(shù)據(jù)包含建筑施工現(xiàn)場的聲音、圖像、溫度等各種信息，應(yīng)用人工智能技術(shù)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，可以準(zhǔn)確快速地判斷工程施工質(zhì)量是否符合相關(guān)規(guī)范要求，基于人工智能的工程質(zhì)量檢測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)下面功能：

缺陷檢測：通過對獲取的工程施工現(xiàn)場的圖像資料進(jìn)行分析，人工智能系統(tǒng)能夠自動識別工程施工過程中出現(xiàn)的缺陷，例如開裂、滲漏等問題，及早發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題并盡快修復(fù)，以免造成更大的工程質(zhì)量隱患。

成果檢驗：在工程施工完成后，人工智能系統(tǒng)能夠?qū)ㄖ锏膱D像等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷工程質(zhì)量是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。例如，墻面平整度檢測、色差檢測等，確保建筑物的質(zhì)量是否符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

過程監(jiān)測：通過人工智能系統(tǒng)能夠?qū)こ淌┕がF(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)工程施工中出現(xiàn)的各種異常情況。例如，檢測工程施工進(jìn)度是否出現(xiàn)延誤、工程施工工藝是否符合相關(guān)規(guī)范等，保證工程施工質(zhì)量和工期并降低相關(guān)風(fēng)險。

報告分析生成：基于人工智能技術(shù)的工程質(zhì)量檢測能夠自動分析并生成質(zhì)量檢測報告，提供詳細(xì)的工程質(zhì)量數(shù)據(jù)和，方便工程管理人員分析和決策。這樣能夠極大提高工作效率。

通過推廣基于人工智能的工程質(zhì)量檢測技術(shù)，工程施工領(lǐng)域能夠?qū)崿F(xiàn)工程質(zhì)量控制的智能化，極大提高工程施工質(zhì)量和效率。

（三）人工智能在施工安全管理中的應(yīng)用

利用人工智能技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測工程施工過程中有可能出現(xiàn)的各種安全隱患，同時通過在工程施工場地布置安裝監(jiān)控攝像頭和各種傳感器，人工智能能夠?qū)崟r監(jiān)測工程施工現(xiàn)場實時情況，人工智能利用深度學(xué)習(xí)算法能夠?qū)こ淌┕がF(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識別出各種安全風(fēng)險隱患，并發(fā)出警報信息，以便工程管理人員及時采取對應(yīng)的措施，防止事故發(fā)生，保障施工人員的安全。

三、人工智能在建筑運營維護中的應(yīng)用

（一）人工智能在建筑智能照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

應(yīng)用智能照明系統(tǒng)能夠有效地管理建筑物的各種照明設(shè)備，提高建筑物能源利用效率。通過利用傳感器技術(shù)與人工智能算法，智能照明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑照明設(shè)備進(jìn)行智能化控制和管理。首先，通過布置在建筑物各區(qū)域的各種傳感器，人工智能系統(tǒng)能夠?qū)崟r感知相關(guān)人員的存在和活動狀況，智能地調(diào)節(jié)照明設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)和亮度，提高建筑物能源利用效率與照明效果。其次，智能照明系統(tǒng)能夠通過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為建筑管理者提供建筑能源消耗的實時監(jiān)測分析報告，通過對建筑物能源數(shù)據(jù)的深入分析，能夠發(fā)現(xiàn)建筑物能源浪費狀況和潛在的節(jié)能空間，進(jìn)而采取針對性的節(jié)能措施。最后，智能照明系統(tǒng)還能夠利用手機實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，讓建筑業(yè)主能夠隨時通過手機對智能照明設(shè)備進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，提高管理智能照明系統(tǒng)的便利性。

（二）人工智能在建筑智能供暖與通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)應(yīng)用于建筑供暖與通風(fēng)系統(tǒng)，能夠更加高效進(jìn)行節(jié)能管理。利用傳感器可以實時監(jiān)測建筑物內(nèi)部的濕度、溫度和空氣質(zhì)量等相關(guān)數(shù)據(jù)，利用自主學(xué)習(xí)算法對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控和優(yōu)化。在建筑智能供暖方面，根據(jù)建筑物內(nèi)部及外部的溫度、季節(jié)等數(shù)據(jù)，利用人工智能技術(shù)可以控制供暖設(shè)備的溫度調(diào)節(jié)和開關(guān)，從而達(dá)到最好的舒適度，并提高能源利用效率。智能供暖系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)業(yè)主的使用習(xí)慣和建筑物內(nèi)部的熱傳輸特性，能夠自動調(diào)節(jié)供暖策略，提供個性化的服務(wù)。在建筑智能通風(fēng)系統(tǒng)方面，利用傳感器獲得建筑內(nèi)外的濕度、二氧化鈦濃度等數(shù)據(jù)，建筑智能通風(fēng)系統(tǒng)可以控制通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)量調(diào)節(jié)和開關(guān)，保持建筑物內(nèi)的空氣質(zhì)量，根據(jù)建筑的人流量等數(shù)據(jù)，能夠智能調(diào)節(jié)通風(fēng)策略，實現(xiàn)節(jié)約能源的目的。建筑智能供暖與通風(fēng)系統(tǒng)通過應(yīng)用人工智能技術(shù)，能夠有效地管理建筑物的能源，提升建筑環(huán)境的舒適度，降低建筑物能源消耗，人工智能技術(shù)在建筑智能供暖與通風(fēng)系統(tǒng)方面的應(yīng)用中具有非常好的前景。

（三）人工智能在建筑智能監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前人工智能技術(shù)在建筑智能監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展迅速，利用各種傳感器和人工智能算法，可以實時監(jiān)測并分析建筑物的各種數(shù)據(jù)，可以預(yù)測各種潛在的安全風(fēng)險和隱患，并及時提供預(yù)警信息。建筑智能監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)能夠全方位監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)的安全。通過布置在建筑物外部和內(nèi)部的各種傳感器，智能系統(tǒng)可以實時感知到建筑結(jié)構(gòu)的振動、變形、位移等信息數(shù)據(jù)，還能監(jiān)測到建筑環(huán)境的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)。利用人工智能算法對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，智能系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確評估建筑結(jié)構(gòu)的健康狀況，發(fā)現(xiàn)潛在的各種安全風(fēng)險。例如，如果智能系統(tǒng)監(jiān)測到建筑結(jié)構(gòu)的裂縫、位移過大等異常情況，會馬上發(fā)出預(yù)警，提醒管理人員采取必要補救措施，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全。此外，建筑智能監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)通過對建筑物實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)和分析，能夠預(yù)測建筑物未來的潛在風(fēng)險和維護需求，例如設(shè)備故障、能耗異常等，能夠根據(jù)建筑物使用情況，對建筑物進(jìn)行綜合評估，以減少潛在的各種風(fēng)險。

（四）人工智能在建筑自動化消防系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)在建筑自動化消防系統(tǒng)中的應(yīng)用具有很高的潛力和重要性，通過利用人工智能技術(shù)，建筑自動化消防系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)感知、分析與決策等功能，對建筑物發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險實時監(jiān)測并處理，該智能系統(tǒng)可以監(jiān)測并識別火災(zāi)跡象，然后快速啟動建筑滅火設(shè)備，同時向有關(guān)人員發(fā)出警報信號。首先，建筑自動化消防系統(tǒng)利用各種傳感器，監(jiān)測建筑物的溫度、煙霧等指標(biāo)，當(dāng)指標(biāo)超出規(guī)定的安全范圍時，智能系統(tǒng)能夠判斷是否已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)，并做出快速反應(yīng)。其次，該智能系統(tǒng)能夠與其他系統(tǒng)進(jìn)行銜接。例如，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，智能系統(tǒng)可以快速切斷電源和液化氣源，確?；馂?zāi)不會發(fā)生蔓延風(fēng)險。最后，建筑自動化消防系統(tǒng)能夠進(jìn)行智能化報警，當(dāng)智能系統(tǒng)監(jiān)測到火災(zāi)跡象時，會立刻向有關(guān)人員發(fā)送警報信息，包括火災(zāi)狀況和最佳逃生路線等信息。同時，智能系統(tǒng)還能夠與消防部門進(jìn)行連接，實現(xiàn)實時求助。

（五）人工智能在建筑工程維修與保養(yǎng)中的應(yīng)用

隨著人工智能技術(shù)突破，智能機器人在建筑工程維修與保養(yǎng)中的應(yīng)用日益廣泛。一方面，智能機器人在建筑工程維修和保養(yǎng)中具有精確性和高效性的優(yōu)勢。智能機器人利用傳感器技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測建筑工程設(shè)備運行情況，并采用相應(yīng)的維修與保養(yǎng)措施，有效提升建筑工程維護的質(zhì)量和效率。另一方面，智能機器人應(yīng)用于建筑行業(yè)帶來了更高的安全性，智能機器人能夠承擔(dān)比較危險的工程維修和保養(yǎng)任務(wù)，避免人工操作可能發(fā)生的傷害。智能機器人還能夠根據(jù)建筑工程設(shè)備的實際情況，及時把相關(guān)數(shù)據(jù)信息反饋給工程管理者，供其進(jìn)行決策，實現(xiàn)對建筑工程設(shè)備的有效管理。隨著人工智能技術(shù)突破，智能機器人將在建筑工程的維修與保養(yǎng)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

四、結(jié)語

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能在工程項目設(shè)計、建筑施工、建筑運營與維護等方面都得到了應(yīng)用，目前人工智能在土木建筑領(lǐng)域的發(fā)展還處于初級階段，在土木建筑領(lǐng)域中的大規(guī)模實際運用還需要一段時間，從已有的研究來看，人工智能在土木建筑領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。

1. 人工智能技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以降低工程項目設(shè)計的時間成本和人力成本。

2. 人工智能技術(shù)應(yīng)用于建筑施工領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的建筑施工計劃編制與管理，提高工程項目的施工效率；能夠?qū)崿F(xiàn)工程質(zhì)量控制的智能化，極大地提高工程施工質(zhì)量和效率；能夠減少事故發(fā)生，保障施工人員的安全。

3. 人工智能技術(shù)應(yīng)用于建筑維護和運營領(lǐng)域，能夠提高建筑環(huán)境的舒適性，降低建筑物的能源消耗，提高建筑維護的質(zhì)量，降低人工維護成本，防止火災(zāi)等各種風(fēng)險隱患。

4. 目前人工智能技術(shù)在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用存在一些問題，例如，人工智能系統(tǒng)簡單，人工智能應(yīng)用比較單一，人工智能系統(tǒng)之間缺少協(xié)調(diào)合作等，這些問題需要進(jìn)行更深入研究。

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