建設(shè)工程管理中智能建造技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

高文江， 蘭晶晶， 曹鴻昂（山東信義工程管理有限公司）

1 智能建造技術(shù)的定義和應(yīng)用領(lǐng)域

智能建造技術(shù)是指通過先進的工具、設(shè)備和軟件，實現(xiàn)建設(shè)過程自動化、數(shù)字化和智能化的技術(shù)，其特點包括信息化、智能化和協(xié)同化。信息化指通過建筑信息模型（BIM）等技術(shù)實現(xiàn)施工信息的集成和共享，智能化指利用人工智能、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)實現(xiàn)自動化和智能化的建造過程。協(xié)同化指通過協(xié)同工具和平臺實現(xiàn)項目各方之間的信息共享和協(xié)同工作，提高團隊合作效率。

智能建造技術(shù)可以根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和功能進行分類。按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為建筑施工智能化、土木工程智能化和裝備制造智能化等。建筑施工智能化主要應(yīng)用于建筑施工過程中的信息管理、進度控制、質(zhì)量檢測等方面。土木工程智能化主要應(yīng)用于橋梁、隧道、道路等土木工程的設(shè)計、施工和監(jiān)測。裝備制造智能化主要應(yīng)用于建筑施工中的機械設(shè)備制造和控制系統(tǒng)。

2 智能建造的核心技術(shù)

2.1 建筑信息技術(shù)

BIM技術(shù)實際上是一種3D數(shù)字化技術(shù)，其能夠?qū)υO(shè)計、實施及經(jīng)營管理工作過程中的數(shù)據(jù)進行整合，并基于以上數(shù)據(jù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型。在我國，BIM技術(shù)已經(jīng)成為一項由二維向三維、由圖像向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的設(shè)計和施工流程，運用信息化的施工方式，能更好地進行施工過程的控制，降低施工差錯的發(fā)生率。從長遠看，BIM技術(shù)的應(yīng)用，不但可以為建設(shè)項目創(chuàng)造可觀的利潤，而且可以為將來的建設(shè)、維護和運營提供方便，對工程中的各個參與者，都能有效地減少錯誤，縮短施工時間，有效降低施工成本。目前，BIM 技術(shù)在建筑項目施工中的工作內(nèi)容有：三維模型的建立，虛擬現(xiàn)實的展示；檢查錯誤，檢查遺漏，減少返工的可能性。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

從工程建設(shè)初期的策劃、方案設(shè)計到項目后期的實施各個環(huán)節(jié)，都會生成大量的與造價、建筑、施工、技術(shù)有關(guān)的信息，這些不同形式的信息累積，已經(jīng)成為建筑領(lǐng)域的主要信息媒體，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的主要作用就是挖掘出這些信息，從而為項目的決策提供一個真實可靠的數(shù)字基礎(chǔ)。所以，通過大數(shù)據(jù)的分析，可以根據(jù)房屋周圍的人口密度、居民來源、人員流動等，對商業(yè)、居住的空間范圍進行科學(xué)合理的規(guī)劃，從而成為對房屋進行選址的有效性的依據(jù)。在運營階段，利用大數(shù)據(jù)的處理能力，對運營進行預(yù)測、預(yù)警、規(guī)劃和引導(dǎo)，確保運營的安全性。

2.3 人工智能技術(shù)

該技術(shù)主要涉及：機器學(xué)習(xí)與智能獲取、智能機器人等。目前，建筑業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)，并在工程管理的一些方面得到廣泛應(yīng)用，如生成施工圖、規(guī)劃現(xiàn)場、預(yù)算工程成本、分析工程效益等[1]。該系統(tǒng)與人員、進度、合同等方面的管理密切相關(guān)，可最大限度地細化工程管理。而在未來，相對重要的建造輔助工具將以機器人為主，其能夠取代人工實現(xiàn)一些高危作業(yè)任務(wù)的順利完成。

3 工程建設(shè)管理中智能建造技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

3.1 勘察設(shè)計階段

施工前，要落實工程地質(zhì)勘察工作，繼而以勘察結(jié)果為依據(jù)設(shè)計、規(guī)劃工程?？辈炀唧w開展環(huán)節(jié)，有關(guān)人員要從工程地質(zhì)出發(fā)，落實必要的測繪、勘探、物探等工作，也要整編內(nèi)業(yè)資料并繪制圖表和勘察報告等。設(shè)計人員的主要工作是方案、初步、施工圖等幾方面的設(shè)計。在智能技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢逐步凸顯的背景下，勘察設(shè)計人員工作開展的過程，可在地質(zhì)勘查及數(shù)據(jù)收集、設(shè)計優(yōu)化方面應(yīng)用智能技術(shù)，以輔助勘察設(shè)計準確度?？辈煸O(shè)計人員可以把最新的智能技術(shù)運用到地質(zhì)勘查、數(shù)據(jù)搜集和分析優(yōu)化設(shè)計中去，從而提高勘察設(shè)計的精確度和完整性。①深層次的勘探。即利用雷達等先進的檢測技術(shù)，對地質(zhì)、水文等環(huán)境信息進行自動掃描、識別、存儲。②智能化的遙感數(shù)據(jù)分析。利用測量數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)，科學(xué)地分析了施工現(xiàn)場的大量多維勘察資料，可快速獲取有用的設(shè)計參考資料，并對勘察資料進行自動分類。③對BIM進行了優(yōu)化。BIM技術(shù)是當前建筑工程中最常用的一種技術(shù)，并且BIM 技術(shù)在今后的設(shè)計和運行中都將扮演重要角色，例如BIM 與GIS技術(shù)、BIM 和VR 技術(shù)相結(jié)合，可以為建筑設(shè)計提供更多的三維信息。其中，BIM和GIS的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)BIM模型在GIS中的有效應(yīng)用。通過對空間關(guān)系比較復(fù)雜的線路、橋梁等工程項目進行輕量化融合，可以為工程設(shè)計提供更好的情景體驗和數(shù)字分析工具。未來應(yīng)重點開發(fā)基于人機交互的多種施工方案的施工方法、施工技術(shù)，建設(shè)智慧施工現(xiàn)場，實現(xiàn)施工現(xiàn)場智能化控制，并有序開展智能化施工技術(shù)。

3.2 施工建造階段

施工圖設(shè)計通過審核后，業(yè)主應(yīng)將其委托至專業(yè)施工團隊進行施工。在這一階段，施工隊伍需要對項目的選址進行合理規(guī)劃，對項目各個子項目的建設(shè)計劃進行精確設(shè)計，組織和協(xié)調(diào)材料的調(diào)配，以及對整個項目的總體控制。在智能化技術(shù)的不斷發(fā)展下，施工方可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，優(yōu)化場地布置，強化建筑材料的控制，以及整個施工過程的控制。①利用BIM 技術(shù)對現(xiàn)場進行規(guī)劃設(shè)計。運用BIM模型對現(xiàn)場工地的平面布局進行了有效的仿真和驗證，通過對流程分析的執(zhí)行進行仿真，提前找出問題，在項目開始之前排除一切可能存在的不合理因素，對加工場地、生活區(qū)、臨時設(shè)施等進行合理安排，通過仿真，確定了最佳的排布方式，保證了工程的正常進行。②強化材料使用，RFID技術(shù)是一種足夠快速、準確地采集以及加工建筑材料的技術(shù)，將其與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，就可以很好地實現(xiàn)物料的實時跟蹤和監(jiān)控，使得物料管理更為便捷和精確[2]。③人工智能下的作業(yè)管理。該方面主要是有機整合BIM、人工智能感知和可視化監(jiān)控等系統(tǒng)，以實時監(jiān)控現(xiàn)場安全隱患、險情，也可自動從三維角度建模重點、關(guān)鍵部位，對工程進度進行判斷，促進進度管理效果的提升，保證智能化工程進度監(jiān)控目標良好實現(xiàn)。

3.3 智能運維

智能運維主要面向客戶需求，通過智能系統(tǒng)開展建筑管理，確保為客戶提供規(guī)范化、個性化服務(wù)，包含空間管理、安防管理、設(shè)備管理、能源管理和巡檢管理的智能化。①空間管理的智能化能結(jié)合建筑空間特點和用戶需求，將建筑場景通過虛擬可視化方式呈現(xiàn)出來，為用戶交互體驗提供渠道，常用于園區(qū)、物業(yè)管理、商超管理、遠程巡檢、智能流水線等工作情景。②安防管理的智能化給住戶帶來更加舒適、安全的居住環(huán)境，通過智能化系統(tǒng)識別地區(qū)異常信號，控制可疑人員出入，提高巡檢工作的有效性。③設(shè)備管理的智能化包括設(shè)備智能化與管理智能化，前者能使設(shè)備自動判斷當前情形，后者則基于智能化系統(tǒng)開展設(shè)備管理，提高管理效果。④智能化能源管理能實時獲取當前樓宇內(nèi)水、電、燃氣等消耗情況，并依據(jù)該信息制定節(jié)能計劃，降低能耗。⑤智能化巡檢管理依托智能化技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)，分析建筑內(nèi)人員、設(shè)備、環(huán)境變化情況，發(fā)現(xiàn)問題時第一時間發(fā)送至相關(guān)部門，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化、可視化巡檢。

3.4 維修方面的革新

在智能科技的輔助下，企業(yè)方可以利用信息技術(shù)，對基礎(chǔ)設(shè)施和各種設(shè)備的工作情況進行遠程控制，對范圍內(nèi)的員工活動進行全面的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的風(fēng)險，并進行預(yù)警。目前，建設(shè)基于“大數(shù)據(jù)”和“云計算”的智慧施工系統(tǒng)，是智慧施工系統(tǒng)的主要應(yīng)用，基于物聯(lián)網(wǎng)感知、視覺多媒體、BIM、GIS 等各類數(shù)據(jù)，對企業(yè)運行階段的大數(shù)據(jù)進行智能查詢和信息分類，并對數(shù)據(jù)進行了深度數(shù)據(jù)挖掘，為公司運行階段的運營優(yōu)化和管理提供數(shù)據(jù)支持。

3.5 項目管理

在項目管理中，智能建造技術(shù)主要應(yīng)用于BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等方面，可以實現(xiàn)建設(shè)全生命周期的數(shù)字化管理和優(yōu)化。在項目初始化階段，通過采用BIM 技術(shù)進行三維建模，可以提前發(fā)現(xiàn)存在的設(shè)計缺陷，并及時優(yōu)化。在施工階段，BIM技術(shù)可以協(xié)助施工過程的日程計劃、進度監(jiān)控、質(zhì)量控制、變更管理等，提高施工效率和質(zhì)量。在建造完成后，依然可以通過BIM 技術(shù)進行維護管理，實現(xiàn)建筑全生命周期的管理和優(yōu)化。施工階段則可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行實時監(jiān)控，如風(fēng)速、溫度、濕度等參數(shù)的監(jiān)測與分析，及時預(yù)警隱患并及時采取措施。同時，物聯(lián)網(wǎng)可以進行建筑設(shè)備監(jiān)控和管理，通過數(shù)據(jù)采集分析進行設(shè)備的智能化控制和管理，實現(xiàn)設(shè)備的自動化運行和維護。

3.6 施工質(zhì)量與安全的智能檢測

通過檢測目標的智能采集和智能檢測，能夠快速提升施工現(xiàn)場的質(zhì)量管理水平。首先，把從施工現(xiàn)場所采集到的數(shù)據(jù)，在云端進行預(yù)處理，然后再采用智能檢測算法最終生成缺陷信息、行為信息，警報信息，最后把所有信息匯總后進行存儲，再將其與人為判斷的結(jié)果進行比對，再對檢測算法進行優(yōu)化迭代，這樣能夠有效降低誤檢率，在檢驗工作期間，檢驗工作人員需要仔細嚴格地檢測整體建筑的各個細節(jié)，并做好檢測結(jié)果的記錄工作，以保障檢測數(shù)據(jù)信息的可靠性和準確性，必須制定嚴格的施工規(guī)范和技術(shù)規(guī)范，確保各工序之間的銜接，確保智能化技術(shù)在最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

4 智能建造技術(shù)的實際應(yīng)用案例

4.1 案例一：信息化管理提升工程進展透明度

某城市在新建一座高層商業(yè)綜合體時，采用了先進的信息化管理系統(tǒng)。項目管理團隊通過該系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控到項目進度、成本以及資源的使用情況。數(shù)據(jù)顯示，在引入信息化管理系統(tǒng)的前后，項目的工程進展透明度得到顯著提升。項目經(jīng)理可以清晰地了解到每個施工節(jié)點的完成情況，及時發(fā)現(xiàn)解決問題，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，系統(tǒng)還為管理者提供了更準確的成本預(yù)測，有效優(yōu)化了項目的資金使用效率。這一案例充分展示了信息化管理在建筑工程中提升透明度、降低風(fēng)險的優(yōu)勢。

4.2 案例二：智能監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化資源利用

一家知名房地產(chǎn)開發(fā)公司在其多個項目中引入了智能監(jiān)控系統(tǒng)，建筑工地可以實時監(jiān)測施工過程中的溫度、濕度、振動等多個參數(shù)。具體數(shù)據(jù)顯示，在引入智能監(jiān)控系統(tǒng)的工地中，能源消耗平均降低了15%。系統(tǒng)能夠根據(jù)實時數(shù)據(jù)調(diào)整空調(diào)、照明等設(shè)備的運行狀態(tài)，使其更加符合實際需求，通過監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，管理團隊能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高了設(shè)備的使用壽命。

5 結(jié)語

智能建造技術(shù)在工程建設(shè)管理中的應(yīng)用可以顯著改善項目的效率、質(zhì)量和可持續(xù)性，管理人員可充分利用這些技術(shù)，為建筑項目提供更好的管理方式。