數字技術助力建筑施工路徑探索

摘要：數字技術對建筑行業產生的影響愈加深遠，當前在建筑施工領域中的數字技術應用，已經從計算機輔助繪圖發展到計算機輔助設計及分析階段。多年以來，伴隨著建筑信息模型及建筑工程生命周期管理的概念提出，我國建筑行業面臨著技術轉型。數字技術對于建筑施工的應用，從方案設計到施工圖紙設計，再到設計施工貫穿到建筑建成的整個過程。基于此，本文從行業發展歷程出發，對當前所應用程度進行分析、總結，希望能夠為未來建筑行業的發展提供助力。

關鍵詞：數字技術；建筑施工

自20世紀60年代開始，數字技術逐漸滲透到建筑施工領域當中，為當今建筑行業帶來意想不到的能量。不論是設計理念還是審美表達，都在數字技術的革新下走入轉型軌道當中。然而部分西方傳統理論者對于數字技術助推建筑施工的意識程度還不夠高，并對數字技術介入到建筑施工中抱著悲觀的態度，其認為非物質性的數字技術與物質性的建筑之間存在著明顯的對立關系。但是時至今日，我們能夠看到數字與建筑并非真正對立，而是彼此相融，數字時代下建筑施工的特征已經逐漸形成，并且持續穩定發展。

一、數字技術助力建筑行業歷程

數字技術助力建筑行業，在最早期是以計算機作為輔助的，其中牽涉較廣，包含計算機科學、建筑科學、人工智能等多個領域。建筑行業的發展伴隨著計算機技術的持續進步，同時也助推著數字技術的多個分支在建筑行業中的應用。

20世紀中葉，人類史上第一臺計算機問世，標志著數字技術時代開始。在1958年，有人初次裝置一臺電子計算機并將其用于建筑設計之中，這也是數字技術助力建筑行業的開端。

20世紀60年代，是數字技術在建筑行業應用的起步階段，是人們逐漸探索的過程。1963年，美國一位博士生發表的學術論文，首次采用計算機的圖形終端，實現用光筆繪制、修改圖形并控制圖形的縮放，此項工作的完成被認為是計算機在圖形學方面的開創性路程，為后續數字技術輔助各行各業的發展奠定理論基礎。與此同時，還出現CCAD系統，是以刷新式顯示器為基礎的輔助繪圖系統，其中包含的數據庫及軟件，還相對比較原始，功能較為有限。

20世紀70年代，CCAD技術已經得到跨越式發展，此時系統已經較為專業，但還是以二維為主，采用傳統的平面圖、立面圖、剖面圖來傳達建筑設計，并以圖紙為依據進行技術交流。在1978年，美國一位教授出版的《計算機輔助建筑設計》中，系統的總結CCAD的發展成果，并較為全面的介紹CCAD技術理論、研究內容及開發理論等，為數字技術助力建筑行業奠定基礎。

二、數字技術助力建筑施工的特性

（一）自動化施工監管

數字技術時代的建筑施工已經不再是工人手持圖紙及對講機進行監測的時代，而是通過數字模型來掌控施工現場，其中包含數字化系統的應用，目前使用范圍較廣的是CATIA系統以及BIM系統。

CATIA系統源于自法國，起初是一個飛機公司的工程軟件。在建筑施工過程中，工人可以依據 CATIA系統建立出三維模型，能夠對施工進行直觀調控。由于該模型的精準度遠優于圖紙及傳統教學建筑模型，因此利用它來監管施工可以提升現場裝配的準確度，簡化裝配過程。而BIM系統則是以三維數字技術為基礎，依據可視化模型對各個環節進行控制，其在施工階段能夠提供建筑質量進度及成本信息，提高材料設備供應的透明度，幫助工人對施工材料進行合理控制。例如：利用BIM系統，工人可以優化下料，減少因為材料損耗而造成的資金浪費，還能同步各方面的施工信息，避免某一環節缺失而導致的工程滯后。除此之外，業主也能夠通過系統隨時隨地了解工程的施工進度。這兩個系統雖然各有不同，但都對于監控、工程規劃、建造成本等多個方面進行了優化，實現傳統媒介所不能達到的施工精準化、經濟化。

（二）自動化施工定位

在數字技術應用于建筑施工的過程中，使建筑定位逐漸遠離卷尺及標桿，能夠采用電子儀器進行精準定位。在畢爾巴鄂古根海姆博物館的施工進程中，每一部分的建筑構件都在橫截面貼有條形碼，使之能夠利用CATIA系統構建精準定位并進行數字化模擬，以更加快速及準確地確定每一個部件的放置位置。除此之外，GPS也被應用到建筑施工之中，用來校正各個部件之間的位置及關系，幫助解放人的肢體勞動，在一定程度上提升施工質量，減少誤差。

（三）自動化施工操作

手工時代及工業時代的建筑施工都有物理性介入。而數字技術的應用是自動化的，其施工技術使人們終于擺脫繁雜的操作流程，使施工操作具有跨時代的特征。數字技術幫助施工操作自動化，是由各領域技術協同作用而得以實現的，其中一個主要代表就是施工機器人。在日本，這一工具的使用范圍已經得到有效擴大，例如：強壯的杰克能夠用于放置較重的鋼梁等，混凝土處理者則能夠用混凝土進行現場澆筑。

在數字技術的推動下，建筑施工環節已經具備實現全自動化施工的可能性，從監控、定位到操作，人們逐漸擺脫具體勞動環節。而數字技術作為我們這一代人的智慧產物，不僅能夠延伸人的勞動能力，還能延伸人的決策及辨識能力，彰顯鮮明的時代特征。

三、傳統設計方式與建筑施工中的問題

長久以來，建筑設計與建筑施工的深層關系沒有能夠在前期設計中得到體現。設計師們普遍認為只要完成前期設計就已經結束了，沒有實際考慮在具體施工的過程中可能會遇到的問題。而事實上，設計與施工需要緊密相連，才能保證設計圖紙能夠真正應用到施工環節中。除了設計之外，從建筑材料的選擇到企業制造加工，再到施工現場的裝配，都是能決定建筑最終完成質量的基礎性工作。

從過去對于建筑行業的研究能夠看出，建筑行業的生產效率及質量提升受到了一定阻礙。而造成這種阻礙的原因，其中包含很多方面：各個部門的聯系不夠緊密；設計與施工單位產生割裂甚至對立；各個部門負責人的專業交流混亂等。簡而言之，造成這種困境的重要因素，就是各部門之間受到傳統媒介的制約而缺少交流溝通，導致設計與實際施工方沒有達成一致。而數字技術能夠助力建筑施工，使之在計算機的輔助之下形成信息技術系統，為設計及施工方之間的溝通搭建橋梁。

四、數字技術助力建筑施工的體現

（一）文化遺產的虛擬重現

伴隨著經濟發展速度加快，城市現代化及鄉鎮城市化建設進程也隨之加快。我國各地較為古老的大型建筑受到一定損壞，使得我國歷史文化遺產的生存環境形勢較為嚴峻，只能采用修復的方式對其予以保護。但在傳統對建筑進行修復的過程中，常采用數字近景攝影測量、三維激光掃描測量、虛擬現實等技術，在對于古建筑測量方面常采用標尺、標桿等，使用人工測量的方式。由于部分古建筑相對較高，只能人工上去測量，不但會影響其精準度，還會對其造成一些損壞，甚至遇到一些較為復雜的建筑如雕刻等，只能束手無策。而將數字技術應用到我國建筑修復之上，能夠利用三維激光掃描、計算機圖像處理等技術進行整合，對其進行精準分析，以制定出最完善的修復策略計劃，構建完整的古建筑保護機制，并將其付諸實踐，為古建筑的文化保護作出示范。

（二）電影中的“虛擬建筑”

電影這種藝術表現形式自誕生起，就被各種各樣的數字技術所武裝。每一次數字技術的革新，都能為電影藝術帶來新的生機，為其提供出更加廣闊的表現形式及表現空間，并且能夠豐富的電影語言文化，更新的發展機遇。在20世紀80年代，特別是90年代中后期，數字技術得到迅速發展，以數字技術為核心的高新科技逐漸滲透到電影藝術之中，為電影藝術帶來較大的變革，尤其是美國的數字化電影，就是在其中的代表性產物。當下，美國絕大多數的影視作品都依靠數字技術來完成，使電影的藝術感染力能夠達到與其他媒體匹敵的效果，創造人們聞所未聞，見所未見的視聽奇觀，并且吸引更多觀眾，為電影市場帶來新的繁榮。

數字化電影終歸還是電影藝術，要講故事，并且需要與一些故事情節相匹配的建筑。不論在電影中所出現的建筑是真實存在的，還是在影棚里構建的，都有一個不爭的事實，就是電影藝術必須定位于特定的場所，在合適的建筑空間里來講述故事，為故事搭架子。自古以來，建筑的主要任務就是劃分出適合人類所居住、生存的場所，能夠讓人類在此繁衍生息、生老病死。也正因如此，衍生出電影建筑師這一行業，為電影構造出符合其風格、能夠表達出其意境的虛擬建筑。

五、數字技術助力建筑施工路徑探索

（一）BMI技術應用

當建筑進入到施工階段，可以將BIM技術應用到遠程管理系統之中，并且將虛擬施工與BIM技術結合，建立協同施工監管平臺，讓相關管理人員可以通過移動終端隨時、隨地查看各項數據，并對其進行統籌管理及優化，這樣在合理運用碎片化實踐的同時，也為工程管理帶來一定便捷性，提升整體施工效率。除此之外，還可以依托BIM當前所有的建模技術，建立場地動態模擬機制，幫助建筑施工單位監管施工工人，并在工程完工之后進行驗收。

（二）深入推進GPS技術

GPS技術在建筑施工領域具有突破性的進展，其在測量、繪制、施工、定位等階段都具有十分強大的作用，對于提升施工質量方面有較為突出的意義。第一，在施工前的測量及定位方面，傳統的模式沒法進行精確采集，需要后續進行多次檢驗，將誤差降到到最小，并刪除異常數據。這對于建筑施工來說，會致使其進程減慢，降低施工企業管理效率。特別是如果某一定位出現偏差，就會對整個施工進程造成極大影響，可能導致停滯或者重建。而將GPS系統應用到建筑施工上，就能通過衛星定位對每個標記點進行捕捉，以獲得對定位點最精準的數據，并通過無線網絡傳回基站，通過計算對其作出處理，及時刪除錯誤點或者異常點，完成對坐標的精準定位。

雖然傳統的定位模式，能夠滿足一些較為普通的建筑施工需求，但是在大壩、跨海橋梁及地標性建筑等大型施工項目中，需要更為精準化的定位點，故傳統模式不能夠再適用。如果采用GPS技術，就能夠直接將數字化模型以及精準的定位點發送給施工方及投資方，再經過前期的反復比對，對可能會出現問題的點予以解決，能夠提高施工的效率。

（三）建設高效監管體系

在某一個項目工程實際施工的過程中，會受到多種外介因素或者危險因素的影響，而施工技術普遍較為復雜，對于監管、控制要求相對較高，這就致使在建筑施工的進程中，需要構建專業化的監管機制。因此，可以利用數字技術來進行監管，采用遠程監控或者多媒體傳輸的系統，對各個部門、各個位置點的施工進行實時監督，一旦發現有任何異常情況能夠快速上報，并快速抵達現場與相關工人進行有效溝通，提升施工效率，有效避免因為現場施工面積過大，而造成管理混亂及管理的效率低下等問題。

除此之外，在建筑施工的安全方面，數字技術也能夠發揮起作用，遠程監控或者多媒體傳輸系統，能夠通過鏡頭推進、拍照等多種形式，對于違反相關條例的工人進行取證，同時通知相關管理人員到達現場，以此保障建筑施工的嚴肅性及權威性，提升施工工人的安全意識，避免在項目上出現任何安全問題，造成資產損失及民事糾紛。

（四）系統管理班組人員

保障建筑施工的質量及效率是這一工作的基礎性環節，但是由于效率與質量本身就是一個矛盾體，效率過高可能會產生質量低下，而質量過高則可能會導致效率低下，因此對于這一方面的管理工作，在建筑施工中顯得較為困難，但是利用數字技術能夠提升管理效率。如：在前期進行工程測繪及地貌抄測的過程中，可以使用數字技術，直接與CAD、天正等軟件結合，消除地形、天氣等不良因素對建筑施工的影響，從而做到一站式出結果。其中包含定位點及高程等數據，能夠即出即讀快速構建圖三維模型，使得上層管理人員及現場施工人員，能夠對整個建筑施工有所把控。除此之外，上層監管人員需要定時到現場對施工環節進行監管，這也會影響施工進程，然而利用Project等專業軟件，就能在線上把現場施工進程與原本施工計劃進行比對，快速發現各個節點的偏差，并利用AHP等分析模型找出其中會影響進度的關鍵因素，對其做出拯救計劃，實現對建筑施工的有效監控。與此同時，部分建筑施工會采用混凝土或者防水材料，這類特種材料對于過程監督有較高要求，而采用GPS監控儀器，就能夠對重點施工位置進行監控，捕捉極為微小的形變并形成數據，并對上層監管人員予以反饋，讓其及時對形變原因進行分析，使質量問題在初期就能得到解決及處理，對整個項目施工進程的穩定性有較大幫助。

六、結束語

數字技術依托其高效、精準的特性，在當代建筑施工中的作用及優勢越發明顯，使得我國建筑工程，目前正處于一個平穩運行且呈上升趨勢的階段。將數字技術應用到建筑施工當中，能夠對其進行有效整合并提升管理效率，對我國建筑工程的軟實力建設有良好的助推作用。但我們仍要保持推陳出新的態度，積極進行探索及借鑒，持續優化，運用數字技術思維來引導建筑施工，推動我國建筑施工項目邁向一個更高的發展平臺。

作者單位：李嬈 北京北大縱橫管理咨詢有限責任公司

澳門科技大學商學院

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