智能建造技術(shù)在高層住宅施工中的應(yīng)用研究

摘" 要：隨著建筑行業(yè)向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展，智能建造技術(shù)在高層住宅施工中的應(yīng)用日益廣泛。[A1]"通過系統(tǒng)分析智能建造技術(shù)體系及其基本原理，探討了高層住宅施工的特點以及傳統(tǒng)施工方式存在的主要問題。結(jié)合當前工程實踐，研究了建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）[A2]"技術(shù)在施工全過程中的應(yīng)用，分析了人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)同作用，以及機器人施工與3D打印技術(shù)在高層住宅建造中的實踐探索，以期有效解決高層住宅施工的諸多挑戰(zhàn)，為行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：智能建造 "高層住宅 "建筑信息模型 [A3]" 人工智能

中圖分類號：TU974;TU17

Research on the Application of Intelligent Construction Technology in High-Rrise Residential Construction

LU Lili" FENG Wei

Weifang Changda Construction Group Co.， Ltd.， Weifang， Shandong Province， 261200 China

Abstract： With the development of the construction industry to the direction of intelligence and digitalization， the application of intelligent construction technology in high-rise residential construction is becoming increasingly widespread. Through By systematically analyzinges the intelligent construction technology system and its basic principle， this paper exploresand probes into the characteristics of high-rise residential construction and the main problems existing in traditional construction methods. Based onCombined with the current engineering practice， the application of Building Information Modeling （BIM） technology in the whole construction process is studied， the synergistic effect of artificial intelligence and Internet of Things technology is analyzed， and the practical exploration of robot construction and 3D printing technology in the construction of high-rise residential buildings is analyzed， in order to effectively solve many challenges in high-rise residential construction and provide technical support for the development of the industry.

Key Wwords： Intelligent construction; High-rise residential buildings; BIM; Artificial intelligence

隨著城市化的快速推進，高層住宅建設(shè)規(guī)模不斷擴大。傳統(tǒng)施工技術(shù)暴露出效率低、質(zhì)量難控、安全風險高等應(yīng)對高層住宅復(fù)雜建筑需求的諸多弊端。智能建筑技術(shù)的興起，帶來了一個新的契機，解決了多種尖端技術(shù)的融合，正在重塑建筑行業(yè)的格局。本文將深入剖析智能建造技術(shù)在高層住宅施工中的應(yīng)用，旨在挖掘其應(yīng)用價值，以期為推動建筑行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型提供有益參考。

1 "智能建造技術(shù)概述

智能建造技術(shù)是一個多維度、綜合性的技術(shù)架構(gòu)，主要涵蓋建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，它以三維數(shù)字化模型整合建筑全生命周期信息，實現(xiàn)設(shè)計、施工、運維的高效協(xié)同與可視化管理。人工智能技術(shù)憑借機器學習、深度學習算法，能對施工數(shù)據(jù)深度挖掘分析，用于預(yù)測施工風險、優(yōu)化施工流程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過傳感器網(wǎng)絡(luò)，實時采集施工現(xiàn)場設(shè)備、材料、人員等信息，構(gòu)建全面感知的施工環(huán)境，保障信息互聯(lián)互通。機器人技術(shù)則應(yīng)用于重復(fù)性、危險性施工任務(wù)，像砌墻機器人、焊接機器人等，提升施工精度與效率。大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)為海量施工數(shù)據(jù)存儲、計算提供支撐，3D打印技術(shù)探索建筑構(gòu)件的新型制造模式^[1]。這些技術(shù)相互交織，共同構(gòu)成智能建造技術(shù)體系，賦能高層住宅施工等建筑領(lǐng)域。

2 "高層住宅傳統(tǒng)施工問題分析

在傳統(tǒng)高層住宅施工中，由于缺乏精準的進度預(yù)測手段，難以全面考量復(fù)雜施工流程與外部因素，導(dǎo)致工期延誤頻發(fā)；質(zhì)量控制多依賴人工抽檢，檢測覆蓋范圍有限，難以對鋼筋連接、混凝土澆筑等關(guān)鍵工序進行全程、精準監(jiān)控，易出現(xiàn)質(zhì)量隱患；傳統(tǒng)安全監(jiān)測方式相對滯后，對高處作業(yè)、交叉作業(yè)等危險場景無法實時預(yù)警，防護措施也存在不足；資源浪費現(xiàn)象嚴重，材料采購缺乏精確規(guī)劃，施工現(xiàn)場材料堆放雜亂、管理無序，造成材料損耗增加，不僅提高成本，還影響施工環(huán)境與效率，亟待通過新技術(shù)加以改善^[2]。

3 "智能建造技術(shù)在高層住宅施工中的具體應(yīng)用

3.1 "BIM技術(shù)在施工全過程的應(yīng)用

在高層住宅施工全過程，BIM技術(shù)構(gòu)建起一套系統(tǒng)且全面的應(yīng)用框架，如圖1所示。

在施工前期，利用BIM技術(shù)進行深化設(shè)計，在虛擬環(huán)境下通過整合建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等多專業(yè)模型進行碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)并解決各專業(yè)在施工階段的碰撞、拆除和返工，從而有效節(jié)約工期和費用，從而避免施工階段發(fā)生的拆改返工現(xiàn)象的發(fā)生。同時，以BIM模型為基礎(chǔ)進行施工進度模擬，將進度計劃與三維模型聯(lián)系起來，將各個施工階段的任務(wù)和順序直觀地展示出來，對施工進度進行精確的預(yù)測，并制訂[A4]"科學、合理的施工方案。

在施工過程中，為現(xiàn)場施工人員提供明確的施工指導(dǎo)，尤其是針對復(fù)雜節(jié)點和要害部位，借助BIM的可視化特性，通過模型對施工過程及流程進行顯示，促進施工的準確性。在質(zhì)量管理方面，利用移動終端設(shè)備對現(xiàn)場質(zhì)量資料進行實時采集并反饋給模型，將質(zhì)量檢查標準與BIM模型相聯(lián)系，從而達到質(zhì)量問題的精確定位和跟蹤整改的目的^[3]。利用BIM模型進行資源管理，對材料、設(shè)備需求進行精確計算，并根據(jù)施工進度對資源配置進行優(yōu)化，避免出現(xiàn)資源浪費和供應(yīng)遲延的情況發(fā)生。

3.2 "人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用

在高層住宅施工中，人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用可以極大提升施工管理水平與效率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)負責構(gòu)建感知層，通過在施工現(xiàn)場的各類設(shè)備、材料、人員、環(huán)境監(jiān)測點部署傳感器，實時采集海量數(shù)據(jù)，如利用壓力傳感器監(jiān)測塔吊的吊重情況、溫濕度傳感器記錄施工現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)等。這些傳感器將物理信號轉(zhuǎn)化為電信號或數(shù)字信號，借助無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)采集終端。人工智能技術(shù)則對采集到的數(shù)據(jù)進行深度分析與處理。以施工進度預(yù)測為例，利用自回歸積分滑動平均模型（Autoregressive Integrated Moving Average model，ARIMA），其公式[A5]"為式（1）中[A6]"：y_t[A7]"是時間序列在t時刻的值[A8]"；φ_i和θ_j分別是自回歸系數(shù)和移動平均系數(shù)；ε_t是白噪聲序列。通過對歷史施工進度數(shù)據(jù)以及實時采集的施工設(shè)備運行數(shù)據(jù)、人員出勤數(shù)據(jù)等進行訓(xùn)練，預(yù)測施工進度，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果提前調(diào)整施工計劃與資源配置^[4]。

在施工安全管理方面，物聯(lián)網(wǎng)傳感器實時監(jiān)測施工人員的位置、行為與施工現(xiàn)場的危險區(qū)域狀態(tài)，人工智能算法基于這些數(shù)據(jù)進行分析，對潛在的安全風險進行預(yù)警，如識別出人員在危險區(qū)域長時間停留、違規(guī)操作設(shè)備等行為，及時發(fā)出警報，保障施工安全，提升施工的智能化與精細化程度。

3.3 "機器人技術(shù)在高層住宅施工中的應(yīng)用實踐

在高層住宅施工中，砌墻機器人運用先進的視覺識別系統(tǒng)，能夠精準識別墻體位置和磚塊尺寸，通過預(yù)設(shè)程序控制機械臂抓取磚塊，按照設(shè)計要求進行有序堆砌。在操作時，首先對施工現(xiàn)場環(huán)境進行掃描建模，規(guī)劃砌墻路徑；然后，機械臂依據(jù)路徑規(guī)劃和磚塊擺放邏輯，以高精度完成砌墻作業(yè)。這樣極大地提高了砌墻的效率與質(zhì)量，并且減少人工誤差。

混凝土澆筑機器人則借助自動化泵送系統(tǒng)與智能控制模塊，實現(xiàn)混凝土的精準澆筑。它依據(jù)BIM模型提供的澆筑參數(shù)，如澆筑位置、澆筑量等，自動調(diào)整泵送管道方向與泵送速度，確?；炷辆鶆?、連續(xù)地澆筑到指定部位，避免出現(xiàn)漏振、過振等問題，提升混凝土澆筑質(zhì)量。

外墻噴涂機器人采用吸附裝置附著在建筑外墻，通過噴槍進行噴涂墻體作業(yè)。其所搭載的智能涂料控制裝置能夠根據(jù)墻面的材質(zhì)和噴涂效果的需要，對涂料的噴出量和噴出的壓力進行精確的調(diào)整，從而保證涂層的厚度均勻，表面平整，同時減少涂料的浪費，提高了外墻噴涂施工的安全性和效率，為高層住宅建筑的高效、精準的施工提供強有力的支持。

3.4 "3D打印技術(shù)在高層住宅部分構(gòu)件建造中的應(yīng)用探索

在高層住宅部分構(gòu)件建造中，根據(jù)設(shè)計圖紙在計算機中構(gòu)建三維模型，利用專業(yè)建模軟件對構(gòu)件的形狀、尺寸及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行精確設(shè)計與優(yōu)化，將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 3D 打印機可識別的格式。打印過程中，選用適合建筑構(gòu)件的打印材料，如高強度的混凝土、特種塑料或復(fù)合材料等。通過擠出式、噴射式等打印方式，按照模型的分層切片數(shù)據(jù)，逐層堆積材料來構(gòu)建構(gòu)件。以打印混凝土預(yù)制構(gòu)件為例，混凝土通過特定配方調(diào)配后，由打印噴頭擠出，依據(jù)程序設(shè)定的軌跡進行鋪設(shè)，每層打印完成后，經(jīng)過短時間凝固，再進行下一層打印，直至完整構(gòu)件成型^[5]。

對于一些復(fù)雜造型或具有特殊功能要求的構(gòu)件，如異形陽臺欄桿、裝飾性外墻構(gòu)件等，3D 打印技術(shù)無須[A9]"制作復(fù)雜模具，可以直接按照設(shè)計精準成型，大大縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本。打印完成后，對構(gòu)件進行必要的后處理，如打磨、養(yǎng)護等，確保構(gòu)件滿足建筑質(zhì)量標準，為高層住宅部分構(gòu)件的建造提供高效、個性化的解決方案。

4 "智能建造技術(shù)應(yīng)用案例分析

4.1 "案例概況

在某城市核心區(qū)域的高層住宅項目中，因地處繁華地段，施工場地狹窄，周邊交通繁忙，對施工效率與安全要求極高。同時，項目設(shè)計造型復(fù)雜，傳統(tǒng)施工工藝難以滿足精準度與個性化需求。為攻克這些難題，開發(fā)商引入智能建造技術(shù)，期望通過3D打印、機器人作業(yè)等前沿手段，在保障工程質(zhì)量的前提下，縮短工期、降低成本，打造智能建造示范項目。

4.2 "智能建造技術(shù)應(yīng)用過程

在該項目中，應(yīng)用3D打印技術(shù)時，首先依據(jù)設(shè)計方案構(gòu)建模型并轉(zhuǎn)化格式，然后再用適配材料按分層數(shù)據(jù)打印構(gòu)件，像異形外墻構(gòu)件就借此精準成型。施工時，砌墻機器人依據(jù)規(guī)劃路徑砌墻，混凝土澆筑機器人按參數(shù)精準澆筑。同時，借助BIM技術(shù)進行全流程協(xié)同管理，實現(xiàn)設(shè)計、施工與運維信息共享，保障各環(huán)節(jié)高效銜接，推進智能建造落地。

4.3 "應(yīng)用效果評估

該高層住宅項目應(yīng)用智能建造技術(shù)成效顯著，具體如表1所示。

施工工期從24個月縮至18個月，大幅度縮短。構(gòu)件制造成本每平方米降低150元，成本控制出色。安全事故發(fā)生率明顯下降，從每萬平方米0.5起減至0.1起。構(gòu)件成型精度誤差從±5 mm優(yōu)化為±2 mm，精準度更高。設(shè)計變更次數(shù)從15次減至3次，保障施工連貫性。

5 "結(jié)語

智能建造技術(shù)的應(yīng)用為高層住宅施工帶來了革命性的變革。BIM技術(shù)實現(xiàn)了施工精度和施工效率的全生命周期管理；在人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合中建筑工地的智能監(jiān)控與管理能力得到加強；在關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)中應(yīng)用機器人技術(shù)和3D打印技術(shù)，提升了施工自動化水平。今后，隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，在高層住宅施工中，智能建造將發(fā)揮更大的作用，促進建筑產(chǎn)業(yè)朝著數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展。

參考文獻

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