智能建造技術在工程建設管理中的應用

丁來友 夏偉翔

（青島華匠建筑勞務有限公司，山東 青島 266400）

現(xiàn)如今，歐美很多發(fā)達國家積極推進信息化與工業(yè)化的融合創(chuàng)新，并制定各項戰(zhàn)略規(guī)劃，我國也陸續(xù)發(fā)布“互聯(lián)網+”行動計劃、人工智能發(fā)展規(guī)劃、“中國制造2025”等。通過持續(xù)推進各項政策，智能化技術、信息化技術持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新，并開始被推廣應用于工業(yè)生產方面，對工程建造行業(yè)的影響越來越深遠。在我國建筑行業(yè)管理轉型方面，也可充分發(fā)揮智能建造技術的重要作用，促進建筑工程建設規(guī)劃、建設、管理等創(chuàng)新發(fā)展。

1 智能建造概述

智能建造面向工程規(guī)劃設計、施工與運營等，將BIM技術與GIS技術相結合，同時，聯(lián)合應用移動網絡、云計算、人工智能、物聯(lián)網等，與工程建設技術進行有效結合，為實現(xiàn)項目建設信息化而創(chuàng)建開放式生態(tài)圈，并由此建立面向工程建設全過程的管理平臺與應用體系。通過采用自動化感知、協(xié)同互動、智能化診斷、智能化決策等，進行工程設計、工廠化加工、動態(tài)檢測、信息化管理等。智能建造技術內容見表1。

表1 智能建造技術內容

2 工程建設管理中智能建造技術的創(chuàng)新應用

2.1 勘查設計階段

工程項目規(guī)劃建設之前，要求由專業(yè)勘查單位對施工場地地質條件、水文條件進行全面勘查，結合勘查所得結果開展工程設計工作。在地質勘查時，要完成地質勘探、物探、地質測繪等；在工程設計階段，需制定項目建設整體方案、初步方案以及施工圖設計方案。智能建造技術持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新，相關技術類型逐漸增加，對于工程建設場地地質勘查的影響較大，在開展勘查設計工作時，可充分利用智能建造技術的優(yōu)勢，對地質勘查工作、數(shù)據(jù)分析整理以及設計方案優(yōu)化調整提供便利，保證勘查設計的高效性與準確性。首先，應用雷達技術進行深層地質勘查，可對項目建設區(qū)域地質構造、地形特征等進行全面勘查，了解復雜地質環(huán)境，同時，還可全面掌握地形、礦物、水文等各類環(huán)境信息?？辈橥瓿珊?，自動化掃描并存儲；其次，遙感大數(shù)據(jù)智能解疑，將勘查所得海量數(shù)據(jù)以及遙感觀測所得數(shù)據(jù)進行收集整理，由此可獲得施工場地多維度勘查數(shù)據(jù)，在此基礎上開展智能化分析，即可對勘查數(shù)據(jù)進行自動化分類，同時，快速準確提取出工程項目規(guī)劃設計中所需應用的參考資料；另外，在工程項目規(guī)劃設計階段，可將BIM 技術與GIS 技術進行聯(lián)合應用，采用BIM技術創(chuàng)建建筑三維模型，對地理空間數(shù)據(jù)進行輕量化融合分析[1]。

2.2 施工建造階段

在施工圖設計完成后，即可開展審核工作，業(yè)主方可組織成立專業(yè)團隊，參與項目建設。施工團隊需結合施工場地勘查資料，科學合理地規(guī)劃場地，結合各分項建設要求進行規(guī)劃，在項目建設中需應用大量資源與設備，需做好施工場地物資調控，在項目建設全過程中強化管控。通過將智能建造技術應用于項目建設環(huán)節(jié)，施工單位可利用各類高新技術對施工場地布局方案進行優(yōu)化調整，提升物資調配應用水平。首先，采用BIM 技術，持續(xù)優(yōu)化施工場地布局規(guī)劃方案，對施工場地平面布置方式進行驗證，判斷方案的可行性，及時找出不足，并采取有效的預防性控制策略，針對施工場地材料加工區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)等，均要求做好合理規(guī)劃；其次，采用物聯(lián)網技術對施工材料進行高效管理。RFID技術發(fā)展迅速，可高效采集建筑材料信息，在施工材料與各類構件生產環(huán)節(jié)，即可置入RFID 芯片，通過應用RFID電子標簽閱讀器，即可全面掌握施工材料運輸、出入庫等情況，實現(xiàn)對施工材料采購、運輸、使用全過程管理；另外，將人工智能技術應用于施工現(xiàn)場作業(yè)管理中，對于人工智能感知系統(tǒng)、BIM 技術以及可視化監(jiān)控技術，均可聯(lián)合應用于施工現(xiàn)場監(jiān)管中，顯著提升施工質量、安全管理水平，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，即可迅速啟動應急機制，對關鍵施工部位和施工環(huán)節(jié)進行強化監(jiān)管，保證施工質量。

2.3 運營維護階段

建筑工廠建設完成并完成交付投入使用后，業(yè)主單位需開展機械設備維護管理，保持項目建設環(huán)境安全、衛(wèi)生，對各類基礎設施進行定期維護管理。通過應用智能建造技術，可對各類設備的運行情況進行監(jiān)管，同時，還能夠對區(qū)域內人員流動情況進行監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)風險問題，可及時發(fā)出預警信號。在這一環(huán)節(jié)，可將大數(shù)據(jù)技術與云計算技術進行有效結合，據(jù)此創(chuàng)建智能化管理平臺，將BIM、GIS、物聯(lián)網感知等海量數(shù)據(jù)進行綜合分析，為項目運維與各項決策提供可靠依據(jù)[2]。

3 智能建造技術的應用案例

3.1 案例項目簡介

某醫(yī)院新建綜合樓總建筑面積57670m2，地上18層，地下3層，該建筑工程使用功能具有綜合性特征，包括門診、急診室、病房、手術室等。該項目建設中，機電系統(tǒng)不僅包含供水、供暖系統(tǒng)，同時還包括醫(yī)用氣體物流系統(tǒng)、軌道小車系統(tǒng)等。項目參建單位比較多，交叉作業(yè)內容較為復雜，總承包單位協(xié)調工作難度較大，在該項目建設管理中，利用智能建造技術可顯著提升項目建設管理水平。綜合考慮項目建設要求、條件等，選用BIM技術，對項目建設全過程實施精細化管控。

3.2 設計階段

（1）BIM 模型管理。依據(jù)《建筑信息模型分類與編碼標準》、GB 50300-2013《建筑工程分部（子分部）工程、分項工程劃分表》行業(yè)標準中的各項規(guī)定要求，并聯(lián)合應用開發(fā)BIM 模型解析算法，對項目建設各階段所上傳的BIM 模型進行全面解析，同時還可提供BIM應用服務。

（2）設計BIM模型智能審核。采用AI算法，對BIM模型展開審核分析，可依據(jù)各項標準進行合規(guī)性審核，同時，還可對各子系統(tǒng)連接情況、機電系統(tǒng)邏輯關系進行審查，顯著提升審查效率。

（3）圖模一致性自動檢查。在網絡平臺創(chuàng)建中，融合應用大量行業(yè)知識，同時，還包含工程語義分析算法，在圖紙、模型分析中對關鍵設備編號以及位置等信息，可實現(xiàn)自動化匹配，進而顯著提升模型審查效率，還能夠為后續(xù)施工、運維階段模型創(chuàng)建分析提供保證。

3.3 施工階段

（1）4D 施工策劃與進度模擬。在互聯(lián)網平臺創(chuàng)建中，融合海量項目模型，可由此開發(fā)設計4D 施工策劃AI 算法，在模型分析中，可對施工任務進行自動化分解，同時還能夠與進度計劃相關聯(lián)，創(chuàng)建4D模型，并對施工過程進行模擬，為施工決策提供參考[3]。

（2）施工質量數(shù)據(jù)分析。在項目建設環(huán)節(jié)，施工質量控制至關重要，在施工質量問題預防控制方面，可收集質量問題數(shù)據(jù)，對質量問題的分布情況、變化情況等進行全面分析與統(tǒng)計。

（3）數(shù)字孿生工地建設與安全管理。在項目建設場地管理方面，可將AI 視頻技術、車輛識別技術、空氣質量監(jiān)測技術、材料檢測技術等進行有效結合，不僅能夠促進管理效率的提升，還可減少能耗損失。例如，在建筑工程能耗監(jiān)管方面應用智能技術，在無人運維狀態(tài)下，可自動化調節(jié)暖通設備，減少能耗損失。另外，在項目建設場地安裝AI 攝像頭，可對施工場地進行全面監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常，并對管理人員發(fā)出預警信號，不僅能夠顯著提升現(xiàn)場監(jiān)管水平，還有利于縮短現(xiàn)場監(jiān)管人員巡查所需時間，緩解勞動力。除此以外，還可應用智能技術對施工場地各類機械設備進行實時檢測，并發(fā)揮預警功能，規(guī)避安全隱患。

（4）工程資料自動分類管理。通過應用網絡技術創(chuàng)建互聯(lián)網平臺，對工程項目建設海量數(shù)據(jù)進行有效融合，同時還可開發(fā)設計文檔管理系統(tǒng)，并創(chuàng)建文檔智能化分析AI模型，可發(fā)揮兩種功能：一種是文檔語義分析，對各類文件進行AI 分析，并提取關鍵內容，便于用戶搜索與查看，快速了解文檔的核心內容；另一種是關鍵詞圖譜，對海量文檔關鍵詞之間的關聯(lián)予以準確表達，并形成關聯(lián)線，有利于查看項目建設相關資料，如基坑開挖、降水等。

3.4 竣工交付階段

對建筑工程模型與實體的一致性進行審查，在這一環(huán)節(jié)，可應用混合現(xiàn)實技術，對于建筑三維模型，以1:1 投射至施工現(xiàn)場，即可對模型和實體展開對比，找出誤差，并對模型進行優(yōu)化調整。在模型檢查環(huán)節(jié)，可對各類設備在項目現(xiàn)場的安裝與運行狀態(tài)進行檢查、調試，并由此實現(xiàn)數(shù)字資產交付。

3.5 運維階段

（1）空間資產可視化管理。在建筑工程BIM 模型的基礎上，對各科室空間占用情況進行檢查，有利于對建筑內部各房間荷載、墻頂?shù)夭牧系冗M行快速檢查，為室內環(huán)境改造決策提供參考。另外，可實現(xiàn)快速查看項目空間資產信息，為資產調配應用提供參考，促進改造決策效率的提升[4]。

（2）移動資產智能定位與精細化管理。通過室內定位以及能耗監(jiān)測，對移動醫(yī)療設備在建筑內部各功能分區(qū)中的分布情況、應用頻率、歷史軌跡等進行全面分析，由此確定資產盤點效率，為資產、設備采購與運維管理提供參考。在設備運行中會產生海量數(shù)據(jù)，采用智能化技術，可自動定位故障發(fā)生率較高的問題，由此開展設備運維，顯著降低各類設備故障發(fā)生率。

（3）建筑設備智能化運維管理。在該項目內部，機電設備、醫(yī)院氣體專用設備比較多，對于各類設備運行情況，均要求進行全面監(jiān)管，在這一環(huán)節(jié)，可采用智能化系統(tǒng)。當設備報警時，可應用BIM 技術對影響范圍與優(yōu)先級進行分析，同時，還可確定故障設備所在位置、故障發(fā)生原因、處理策略等，并將所有信息傳遞至運維管理人員手機，由此開展設備檢修，在檢修合格后，及時上傳檢修信息，由此實現(xiàn)閉環(huán)管控。另外，通過創(chuàng)建并應用BIM運維系統(tǒng)，可對設備歷史保修數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)等進行綜合分析，并創(chuàng)建設備故障預測AI 算法，實現(xiàn)設備故障預測分析，降低故障發(fā)生率。

（4）客流監(jiān)測異常分析與主動式安防管理。在客流監(jiān)測管理方面，可應用人臉識別技術，對于可疑人員以及危險行為，均可實現(xiàn)自動化識別。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，可快速調取監(jiān)控畫面，確定可疑事件發(fā)生位置，并及時通知安保人員。對于醫(yī)院各個出入口的客流情況，也可實現(xiàn)自動化分析，采用BIM 模型，對人、車、物流等進行合理規(guī)劃。

（5）能耗分項計量與節(jié)能管理。對于該醫(yī)院水資源、電能資源、天然氣的計量數(shù)據(jù)，均可集合至BIM 模型，依據(jù)不同回路邏輯關系以及服務范圍，及時找出漏水、過載等異常情況，進而顯著減少能耗損失[5]。

3.6 應用效益

在該醫(yī)院綜合樓建設與運維環(huán)節(jié)，通過采用智能建造技術，可實現(xiàn)對各類機械設備的主動式運維，提升機械設備檢修效率，降低故障發(fā)生率，減少保修數(shù)量與運維費用投入。

傳統(tǒng)的項目建設中，參建單位多，項目管理內容較為復雜，能耗損失與人力投入量均比較大，通過將智能建造技術應用于項目管理中，采用BIM 技術創(chuàng)建建筑三維模型，可對工程設計方案、施工方案進行優(yōu)化調整。

建筑投入使用后，采用智能建造技術，可對建筑運維能耗數(shù)據(jù)進行采集分析，及時診斷異常點，對建筑運行環(huán)節(jié)成本投入進行有效控制。

4 結語

本文結合實例，對智能建造技術在建筑工程建設管理中的應用方式與效果進行了詳細探究。新時期，建筑行業(yè)面臨很多發(fā)展機遇，智能建造技術持續(xù)創(chuàng)新，在促進建筑行業(yè)技術升級方面發(fā)揮著至關重要的作用。與此同時，人工智能、物聯(lián)網、BIM、云計算、大數(shù)據(jù)等各類高新技術均可集成應用于項目建設管理中，由此實現(xiàn)項目智能化設計、施工、運維、管理等，顯著提升智能化建造管理水平，促進建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。