工業(yè)與民用建筑智慧建造的應用研究

【摘要】文章對工業(yè)與民用建筑智慧建造的智慧設計、智慧施工、智慧社區(qū)展開研究，并展開論述了智慧設計中借助新技術實現(xiàn)創(chuàng)新設計、優(yōu)化設計和高效設計的方法和內容。智慧施工是借助新技術實現(xiàn)高質量施工、安全施工以及高效施工。智慧社區(qū)是借助新技術實現(xiàn)各類服務資源，提供安全、舒適、便利的現(xiàn)代化生活和工作環(huán)境，從而提高建造的智能化水平，減少對人工的依賴，實現(xiàn)安全建造，有助于實現(xiàn)性能更好、質量更優(yōu)的施工管理建造。

【關鍵詞】智慧建造；智慧設計；智慧施工；智慧社區(qū)

【中圖分類號】TU17 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）11-0016-03

0 引言

智慧建造以智能技術及其相關技術的綜合應用為基礎，涉及感知、傳輸、記憶、分析等方面，具體表現(xiàn)形式為應用智能化系統(tǒng)，包括管理系統(tǒng)（ERP系統(tǒng)、項目綜合管理系統(tǒng)等）和技術系統(tǒng)（BIM平臺軟件、BIM工具軟件等），按照應用場景可分為智慧組織、智慧設計、智慧制造、智慧施工和智慧社區(qū)五個方面[1]。智慧建造的典型應用場景如圖1所示。

1 智慧設計

工業(yè)與民用建筑智慧設計主要針對設計階段，是指借助新技術實現(xiàn)創(chuàng)新設計、優(yōu)化設計和高效設計。

1.1 綜合管線BIM深化1

工業(yè)與民用建筑綜合管線BIM深化設計主要針對地下室管線、重點機房（中轉水箱泵房）建模及深度優(yōu)化。主要解決的問題有圖紙審查即碰撞問題報告、凈高分析、BIM重點問題復盤、機電管線綜合排布、聯(lián)合支架設計及排布、屋面和管井深化、泵房和機房深化、BIM出圖、BIM實操交底、定期檢查BIM實施情況、現(xiàn)場實際照片與模型對比。

基于BIM技術的管線綜合技術可將建筑、結構、機電等專業(yè)模型整合，方便深化設計進行。再根據(jù)建筑專業(yè)要求及凈高要求將綜合模型導入相關軟件，進行機電專業(yè)和建筑、結構專業(yè)的碰撞檢查，根據(jù)碰撞報告結果對管線進行調整。機電專業(yè)的碰撞檢測，是在“機電管線排布方案”建模的基礎上對設備和管線進行綜合布置并調整，從而在工程開始前發(fā)現(xiàn)問題，通過深化設計及設計優(yōu)化，使問題在施工前得以解決[2]。

1.2 鋼結構BIM深化

應用BIM技術、三維激光掃描儀輔助進行復雜節(jié)點的深化設計和預拼裝，在深化設計前確定各節(jié)點構件的焊接順序、焊接坡口大小及方向、臨時連接或固定措施的位置和尺寸等信息。針對復雜節(jié)點，增加剖面并生成軸測圖，確保定位尺寸表達清晰。

利用數(shù)字化技術建立模型，不僅能呈現(xiàn)與現(xiàn)實一致的虛擬模型，還構建了與實際情況一致的建筑工程信息庫（建筑物構件的幾何信息、專業(yè)屬性、狀態(tài)信息及非構件對象的狀態(tài)信息），有效解決了二維深化過程中經常遇到的多種問題，使設計變得可視化。

2 智慧施工

智慧施工主要針對施工階段，是指借助新技術實現(xiàn)高質量施工、安全施工以及高效施工。利用傳感器和監(jiān)控設備收集施工現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，包括材料使用、設備狀態(tài)、工人位置等。這些數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網技術傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)，進行分析和處理，幫助管理者實時了解工地狀況，及時進行調整和優(yōu)化決策[3]。

2.1 塔吊監(jiān)測

在科技日新月異的今天，物聯(lián)網技術的應用已經滲透到各行各業(yè)。其中塔機安全監(jiān)控和高支模實時監(jiān)測作為建筑施工領域的兩大關鍵技術，發(fā)揮著日益重要的作用。

塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的引入，為建筑行業(yè)筑起了一道堅實的安全屏障。集成了物聯(lián)網技術的它，能夠實時監(jiān)控塔機的運行狀態(tài)，一旦發(fā)生異常，便會立即發(fā)出警報。所有數(shù)據(jù)都會被實時傳輸?shù)竭h程的GIS可視化監(jiān)控平臺，使得管理者可以在任何時間、任何地點，都能對工地的安全狀況進行全面掌握。這些數(shù)據(jù)涵蓋了塔機的角度、幅度、高度、起重量、行走位置、風速等關鍵信息，它們相互共享，通過內建的風險評估模型進行計算，即時評估當前運行狀態(tài)的風險。一旦存在風險，系統(tǒng)會立即提示并輸出裝置進行干預，確保駕駛員能夠安全規(guī)范地操作。這一系統(tǒng)的應用，不僅有效避免了塔機安全隱患，還讓安全變得透明可見。該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其全天候、不間斷的監(jiān)控能力，通過專用數(shù)字通信信道與各塔機保持數(shù)據(jù)連接，它能夠在各種環(huán)境下穩(wěn)定運行，實時監(jiān)控塔機的運行狀態(tài)。這種高可靠性確保了塔式起重機受到實時的、無間斷的監(jiān)控，同時高抗干擾和保密性也防止了外界的干擾和破壞。

2.2 高支模監(jiān)測

混凝土澆筑作為建筑施工中的重要環(huán)節(jié)，其安全性更是重中之重。高支模監(jiān)測系統(tǒng)通過自動采集數(shù)據(jù)、信息傳感等技術，能夠實時監(jiān)測模板的沉降、軸力等重要參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，便會立即發(fā)出預警，確保施工現(xiàn)場的安全。該系統(tǒng)的實現(xiàn)依賴于高精度傳感器和自動采集儀的支持，它們能夠在一秒內讀取最新的數(shù)據(jù)，確保監(jiān)測的實時性和準確性。此外，該系統(tǒng)還創(chuàng)新地使用了聲光報警，當監(jiān)測值超過預警值時，不僅能夠通過機器讀取預警信號，現(xiàn)場還會發(fā)出警報聲，提醒作業(yè)人員立即停止施工并撤離現(xiàn)場。這一系統(tǒng)的另一個亮點在于其集成化和智能化，實現(xiàn)了施工現(xiàn)場的智能化信息采集、數(shù)據(jù)分析、實時監(jiān)控、風險預警等功能，大大提高建造的智能化水平。這種集成化和智能化的設計大大提高了監(jiān)測的效率和準確性，使得高支模的安全管理更加科學、高效。

2.3 塔吊/升降機人臉識別

通過人臉識別技術，可以確保只有授權人員能夠操作塔吊和升降機，確保大型設備使用安全。通過嚴格的身份認證和權限管理，可以有效防止非授權人員操作升降機，從而避免潛在的安全隱患。其次，該技術提高了工程管理的效率[4]。通過實時記錄操作人員的身份信息，可以方便地追蹤和管理升降機使用情況，為工程進度控制和質量管理提供有力依據(jù)。隨著人工智能和計算機視覺技術的不斷發(fā)展，升降機人臉識別技術有望在以下幾個方面取得突破：一是提高識別精度和速度，以滿足更廣泛的應用場景；二是拓展應用領域，如將人臉識別技術應用于其他建筑施工設備，實現(xiàn)全面的智能化管理；三是加強與其他技術的融合，如與物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等技術相結合，為建筑行業(yè)提供更加智能、高效的解決方案。

2.4 鋼結構虛擬安裝技術

在鋼結構的施工中，三維設計軟件的應用更是將精度提升到了一個新的高度。通過實測三維坐標的模擬拼裝，可以在計算機中提前預見施工的結果，從而及時發(fā)現(xiàn)問題并進行調整。這不僅大大提高了施工的效率，更保證了施工質量。這項技術不僅實現(xiàn)了施工過程的可視化，提高了現(xiàn)場施工的安全性，還通過虛擬施工盡早發(fā)現(xiàn)了施工中的問題并進行及時調整。同時，3D可視化模型、施工過程的高效快速完成及技術交底也使得現(xiàn)場作業(yè)人員充分了解施工方案，確保了施工的安全、質量和效率。鋼結構虛擬安裝技術如圖2所示。

2.5 環(huán)境監(jiān)測技術

建筑施工現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測模塊旨在對施工現(xiàn)場的顆粒物、噪聲、溫濕度、氣壓等環(huán)境參數(shù)進行系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)采集、匯總、處理與統(tǒng)計分析，并通過有線或Wi-Fi網絡傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)與監(jiān)控視頻至系統(tǒng)管理平臺。這一模塊從根本上實現(xiàn)了對施工現(xiàn)場環(huán)境狀況的全天候、全自動的監(jiān)測，確保施工安全與環(huán)境保護。該模塊主要由四個部分組成：前端監(jiān)測設備、數(shù)據(jù)傳輸網絡、系統(tǒng)管理平臺和遠程訪問終端。其監(jiān)測范圍涵蓋PM10/PM2.5顆粒物、環(huán)境噪聲、溫濕度氣壓、多種氣體以及視頻圖像等多項內容，如表1所示。

2.6 安全教育技術

針對“工人未掌握安全知識”“安全教育培訓未組織”以及“安全技術交底未落實”這三個影響因素，可以運用虛擬現(xiàn)實（VR）技術和建筑信息模型（BIM）技術來有效解決現(xiàn)實中的相關問題。為確保施工現(xiàn)場的從業(yè)人員提升安全意識，切實履行安全生產責任，必須深入理解和掌握安全施工工藝、措施及方法的要點，如表2所示。

3 智慧社區(qū)

智慧社區(qū)主要針對現(xiàn)場施工、辦公、生活，是指借助新技術實現(xiàn)各類服務資源，提供安全、舒適、便利的現(xiàn)代化生活和工作環(huán)境。智慧社區(qū)充分借助了互聯(lián)網、物聯(lián)網，包括智能樓宇、智能家居、路網監(jiān)控、智能醫(yī)院、城市生命線管理、食品藥品管理、票證管理等，都在為社區(qū)提供安全、舒適、便利的生活。隨著技術的不斷進步和應用的不斷深化，物聯(lián)網技術將為智慧社區(qū)領域帶來更多的創(chuàng)新和突破[5]。

3.1 可視化

可視化通過安裝攝像機和視頻服務器實現(xiàn)。攝像機采用4G/WIFI等無線接入方式，解決塔吊高度不斷上升的難題。監(jiān)管部門、業(yè)主、建筑企業(yè)等授權用戶均可使用電腦、手機，通過互聯(lián)網查看監(jiān)控視頻?？梢暬夹g可以實時采集并展示施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，使管理人員能夠及時了解現(xiàn)場情況，作出相應的決策，并將復雜的數(shù)據(jù)轉化為直觀的圖像，便于分析。這有助于提高數(shù)據(jù)分析的準確性，為決策提供有力支持，管理人員可以快速了解施工現(xiàn)場的情況，發(fā)現(xiàn)存在的問題，并及時采取措施解決，有助于提高工作效率，縮短施工周期[6]。

3.2 勞務實名制管理

建立人臉識別實名制管理機制，將教育考核通過后的施工人員錄入至智慧工地終端，終端根據(jù)施工人員上傳人像照片進行門禁管控，施工人員上下班通過刷臉進出。勞務實名制以工人身份資料為核心，由“云”“網”“端”三部分組成，打造智慧工地勞務實名制管理系統(tǒng)。系統(tǒng)涵蓋承包工程商、施工工程商、監(jiān)管機構、建筑工人四個層面，以實現(xiàn)工人職業(yè)化、作業(yè)現(xiàn)代化、管理標準化、監(jiān)管數(shù)字化、服務社會化為目標，構建和諧生態(tài)圈，創(chuàng)新發(fā)展建筑勞務產業(yè)。

3.3 車輛出入管理

采用車輛號牌識別道閘系統(tǒng)替代安保人員的值守工作，通過錄入車輛信息，確保道閘進出車輛可控。針對停車難、人員進出管理等問題，運用云計算、物聯(lián)網、無感支付、紅外熱成像等先進的科學技術開創(chuàng)出“智慧安防系統(tǒng)”，確保車輛進出的可控。

4 結語

互聯(lián)網、物聯(lián)網、人工智能等技術的應用，不僅是建筑行業(yè)技術進步的體現(xiàn)，更是建筑行業(yè)對科技力量深刻認識的體現(xiàn)。通過先進的信息技術與建造技術的融合，可以實現(xiàn)施工現(xiàn)場的智能化信息采集、數(shù)據(jù)分析、實時監(jiān)控、風險預警等功能，大大提高建造的智能化水平。在未來，隨著技術的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)將會迎來一個更加智能、高效、安全的新時代，減少對人工的依賴，實現(xiàn)安全建造，并實現(xiàn)性能更好、質量更優(yōu)的施工管理建造。

參考文獻

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