BIM技術(shù)在智能建造體系中的應(yīng)用

劉志忠，申靖宇

（廣東碧桂園職業(yè)學院智能建造工程系）

1 引言

建筑業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，2020年，我國建筑業(yè)總產(chǎn)值為26.4萬億，在全球疫情的影響下，依然保持6.2%的增長率。但目前，我國建筑業(yè)建造過程主要以人工為主濕作業(yè)的傳統(tǒng)施工工藝。這種施工方式具有環(huán)境污染大、資源消耗浪費嚴重、勞動密集、產(chǎn)業(yè)工人素質(zhì)低、質(zhì)量通病多、施工效率較低等缺點[1]。隨著我國區(qū)域經(jīng)濟不斷地調(diào)整，人口紅利日漸消退，人力成本提高的狀況日趨嚴重，建筑業(yè)工人數(shù)從2015年至2020年就減少了1000多萬人[2]。用工荒的情況逐年增加，人工成本也在逐年增加。

為了解決傳統(tǒng)建造工藝人力成本高、建造過程不規(guī)范、環(huán)境污染嚴重等問題，BIM技術(shù)、建筑機器人、裝配式建筑、云計算等先進的智能建造技術(shù)應(yīng)運而生。通過人機交互的方式實現(xiàn)提高施工質(zhì)量和高效建造的目的[3]。近幾年，以建筑機器人、BIM技術(shù)、裝配式建筑等為代表的智能建造技術(shù)得到了快速發(fā)展。與傳統(tǒng)的建造模式相比，智能建造符合標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工以及一體化裝修的現(xiàn)代化發(fā)展思路，在綠色節(jié)約方面具有突出優(yōu)勢。智能建造體系包含建筑智能機器人技術(shù)、BIM技術(shù)、裝配式建筑、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、GIS等先進的智能化、信息化技術(shù)等具體如圖1所示。

圖1 智能建造體系組成圖

2 BIM技術(shù)介紹

BIM技術(shù)是通過計算機軟件將二維建筑圖紙轉(zhuǎn)化為三維的一種技術(shù)，該技術(shù)可將各類信息賦值到模型中，比如，可以將建筑物尺寸信息、外部受力、外部環(huán)境信息、建筑構(gòu)件的成本、進度等信息添加到模型中，利用計算機模擬實際工程在建造和使用過程中的受力、外部環(huán)境、成本、進度等信息，以此來解決工程中的實際問題[4]。利用BIM技術(shù)可以在計算機中模擬實際生產(chǎn)過程這一特性，從項目立項到整個運行維護的過程可以利用BIM提供數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、機電、設(shè)計一體化；設(shè)計、生產(chǎn)、裝配生產(chǎn)一體化的信息化生產(chǎn)模式。具體應(yīng)用如圖2所示。

圖2 BIM技術(shù)在建造全過程的應(yīng)用示意圖

3 建筑機器人技術(shù)與BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

3.1 建筑機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

我國正在由制造業(yè)大國發(fā)展成為制造業(yè)強國，大力發(fā)展建筑機器人技術(shù)是國家的發(fā)展目標。目前，很多建筑企業(yè)大力發(fā)展智能建筑機器人技術(shù)，以加速建筑機器人“上場”，像生產(chǎn)汽車一樣造房子。在施工過程中采用機器人技術(shù)[5]，在現(xiàn)場對構(gòu)件進行高精度地自動化安裝和施工，真正實現(xiàn)智能建造。目前，已經(jīng)有多款機器人正在研發(fā)過程中，其中包括噴涂機器人、瓷磚鋪貼機器人、樓面整平機器人、墻磚鋪貼機器人、地面清掃機器人、樓面拉毛機器人等，這些機器人已經(jīng)研發(fā)成功，準備投放市場。

3.2 BIM技術(shù)在建筑機器人中的應(yīng)用

隨著建筑機器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，在BIM技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要考慮建筑機器人的使用場景。將BIM技術(shù)與建筑機器人技術(shù)進行結(jié)合，提升建筑機器人的使用功能，實現(xiàn)建筑機器人自動化施工，從而實現(xiàn)智能建造。由于BIM模型的信息過于龐大，機器人施工時，只需應(yīng)用對應(yīng)本款機器人施工部位的信息即可完成施工。對BIM建筑信息模型的篩選、BIM信息模型與建筑機器人實現(xiàn)信息交互是BIM技術(shù)在建筑機器人技術(shù)中應(yīng)用的關(guān)鍵。

①根據(jù)BIM建模標準，利用Revit建模軟件將圖紙建為標準模型；

②將BIM標準化模型上傳到機器人路徑云平臺；

③機器人路徑云平臺通過對模型審核并且利用編程軟件，將模型信息翻譯成建筑機器人可以讀取和分析的計算機語言信息；

④機器人根據(jù)BIM模型規(guī)劃好的路徑進行智能化施工。

機器人路徑的規(guī)劃應(yīng)首先運用服務(wù)器根據(jù)建筑機器人的數(shù)據(jù)需求，建立建筑物的BIM模型，然后根據(jù)BIM模型形成機器人所需要的數(shù)據(jù)指令。最后，將數(shù)據(jù)指令發(fā)送給機器人，形成機器人可以識別的數(shù)據(jù)信息，以此指導(dǎo)機器人進行行走路徑規(guī)劃和具體施工操作[6]。具體的建筑機器人數(shù)據(jù)收集和整合流程圖如圖3所示。

圖3 BIM技術(shù)與建筑機器人數(shù)據(jù)交換示意圖

4 具體案例分析

以室內(nèi)噴涂機器人為例，利用BIM技術(shù)將整棟建筑物模擬成三維的建筑信息模型。噴涂機器人不需要所有的建筑信息，只需要識別建筑物每個房間的平面位置信息以及墻面的寬度和高度信息[7]。利用軟件編程，參數(shù)化設(shè)計BIM模型，提取模型中的有用信息，形成Excel格式或者是csv格式的文件。將提取的信息翻譯成噴涂機器人可以識別的目標建筑物參數(shù)指令數(shù)據(jù)，將指令數(shù)據(jù)發(fā)送到建筑機器人操作平臺上，工作人員就可以在機器人網(wǎng)絡(luò)操作平臺上根據(jù)建筑物平面位置信息，對噴涂機器人進行路徑選擇和路徑規(guī)劃，使噴涂機器人可以根據(jù)規(guī)劃好的路徑在建筑物中實現(xiàn)智能化施工，具體噴涂機器人的路徑規(guī)劃操作界面如圖4所示。

圖4 噴涂機器人BIM路徑規(guī)劃操作示意圖

5 綜述

本論文在介紹了BIM技術(shù)和建筑機器人技術(shù)的同時，也研究得出了適合于建筑機器人和BIM技術(shù)的信息交互方法，通過將BIM模型參數(shù)化，采用基于建筑機器人服務(wù)的數(shù)據(jù)處理方式，提出建筑機器人施工時所需的數(shù)據(jù)，并且將BIM建筑信息模型信息轉(zhuǎn)化為容易被機器人處理的格式，將這些轉(zhuǎn)化后的模型數(shù)據(jù)用于輔助機器人施工操作，使BIM技術(shù)作為數(shù)據(jù)支持、指導(dǎo)機器人施工。建筑機器人向BIM平臺提出數(shù)據(jù)需求信息，BIM平臺通過上述思路返回標準化數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑機器人與BIM平臺信息的交互方法，實現(xiàn)BIM技術(shù)在及建筑機器人中的應(yīng)用。