智能建造技術(shù)在民機(jī)與航空制造產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目的應(yīng)用研究

魏 朗（陜西金軒建筑工程有限公司，陜西 西安 710082）

1 行業(yè)背景及工程簡介

智能建造技術(shù)的產(chǎn)生使各相關(guān)技術(shù)之間急速融合發(fā)展，應(yīng)用在建筑行業(yè)中使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、管理等環(huán)節(jié)更加信息化、智能化，智能建造正引領(lǐng)新一輪的建造業(yè)革命。應(yīng)用中以云計(jì)算技術(shù)搭建建設(shè)項(xiàng)目云服務(wù)平臺(tái)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、傳感器監(jiān)測及物聯(lián)網(wǎng)搭建項(xiàng)目管理系統(tǒng)，在施工現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、移動(dòng)考勤、塔式起重機(jī)管理、粉塵管理、設(shè)備管理、危險(xiǎn)源報(bào)警、人員管理等多項(xiàng)功能。使技術(shù)科技含量更強(qiáng)，融合效應(yīng)更明顯，在具體的建筑工程建設(shè)程序化、標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。下面將智能建造技術(shù)應(yīng)用到了實(shí)際建筑工程中情況進(jìn)行簡單介紹。

民機(jī)與航空制造產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目位于西安航空基地內(nèi)，藍(lán)天路以南，航空六路以東，航空五路以西。總建筑面積為152482.90m2，其中地上建筑面積為141055.32m2，地下建筑面積11427.58m2。共計(jì)13 棟單體，6 棟鋼結(jié)構(gòu)廠房，7 棟框架結(jié)構(gòu)：1#研發(fā)中心、2#孵化中心、3#檢測中心為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上10 層地下1層；4#多層廠房、5#多層廠房、8#多層廠房、12#多層廠房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上3層，抗震等級(jí)二級(jí)；6#單層廠房、7#單層廠房、9#單層廠房、10#單層廠房，11#單層廠房、13#單層廠房、抗震等級(jí)三級(jí)。圖1 為民機(jī)與航空制造產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目效果圖。

圖1 民機(jī)與航空制造產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目效果圖

2 項(xiàng)目以“智慧建造，智能管理”為主題

民機(jī)與航空制造產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目以“智慧建造，智能管理”為主題，以智慧數(shù)據(jù)決策為主體，圍繞打造智能疫情防控，現(xiàn)場質(zhì)量、安全智慧管理，AR 智能識(shí)別監(jiān)管，鋼結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測，施工機(jī)械智能管理一體化的智慧施工，展示企業(yè)智慧建造轉(zhuǎn)型新形象。

3 應(yīng)用智能建造技術(shù)實(shí)現(xiàn)的價(jià)值

價(jià)值一：智能設(shè)備、信息化系統(tǒng)與管理平臺(tái)融合；

價(jià)值二：數(shù)據(jù)智能化管理與BIM協(xié)同應(yīng)用能力，展示未來方向；

價(jià)值三：采用智能建造方式進(jìn)行管理創(chuàng)新、數(shù)據(jù)積累；

價(jià)值四：與傳統(tǒng)管理手段對(duì)比具有明顯應(yīng)用價(jià)值。

4 智能建造的類別

（1）建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。包括建材集中采購、部品部件生產(chǎn)配送、工程設(shè)備租賃、建筑勞務(wù)用工、裝飾裝修等垂直細(xì)分領(lǐng)域的行業(yè)級(jí)平臺(tái)，提升企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力和經(jīng)濟(jì)效益的企業(yè)級(jí)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目全生命周期信息化管理和質(zhì)量效率提升的項(xiàng)目級(jí)平臺(tái)等。

（2）建筑機(jī)器人等智能工程設(shè)備。包括部品部件生產(chǎn)機(jī)器人、建筑施工機(jī)器人、智能運(yùn)輸機(jī)器人、建筑維保機(jī)器人、建筑破拆機(jī)器人以及智能塔吊、智能混凝土泵送設(shè)備等智能工程設(shè)備。

（3）自主可控?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)軟件。包括建筑信息模型（BIM）軟件、設(shè)計(jì)圖紙智能輔助審查軟件、基于BIM的性能化分析軟件、協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件、裝修智能設(shè)計(jì)軟件等。

（4）部品部件智能生產(chǎn)線。包括預(yù)制構(gòu)件、外圍護(hù)部品部件、內(nèi)裝部品部件、廚衛(wèi)部品部件、門窗、設(shè)備管線等部品部件智能生產(chǎn)線。

（5）智慧施工管理系統(tǒng)。包括集成部品部件進(jìn)場管理、物料驗(yàn)收和堆場優(yōu)化、裝配模擬分析、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、建筑工人實(shí)名制管理、工程設(shè)備安全監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、施工電梯智能管控和資料管理等功能的智慧施工管理系統(tǒng)。

5 智能建造金字塔建設(shè)

該項(xiàng)目智能建造金字塔的建設(shè)見圖2。

圖2 項(xiàng)目智能建造金字塔

6 智能建造施工管理硬件應(yīng)用

6.1 數(shù)字工地平臺(tái)

通過智慧工地平臺(tái)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和BIM 技術(shù)相結(jié)合，直觀呈現(xiàn)現(xiàn)場智能硬件運(yùn)行情況，包括所在位置、在線狀態(tài)、是否預(yù)警等信息，全面體現(xiàn)施工現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用成果，展現(xiàn)項(xiàng)目科學(xué)精細(xì)化管理過程。

所有智能硬件的運(yùn)行數(shù)據(jù)都會(huì)存儲(chǔ)在系統(tǒng)后臺(tái)，支持按時(shí)間、按頻率、按是否違章進(jìn)行篩選，并支持導(dǎo)出excel，便于日常例會(huì)交底、安全教育工作，積累企業(yè)大數(shù)據(jù)庫。

所有智能硬件的告警數(shù)據(jù)都會(huì)存儲(chǔ)在系統(tǒng)后臺(tái)，支持按時(shí)間、按告警等級(jí)進(jìn)行篩選，并支持導(dǎo)出excel，導(dǎo)出的預(yù)警記錄可作為進(jìn)場人員安全教育的資料，深度發(fā)掘數(shù)據(jù)價(jià)值，提升管理水平，通過趨勢做預(yù)判，做到未雨綢繆防患于未然。

6.2 蜂鳥盒子智能監(jiān)控

集成主流視頻監(jiān)控設(shè)備，內(nèi)嵌廣聯(lián)達(dá)自主研發(fā)的AI算法，智能分析現(xiàn)場異常行為，第一時(shí)間給出預(yù)警并對(duì)視頻留痕，保障工程質(zhì)量和人員安全。

7×24h不間斷智能值守：

視頻監(jiān)控配以AI 分析，對(duì)施工現(xiàn)場發(fā)生的安全隱患等問題及時(shí)糾正并發(fā)出預(yù)警，聯(lián)通業(yè)務(wù)端應(yīng)用，業(yè)務(wù)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)全天候精細(xì)化智能管理。

基于智能視頻分析和深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場進(jìn)行人工智能化深度學(xué)習(xí)，無須其他傳感器、芯片、標(biāo)簽等，直接通過視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和預(yù)警，通過安全帽識(shí)別、周界入侵識(shí)別、車輛識(shí)別、火焰識(shí)別、抽煙監(jiān)測識(shí)別、反光衣識(shí)別、夜間施工識(shí)別，使工地更安全、更高效、更規(guī)范、更智慧。

6.3 卸料平臺(tái)監(jiān)測

采用太陽能板充電，安裝方便快捷。系統(tǒng)監(jiān)測當(dāng)前卸料平臺(tái)所載物體的實(shí)際質(zhì)量，及與額定質(zhì)量的百分比。當(dāng)實(shí)際質(zhì)量達(dá)到90%時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光預(yù)警；實(shí)際質(zhì)量達(dá)到100%時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，報(bào)警音的響聲頻率更快。

卸料平臺(tái)監(jiān)測系統(tǒng)通過重量傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備載重?cái)?shù)據(jù)，一旦監(jiān)測值超過額定值，一方面現(xiàn)場聲光報(bào)警，提示司機(jī)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，另一方面自動(dòng)推送報(bào)警信息給管理人員，及時(shí)督促整改。運(yùn)行數(shù)據(jù)和報(bào)警記錄通過GPRS 模塊實(shí)時(shí)上傳到智慧工地平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管。

管理人員不在工作區(qū)時(shí)，可以通過手機(jī)APP 遠(yuǎn)程查看每臺(tái)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄信息，隨時(shí)隨地了解現(xiàn)場情況，及時(shí)采取遠(yuǎn)程溝通，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的管控。

6.4 智能臨邊防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測

當(dāng)人員靠近防護(hù)網(wǎng)1m～1.5m范圍內(nèi)設(shè)備會(huì)聲光報(bào)警，有效阻止人員墜落，并將實(shí)時(shí)上傳平臺(tái)狀態(tài)。

采用電阻檢測技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測防護(hù)網(wǎng)破損狀態(tài)；內(nèi)置GPS 定位裝置實(shí)時(shí)定位監(jiān)測點(diǎn)，內(nèi)置移動(dòng)物聯(lián)卡通訊；防拆卸檢測，設(shè)備違規(guī)拆卸或被破壞時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警；兩路防護(hù)網(wǎng)電子線鎖,兩路電子磁鎖人體靠近感應(yīng)及防翻越檢測；內(nèi)置鋰電池，集成太陽能充電板可實(shí)現(xiàn)長期工作；可平臺(tái)聯(lián)動(dòng)區(qū)域攝像頭當(dāng)被破壞時(shí)抓拍；多臺(tái)級(jí)聯(lián)形成紅外虛擬墻翻越報(bào)警。

6.5 施工臨電箱監(jiān)測

采用物聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場臨時(shí)用電的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，報(bào)警通知，統(tǒng)計(jì)分析的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，支持多種異常報(bào)警，支持多種通知形式，支持歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

利用各種漏電、溫度、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、煙霧監(jiān)測傳感器、電能監(jiān)測傳感器將施工用電過程的各種數(shù)據(jù)收集到終端主機(jī)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測臨電箱中電流、電壓、功率、頻率情況，監(jiān)測是否有漏電發(fā)生。

臨電箱數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)街腔酃さ仄脚_(tái)端，平臺(tái)端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。管理人員可以看到近一個(gè)月電纜溫度監(jiān)控，近一個(gè)月漏電流監(jiān)測，近一個(gè)月用電報(bào)警統(tǒng)計(jì)，施工區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)監(jiān)測設(shè)備區(qū)域分布，為管理者項(xiàng)目安全用電管理做數(shù)據(jù)支撐。故障信息的及時(shí)傳送使安全管理更及時(shí)及可控，故障信息的靈活統(tǒng)計(jì)為后續(xù)管理提供數(shù)據(jù)參考。

6.6 智能水電表

開通運(yùn)行后，水電表會(huì)搜尋到附近的NB-IoT 通信基站并注冊(cè)到物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，云平臺(tái)就會(huì)知曉該表需要上報(bào)和接收數(shù)據(jù)，之后水電表的用電數(shù)據(jù)通過通信基站上傳到智慧工地云平臺(tái)，同時(shí)水電表接收來自云平臺(tái)的校時(shí)等數(shù)據(jù)信息。管理部門通過云平臺(tái)可以看到各戶用水用電情況、實(shí)時(shí)的能耗曲線、各種按月按日的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。另外平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的提取功能。

6.7 施工升降機(jī)監(jiān)測

施工升降電梯監(jiān)測系統(tǒng)通過人臉識(shí)別模塊確認(rèn)司機(jī)身份，避免非法人員操作；通過各類傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測升降機(jī)的載重、轎廂的傾斜度、起升高度、運(yùn)行速度等參數(shù)；一旦監(jiān)測值超過額定值，一方面現(xiàn)場真人語音報(bào)警，提示司機(jī)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，另一方面自動(dòng)推送報(bào)警信息給管理人員，及時(shí)督促整改。

管理人員不在工作區(qū)時(shí)，可以通過手機(jī)APP 遠(yuǎn)程查看每臺(tái)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄、工效分析等信息，隨時(shí)隨地了解現(xiàn)場情況，及時(shí)采取遠(yuǎn)程溝通，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的管控。

通過智慧工地平臺(tái)中的工效分析頁面，直觀體現(xiàn)施工電梯今日運(yùn)行情況及當(dāng)前檢測設(shè)備在線數(shù)量，協(xié)助項(xiàng)目管理人員掌握電梯日常運(yùn)行狀況。對(duì)選定時(shí)段內(nèi)的電梯預(yù)警/報(bào)警數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，方便項(xiàng)目管理人員對(duì)項(xiàng)目電梯的安全運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷，并及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施消除潛在隱患。

6.8 鋼結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測

監(jiān)測儀器包括專用監(jiān)測儀器（二維面陣激光位移計(jì)、拉繩式位移計(jì)、應(yīng)變計(jì)、智能無線數(shù)據(jù)采集終端、無線傾角儀等）。

鋼結(jié)構(gòu)響應(yīng)異常、結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測采用應(yīng)變計(jì)。當(dāng)被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)變計(jì)同步感受變形，變形通過前、后端座傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至智能無線數(shù)據(jù)采集終端，再經(jīng)由4G移動(dòng)通信技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算，即可測出被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)變量。

鋼結(jié)構(gòu)變形及支座位移采用二維面陣激光位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。在吊裝階段采用二維面陣激光位移計(jì)與拉繩式位移傳感器進(jìn)行監(jiān)測。首先在穩(wěn)固的柱子上安裝激光發(fā)射器，在需測量桁架位移的部位安裝接收光靶，盡量使得激光點(diǎn)落在激光靶中部。當(dāng)桁架產(chǎn)生位移時(shí)，光靶接收到激光點(diǎn)的位置發(fā)生變化，該位置和初始位置在豎直方向的距離即為桁架的位移。采集的數(shù)據(jù)通過4G無線通信技術(shù)傳輸至采集平臺(tái)，在整個(gè)階段中監(jiān)測頻率采用1s/次，以確保整個(gè)構(gòu)件處于安全可控的狀態(tài)。

6.9 鋼結(jié)構(gòu)BIM深化

通過BIM 理念應(yīng)用于具體施工過程中，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的應(yīng)用，可以在不消耗現(xiàn)實(shí)材料資源和能量的前提下，使設(shè)計(jì)者、施工方和業(yè)主在項(xiàng)目設(shè)計(jì)策劃和施工之前就能了解施工的詳細(xì)過程和結(jié)果，避免不必要的返工所帶來的人力物力消耗，為實(shí)際工程項(xiàng)目施工提供了經(jīng)驗(yàn)和最優(yōu)的可行方案。

在施工作業(yè)模型的基礎(chǔ)上附加建造過程、施工順序等信息，即將BIM3D模型與時(shí)間關(guān)聯(lián)，形成BIM4D信息化模型，進(jìn)行施工過程可視化模擬，提高方案審核的準(zhǔn)確性，適時(shí)調(diào)整及優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)施工方案的可視化交底。

設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)變更、修改的狀況，利用BIM模型出圖，一處設(shè)計(jì)改動(dòng)，BIM模型即可各處即時(shí)更新、自動(dòng)調(diào)整。避免人為錯(cuò)誤發(fā)生，同時(shí)大幅提高出圖效率，保證設(shè)計(jì)進(jìn)度。

基于BIM的多專業(yè)協(xié)同及碰撞檢查能很好地解決這個(gè)問題。以三維BIM 模型代替二維圖紙，解決了傳統(tǒng)的二維審圖中難想象、易遺漏及效率低的問題，在施工前可以快速、準(zhǔn)確、全面地檢查出設(shè)計(jì)圖紙中的錯(cuò)、漏、碰、缺問題。不僅如此，通過模型檢查軟件還能夠提前發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目中消防、施工相關(guān)問題等，減少施工中的返工，節(jié)約成本，縮短工期，保證建筑質(zhì)量，同時(shí)也減少了建筑材料、水、電等資源的消耗及帶來的環(huán)境問題。

6.10 塔機(jī)安全監(jiān)測

連接幅度、高度、回轉(zhuǎn)、質(zhì)量、傾角、風(fēng)速等傳感器和制動(dòng)控制裝置，通過8英寸顯示屏數(shù)字化顯示工地現(xiàn)場塔機(jī)運(yùn)行狀況。一旦塔吊操作過程中發(fā)生不安全行為，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警，提示現(xiàn)場操作人員及管理人員及時(shí)補(bǔ)救，以避免事故發(fā)生。

在BIM5D+智慧工地平臺(tái)上，結(jié)合塔機(jī)模型，實(shí)時(shí)顯示多維度的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可實(shí)時(shí)查看吊鉤監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)塔吊運(yùn)行狀態(tài)的多方位監(jiān)控；一旦現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)隱患，一方面在現(xiàn)場語音告警，提示設(shè)備操作人員規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，另一方面告警信息通過手機(jī)app 自動(dòng)推送給項(xiàng)目管理人員，管理人員根據(jù)預(yù)警信息督促現(xiàn)場施工人員進(jìn)行整改，避免發(fā)生安全事故。

通過工效分析頁面，直觀查看塔機(jī)今日違章數(shù)量及監(jiān)測狀態(tài)，對(duì)當(dāng)日現(xiàn)場塔機(jī)的整體運(yùn)行情況進(jìn)行體現(xiàn)，協(xié)助項(xiàng)目管理人員掌握塔吊日常運(yùn)行狀況。

直觀查看選定期間塔司的吊裝數(shù)量，工作結(jié)果透明化，以數(shù)據(jù)為支撐對(duì)塔司工作狀況進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，督促提升本項(xiàng)目塔司的整體工作效率。

7 結(jié)語

智能建造是信息化、智能化與工程建造過程高度融合的創(chuàng)新建造方式。在實(shí)際建筑工程中積極推行智能建造，深度布局智慧工地領(lǐng)域，以工地大模型、工地大數(shù)據(jù)、工地大協(xié)同、貫穿智能建造為目標(biāo)，推動(dòng)了建筑建造過程信息化、智能化的發(fā)展。