傳統建筑工程數字化轉型升級路徑探索

朱娜

(青海建筑職業技術學院 青海西寧 810000)

隨著當今社會生活水平與科學技術水平的提升，傳統建筑工程面臨更多的機遇與挑戰，數字化轉型升級已成為行業發展的必然趨勢之一。現階段，建筑工程仍存在一定困境，如現場管理難度較大、工期難以有效把控、工程成本難以有效控制等。在大數據與BIM等各類新科技成果的支持下，傳統建筑工程開始向數字化方向發展，以實現轉型升級的道路。然而，傳統建筑工程數字化轉型升級之路并非一蹴而就，而是需要經歷漫長且復雜的過程。在此過程中，推進實體經濟與虛擬經濟的有機結合、提升建筑工程企業整體競爭力水平等工作非常重要。

1 傳統建筑工程數字化轉型相關分析

在大數據、云計算、BIM技術等各類高新科技成果不斷應用于建筑工程領域的新時代，數字經濟已相應為行業發展增添了新內容。研究表明：2021 年，中國數字經濟規模超過45萬億元，無論與自身相比還是與其他國家相比，都有顯著提升[1]。

1.1 傳統建筑工程數字化轉型的意義

現階段，我國社會經濟水平已出現了大幅度提升，城市化整體發展速度日漸加快，土地資源隨之更為緊張，因而合理利用土地資源也相應成為新時代發展的必修課程。在此背景下，建筑工程領域出現了越來越多的高層建筑與超高層建筑，施工企業所面臨的考驗也日漸嚴峻。而建筑行業自身也屬于支柱產業，工程落實過程中涉及各類機械設備與人工成本，工程管理也向來具備較大難度，各類現場管控工作不易落實，工期也難以得到有效控制，種種原因使建筑工程領域在新時代的發展路程尤為艱難。在不斷進步的數字經濟支持下，傳統建筑工程隨之取得新成果，競爭日漸激烈，工程項目管理難度也日漸提升。而數字化技術與此發展趨勢更具契合度，將數字化技術應用于傳統建筑工程領域后，工期成本得到了有效控制，安全管理水平相應提升，施工單位整體競爭能力不斷增強，傳統建筑工程領域也被賦予了新的意義[2]。

1.2 數字化施工技術在傳統建筑中的應用意義

為實現傳統建筑工程數字化轉型目標，了解數字化施工技術在傳統建筑中的應用意義是每位相關從業人員的必修課。對傳統建筑工程中應用數字化施工技術的情況進行分析可知，其主要應用于工地測量管理系統、機械控制系統、數據管理平臺、設計轉化軟件等各個環節中[3]。在對數字化施工技術進行全面應用后，傳統建筑施工工程也將相應面臨三方面優勢：一是有效縮短工期，依托于數字化施工在短期內完成高效施工，避免后續返工，且數字化施工技術能保障每天24 h 持續作業，有效節約人力資源；二是保障施工質量，由于數字化施工自身精度較高，工程建設整體質量也能相應提升；三是節約施工成本，在數字化施工技術的輔助下，建筑企業管理成本能相應得到全面控制，對不合格建材進行調配的時間也能相應縮短，施工所需機械設備的等待時間也能同步縮短，不必要的損耗也將相應減少，無論對建筑企業、施工人員或是業主而言都具備極大的優勢[3]。

2 傳統建筑工程數字化轉型現存不足

2.1 信息提取缺乏全面性

在傳統建筑工程實現數字化轉型升級的過程中，全面采集信息是最為重要的環節之一，唯有各方面信息都經過有效采集才能有效建立建筑模型。一旦信息采集環節缺乏全面性，后續建筑模型即有可能存在不足，進而對后續施工環節造成不良影響。但由實際施工過程來看，信息提取不全面仍是一項較為嚴重的問題，由于信息設備缺乏先進性、采集人員缺乏足夠的素養等問題，提取信息環節仍存在片面性，信息存在遺漏或失準的情況時有發生。數字化處理技術也難以對所采集的信息做出合理篩選或補充，最終導致所采集的信息無法全面應用于后續建模環節，甚至應用此類信息后導致設計結果出現偏差，最終的建筑模型與所設計的環境或功能存在差異，傳統建筑工程數字化轉型也難以提上日程[4]。

2.2 結構參數缺乏合理性

對建筑工程進行數字化模擬與建筑自身實際情況間存在的差異難以完全避免，對此原因進行分析可知，主要由于模型建立在一定的數字假設基礎上，因此保持模型精準度、縮短模型與實際的差距尤為重要。在此環節中，參數發揮了重要作用，一旦對參數存在選擇不當或誤差相對較大的情況，后期構建的建筑模型也將與實際情況存在較大偏差，對建筑施工過程而言，任何細微誤差都有可能對后續居民的生命財產造成嚴重威脅。但由實際施工過程不難看出，現階段結構參數缺乏合理性也是一項相對嚴重的問題，相關從業人員仍需進一步提升對參數的選擇能力，為后續建筑施工提供有力保障[5]。

2.3 模擬環節仍存在誤差

誤差雖在建筑工程施工過程中無法完全避免，但建筑施工也對誤差有嚴格要求，將誤差控制在最小范圍也是每位相關從業人員的畢生所求。在傳統建筑數字化轉型過程中，建模環節需要利用信息技術處理前期所采集的信息，經處理的數字在建模中屬于原始信息，而原始信息更易存在誤差。與此同時，在將數字代入對應的公式進行計算的過程中，不可避免會產生誤差，這也是影響數字化轉型順利落實的重要阻礙之一，相關從業人員也需要不斷提升技術水平，將誤差控制在允許范圍內[6]。

2.4 數據之間缺乏交互性

數據交互性是保障傳統建筑工程數字化的重要基礎，但在實際施工過程中，數據交互性仍舊存在較大提升空間，主要體現為兩方面內容：一方面，傳統結構設計軟件與深化設計軟件間的數據尚未實現有效交互，建筑模型難以導入深化設計軟件；另一方面，設計軟件與生產管理軟件間的數據尚未實現良好傳遞，在此情況下不得不重復建模，無形中使BIM 數據造成損失。與此同時，智能化生產管理軟件與配套的自動化生產設備尚未全面統一，數據傳輸標準在不同軟件中也存在差異，都在一定程度上為后續建筑施工環節造成阻礙，仍需進一步解決。

3 傳統建筑工程數字化轉型升級路徑

3.1 利用人工智能技術提升施工效率

應用人工智能技術是傳統建筑工程數字化轉型升級的最主要路徑之一，現階段已不斷取得新成果，為傳統建筑工程施工環節注入了新的活力。

3.1.1 以人工智能技術保障施工速度

隨著時代不斷發展，人們對住房的需求大幅度提升，保障施工速度已成為新時代建筑工程領域的重要課題。傳統建筑施工完全依靠人工方式施工，不僅難以保障施工速度，也容易導致施工質量問題。在人工智能的輔助下，施工速度可得到有效保障，人工智能設備不僅對施工環境要求較低，可在任何環境下完成施工，也具備全天候施工的功能，可大幅度提升施工速度。因此相關從業人員要充分利用人工智能技術，為建筑領域注入新的活力。

例如：碧桂園旗下機器人公司——博智林生產的建筑機器人（如圖1所示）創下了一天兩層的機器人裝修新速度。其中，墻磚鋪貼機器人在9 d內裝修15層（90戶）的作業，地磚鋪貼機器人CA80 則主要負責800 mm×800 mm規格的地磚鋪貼，其效率高達6.8～10 m2/h，是傳統人工施工的2.7～4倍。且地磚鋪貼機器人功能齊全，可完成視覺識別、自動抓取、傾角調整、多點振搗等各項工作，機器人能承載8塊地磚與鋪貼所需瓷磚膠量，減少上料上磚時間，有大于6 h的電池續航能力，作業時間更持久。2022年3月,某地的項目已實現10 d完成1棟16層共94戶住宅的膩子涂敷施工的工作量。現階段膩子涂敷機器人已在多個項目進行施工，累計作業面積超18萬 m2，均以高質量完成面通過質量驗收。

圖1 博智林生產的瓷磚鋪貼機器人正在工作

3.1.2 以人工智能技術保障施工安全性

傳統建筑工程施工領域中的墻面涂料環節，施工人員需要依次完成膩子打磨、涂油漆等各項工作，每項工作都可能產生一定刺激性氣體，此類氣體往往對人體存在一定危害性，長期從事此類工作的施工人員身體健康狀況會面臨較大威脅。但在將人工智能機器人應用于此類工作后，機器人將取代施工人員完成墻面涂料環節，使施工人員免受有毒有害氣體侵襲。且人工智能機器人的培訓過程也相對簡單，一般情況下僅需培訓半天時間即可勝任墻面涂料工作，底漆與面漆等水性涂料都能在人工智能機器人的輔助下實現全自動噴涂。在人工智能機器人噴涂的過程中，專業技術人員僅需在其他區域完成遠程操作即可，有效避免了進入施工現場受建材中有毒有害物質影響的不利局面。

例如：廣東博智林機器人有限公司已生產出相關人工智能機器人，此類產品在在松湖明珠項目建設環節取得了初步應用，并獲得了較為理想的反饋結果。在利用人工智能技術的過程中，廣東博智林機器人有限公司依托于前期市場調研結果，與自身產品線發展前景有機結合，總計研制出可用于建筑施工領域的機器人多達50種，現階段已有18種機器人投入使用。此類人工智能機器人可代替人類完成難度系統較大且較具危險性的施工工作，為建筑企業節約了一定人力資源成本，也在一定程度上提升了整體施工安全度[7]。

3.2 利用BIM技術提升施工精準程度

BIM技術是建筑工程領域在新時代日漸為人所認可的新技術之一，且已取得了日漸廣泛的應用范圍。例如：北京環球影城度假區的建設過程中，BIM技術即發揮了自身重要作用。北京環球影城度假區的標志性建筑之一為侏羅紀世界努布拉島的假山瀑布，此項建筑的建設過程依托于BIM 技術，僅由施工單位責任工程師繪制相關構件，使風管、電纜、橋梁架體等構件得以細化并呈現于計算機軟件中（如圖2、圖3 所示），其余工作則由BIM技術完成，在BIM技術的支持下，燈光與音響等電氣設備都能相應得到精準安裝，誤差被控制于3 cm以內[8]。

圖2 利用BIM技術制作的北京環球影城度假區模型

圖3 利用BIM技術處理的大跨度玻璃穹頂建筑機電施工技術

在此基礎上，BIM 技術也可被應用于建筑工程項目整體生命周期控制環節，在建筑工程項目生命周期中，應用BIM 技術具備以下3 個方面優勢。第一，為BIM 數據能與各類分析工具相匹配，從而為不同用戶提供所需數據支持。例如：在BIM技術的支持下，模塊化Web 服務框架功能更為全面，信息設計功能與自動化設計評估功能相應發揮了更大的作用，在平臺中更新建筑模型的步驟隨之簡化，為相關從業人員提供了更多便利。第二，為BIM 應用程序能提供更多視覺信息支持，使相關從業人員對后續環節所做的決策更為科學且合理，工程設計人員、業主、承包商等各方都能依托于BIM 技術順利參與建筑建設環節，并為建筑后續發展提出更具建設性的建議。例如：在BIM 技術支持下，建筑能耗評估環節更具科學性，能源性能指數可視化效果大幅度提升。第三，BIM 技術能提升建筑工程各項利益相關方的溝通效率，為相關人員提供交流平臺，使建筑工程項目各方相關人員達成共同愿景，并減少后續糾紛，為施工單位提供更為廣闊的發展平臺。

3.3 利用人工智能構建智慧工地模式

傳統建筑工程施工中的現場管理涉及內容相對較多，在實際管理過程中無法全面兼顧，因而易存在百密一疏等情況，難免出現管理不當的問題。但在數字化轉型升級的技術支持下，依托于人工智能構建智慧工地模式可有效解決此類問題。人工智能系統可實現對工地的全天候監測，施工人員可通過刷臉等方式核驗身份進入現場，并在后續工作中接受人工智能監督，人工智能系統也可通過自身科學算法判定施工人員在工作過程中存在的不安全行為，并做好實時提醒，以此保障各項施工環節順利進行。

4 結語

綜上所述，科技發展已為各行各業注入了新的活力，傳統行業在當今時代也在各類科技成果的輔助下煥然一新，呈現出蓬勃發展的新態勢。在此背景下，傳統建筑工程數字化轉型升級也相應成為行業發展的必然趨勢之一。相關從業人員需要全面地了解數字經濟理念，也會對建筑工程現階段存在的不足進行全面客觀分析，在此基礎上針對各項不足對應采取措施，使人工智能技術與BIM技術等高新科技成果不斷在應用于傳統建筑工程領域，推進行業早日全面實現數字化轉型升級，為建筑行業后續的發展奠定堅實基礎。