數(shù)字化轉(zhuǎn)型在綠色建筑施工中的應(yīng)用

趙洪斌

（中國建筑第四工程局有限公司，廣州 510000）

1 前言

在當(dāng)今快速發(fā)展的數(shù)字時(shí)代，各行各業(yè)都在尋求數(shù)字化的轉(zhuǎn)型和升級(jí)，工程建設(shè)行業(yè)也不例外。綠色施工作為一種新型的施工理念和方法，其目標(biāo)是在保障工程質(zhì)量的同時(shí)，盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)施工過程的節(jié)能、低碳和可持續(xù)發(fā)展。然而，綠色施工的實(shí)現(xiàn)需要依賴于先進(jìn)的技術(shù)支持。數(shù)字化技術(shù)的引入正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑之一。如何將數(shù)字化技術(shù)融入綠色施工，提高施工效率，降低環(huán)境污染，成為當(dāng)前亟須解決的問題。

2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景及重要性

2.1 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的定義

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是指企業(yè)或組織利用數(shù)字技術(shù)的力量，通過改變運(yùn)營(yíng)方式、提升工作流程的效率和創(chuàng)新商業(yè)模式，以更好地適應(yīng)市場(chǎng)變化和滿足消費(fèi)者需求的一種戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，企業(yè)將傳統(tǒng)的線下業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的業(yè)務(wù)形式，將數(shù)據(jù)資源轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蝌?qū)動(dòng)決策和創(chuàng)新的重要資產(chǎn)。同時(shí)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型還涉及到組織文化的改變，要求企業(yè)形成一種開放的文化氛圍，鼓勵(lì)員工擁抱變化，不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。

2.2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型在工程建設(shè)行業(yè)的重要性

在工程建設(shè)行業(yè)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義尤為重要。工程建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到設(shè)計(jì)、施工、管理和維護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)。過去，這些環(huán)節(jié)通常依靠人工進(jìn)行，不僅效率低，而且容易出錯(cuò)。隨著數(shù)字化技術(shù)的引入，工程建設(shè)行業(yè)開始進(jìn)行全面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過利用建筑信息模型（BIM）、無人機(jī)、傳感器等先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目的精準(zhǔn)管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控。這樣不僅可以提高工程項(xiàng)目的質(zhì)量和效率，還可以有效降低成本，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，數(shù)字化轉(zhuǎn)型還有助于實(shí)現(xiàn)綠色施工，通過對(duì)工程項(xiàng)目的精細(xì)管理，減少對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 數(shù)字化轉(zhuǎn)型在綠色施工中的應(yīng)用

3.1 信息技術(shù)在綠色施工中的應(yīng)用

3.1.1 建筑信息模型（BIM）的應(yīng)用

在現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域，建筑信息模型（BIM）的應(yīng)用日益普及，其對(duì)于提升工程項(xiàng)目的質(zhì)量和效率，降低成本具有重要意義。BIM是一種基于數(shù)字技術(shù)的建筑工程信息模型，通過對(duì)建筑物的幾何形狀、材料屬性、時(shí)間信息、成本等進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目的精確管理和可視化展示?；贐IM技術(shù)的三維可視化功能，使得工程設(shè)計(jì)、施工和管理等環(huán)節(jié)更加協(xié)同，避免了傳統(tǒng)工程中常見的設(shè)計(jì)變更和工程返工等問題。

表1 BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用效果

3.1.2 無人機(jī)和傳感器技術(shù)的應(yīng)用

無人機(jī)和傳感器技術(shù)在建筑施工領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛，其通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，有效提升了施工安全和工程質(zhì)量。無人機(jī)通過拍攝高清圖片和視頻，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患，提升施工安全水平。傳感器技術(shù)通過收集施工現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、振動(dòng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保工程項(xiàng)目的質(zhì)量合格。

表2 無人機(jī)和傳感器技術(shù)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用效果

3.1.3 云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

在現(xiàn)代建筑施工領(lǐng)域，云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也發(fā)揮著重要作用。云計(jì)算提供了一個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算平臺(tái)，使得建筑企業(yè)可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得所需的計(jì)算資源，無需投入巨大的硬件設(shè)備，降低了成本。大數(shù)據(jù)則通過分析大量的數(shù)據(jù)，為工程項(xiàng)目的決策提供科學(xué)的依據(jù)，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)、施工和管理等環(huán)節(jié)。

3.2 人工智能在綠色施工中的應(yīng)用

3.2.1 人工智能在施工管理中的應(yīng)用

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，其在施工管理領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸普及，為工程項(xiàng)目的成功實(shí)施提供了有力支持。人工智能在施工管理中的應(yīng)用體現(xiàn)在對(duì)工程項(xiàng)目的計(jì)劃、進(jìn)度、成本等方面的智能分析和優(yōu)化。例如，通過使用人工智能算法，可以分析工程項(xiàng)目的進(jìn)度數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)度的智能預(yù)測(cè)。具體的模型公式如下：

其中，Pi為第i 個(gè)工程項(xiàng)目的進(jìn)度預(yù)測(cè)值，Wij為第i個(gè)工程項(xiàng)目對(duì)第j 個(gè)因素的權(quán)重，Dj為第j 個(gè)因素的數(shù)據(jù)值，Bi為第i 個(gè)工程項(xiàng)目的基準(zhǔn)進(jìn)度值。通過對(duì)上述公式的計(jì)算，可以得到工程項(xiàng)目的進(jìn)度預(yù)測(cè)值，從而為工程項(xiàng)目的計(jì)劃和調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。此外，人工智能在施工管理中的應(yīng)用還體現(xiàn)在對(duì)工程項(xiàng)目成本的智能預(yù)測(cè)和優(yōu)化。通過使用人工智能算法，可以分析工程項(xiàng)目的成本數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目成本的智能預(yù)測(cè)。

3.2.2 人工智能在施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用

控制施工質(zhì)量不僅關(guān)乎工程的成功，還涉及到項(xiàng)目的長(zhǎng)期可靠性和持續(xù)性。近年來，人工智能的應(yīng)用正賦予施工質(zhì)量控制前所未有的動(dòng)力。其中，支持向量機(jī)（SVM）成為施工質(zhì)量預(yù)測(cè)和分類的一種流行方法。考慮到線性SVM，其目標(biāo)函數(shù)可以描述為：

在此約束下：

其中，Xi是輸入的特征向量，yi是類標(biāo)簽，ξi是松弛變量。使用SVM可以幫助區(qū)分質(zhì)量達(dá)標(biāo)與未達(dá)標(biāo)的工程部分，為項(xiàng)目管理者提供強(qiáng)有力的決策支持。

3.2.3 人工智能在施工安全管理中的應(yīng)用

施工安全管理是建筑行業(yè)中的核心議題之一。為確保工人安全，人工智能方法被用于預(yù)測(cè)潛在的安全隱患。常用于此的是決策樹算法，特別是隨機(jī)森林。隨機(jī)森林是建立在決策樹基礎(chǔ)上的集成方法，通過結(jié)合多個(gè)決策樹的預(yù)測(cè)來提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。其中，特征選擇可以描述為：

IG 是信息增益，Dp是父節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集，Dj是第j個(gè)子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集，I 是不純度函數(shù)。隨機(jī)森林可以幫助分析工地上的各種數(shù)據(jù)，識(shí)別可能的危險(xiǎn)因素，并為管理者提供關(guān)于如何減少這些風(fēng)險(xiǎn)的建議。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)在綠色施工中的應(yīng)用

3.3.1 物聯(lián)網(wǎng)在材料管理中的應(yīng)用

在工程建設(shè)領(lǐng)域，材料管理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它涉及到材料的采購、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等多個(gè)環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)通過將各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸和共享。在材料管理方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的實(shí)時(shí)監(jiān)控和追蹤，從而提高材料管理的效率和準(zhǔn)確性。如圖1 所示，通過使用RFID 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的實(shí)時(shí)追蹤，從而確保材料能夠按時(shí)到達(dá)工程現(xiàn)場(chǎng)。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能夠通過分析材料的使用情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的優(yōu)化調(diào)配，從而降低材料的浪費(fèi)。

圖1 RFID 應(yīng)用架構(gòu)圖

圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)空氣監(jiān)測(cè)

3.3.2 物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

環(huán)境監(jiān)測(cè)涉及空氣質(zhì)量、噪音、溫度等多個(gè)因素的監(jiān)測(cè)，而傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)主要依靠人工進(jìn)行，不僅效率低，而且容易出錯(cuò)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益成為可能。物聯(lián)網(wǎng)通過將各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸和共享。在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境因素的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。例如，通過使用傳感器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而確保工程現(xiàn)場(chǎng)的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能夠通過分析環(huán)境數(shù)據(jù)，找出環(huán)境問題的根源，從而采取相應(yīng)的措施來改善環(huán)境。

4 數(shù)字化轉(zhuǎn)型在綠色施工中的未來趨勢(shì)

在未來，技術(shù)創(chuàng)新將主要集中在施工材料、施工工藝和施工設(shè)備等方面。其中，施工材料將朝著環(huán)保、高效、可循環(huán)利用的方向發(fā)展，減少對(duì)環(huán)境的影響，降低材料消耗；施工工藝將更加注重節(jié)能減排，減少施工過程中的能源消耗和污染物排放，提高施工效率；施工設(shè)備將利用先進(jìn)的技術(shù)，提升設(shè)備性能，降低設(shè)備對(duì)環(huán)境的影響。

在未來，管理模式的變革將主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，綠色施工的管理將更加注重可持續(xù)發(fā)展的理念，通過優(yōu)化施工方案，提高施工效率，減少施工過程中的能源消耗和污染物排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的雙重效益；其次，綠色施工的管理將更加注重協(xié)同合作的理念，通過提升團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力，優(yōu)化資源的配置，提升施工效果；最后，綠色施工的管理將更加注重創(chuàng)新的理念，通過引入新的技術(shù)和方法，不斷提升施工質(zhì)量和效率。此外，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用將成為綠色施工管理模式變革的重要推手，為管理者提供科學(xué)的決策依據(jù)，提升管理效果。

5 結(jié)論

綜上所述，數(shù)字化轉(zhuǎn)型為建筑行業(yè)帶來了前所未有的變革機(jī)遇，新的技術(shù)如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等為施工流程提供了更加智能、高效和環(huán)保的解決方案。技術(shù)創(chuàng)新不斷地推動(dòng)施工材料、工藝和設(shè)備的升級(jí)，而新的管理模式則確保了施工過程中的持續(xù)性、協(xié)同性和創(chuàng)新性。這一轉(zhuǎn)型并非簡(jiǎn)單地采用新技術(shù)，而是深入理解并將其與建筑行業(yè)的核心需求相結(jié)合，進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)朝著可持續(xù)、高效和綠色的方向發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，各方應(yīng)持續(xù)關(guān)注技術(shù)進(jìn)步，積極參與和推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程，確保建筑行業(yè)在未來能夠?yàn)樯鐣?huì)和環(huán)境帶來更大的價(jià)值。