面向智能建造的數字化施工方案的實現

何俊杰, 王鐘箐

(成都大學, 四川成都 610000)

0 引言

建筑業作為支撐國民經濟的支柱產業,為我國經濟的快速發展提供了堅實的基礎。當前建筑業的生產方式仍舊比較粗放,與高質量發展要求相比還有很大差距[1]。

當前世界信息技術蓬勃發展,建筑行業也應當把握時代發展的脈絡,大力發展建筑行業信息化、智能化,通過不斷發展與運用智能建造技術,實現建筑行業的轉型升級?？v觀建筑行業的發展,它給人民的生活和生產帶來了巨大的改變。從機械化到工業化,再到如今的信息化,工程施工建造技術出現了巨大的飛躍。目前,信息產業的蓬勃發展,將為建筑行業的技術發展和科技創新注入巨大的能量。

1 智能建造的概念及特征

智能建造是信息化、智能化與工程建造過程高度融合的創新建造方式[2]。智能建造將信息技術與建筑行業深度融合,通過將信息技術融入建筑行業生產全過程,構建集科研、設計、生產、施工、運營于一體的全產業鏈智能化體系,實現建筑工業化、信息化、智能化的轉型升級。

傳統的建筑建造方式存在生產粗放、勞動效率低、要素投入大、資源消耗大等問題,而智能建造的優點可以合理地解決這些問題。

(1)智能化。智能建造的關鍵特征便是智能化。建設工程擁有大量的工程信息,智能建造能夠更好地儲存和利用這些數據,實現數據的快速分析和利用。

(2)可視化。智能建造技術的可視化,使建筑信息不再僅以文字方式展現,而是通過信息技術轉化為可視化模型,實現建筑信息形象化、簡約化展現,對實際工程建設提供模型演示與預判。

(3)集成化。利用計算機技術,實現建筑項目資源要素及信息的高度集成,便于全面分析與評估工程項目的建造與實施。

(4)可持續性。智能建造作為一種新型的施工建造方式符合可持續發展的理念,將可持續性融入項目建設過程。利用信息技術能夠實現資源的合理分配,減少生產要素的浪費。實現綠色建造,促進建筑行業的可持續發展。

2 施工方案數字化

2.1 施工方案組成

施工方案是以單位工程中的分部(分項)工程或專項工程為主要對象編制的施工技術與組織方案,用以具體指導該分部(分項)工程或專項工程的施工過程[3]。

施工方案的編制內容包括:編制依據、工程概況、施工部署、施工工藝、工藝質量要求、質量保證措施及安全文明施工措施等。對于指導實際施工具有重要作用。

2.2 施工方案數字化定義

施工方案通過各種生產要素的投入以及約束要素的控制,以指導工藝流程的一系列活動。施工過程中的生產資源投入是指勞動力、材料、施工機械、資金等的投入與使用[4]。約束要素是指施工過程中需要遵守的各種控制條件,包括施工圖紙、設計規范、技術路線、安全措施、環保要求等各種內容。

數字化是指利用計算機集成三維模型來表達產品定義的信息[5]。施工方案數字化通過運用信息化技術將施工流程中所涉及的生產要素集成在構建模型中予以表達。通過計算機技術完成施工全過程模擬,實現施工方案的可視化講解,對于提高施工階段的效率、成本管控、資源配置以及質量管理具有重要作用。

2.3 施工方案數字化過程

2.3.1 建立信息庫

首先需要對施工方案中施工工藝進行細致的分解,提取出施工流程包含的要素信息建立信息庫。信息庫的內容一般包括標注和屬性兩大部分。標注信息(規格、注釋、符號)等可直接在視圖模型中設置要素信息,屬性(材質種類、工藝技術、規范標準)等集成在模型中需要通過計算機技術查詢與利用包含的信息。信息庫如圖1所示。

圖1 信息庫

2.3.2 工藝流程信息表達

2.3.2.1 關鍵幀技術

幀是視頻影像中的單幅畫面,一幀一副靜止畫面,多個連續的幀就形成動畫。關鍵幀是某一時間點下的物體狀態,要想表現物體動態變化的過程,則需要多個連續關鍵幀來實現。

2.3.2.2 基于關鍵幀技術的立體交互視圖創建

創建立體交互視圖主要包含工藝要素分析、編輯關鍵幀2個部分。工藝要素分析主要包括分解工藝流程、梳理施工技術要點等;關鍵幀編輯包括導入及處理模型、設置關鍵幀、對照工藝要素與模型等,如圖2所示。

圖2 立體交互視圖

2.3.2.3 工藝動畫編制

依照分解的施工工藝流程,在時間軸上通過關鍵幀的設置,靈活添加音頻、位置、動畫、屬性等,實現施工工藝的講解與動態變化,通過添加相機動畫實現視圖的切換,更有利于動畫流程的展示。

2.3.3 施工方案數字化框架

根據項目施工方案,對施工工藝進行分解,細化工藝流程。對施工工藝流程進行合理分解可以加強對整個施工過程的掌握與控制。通過創建立體交互視圖和工藝動畫編制可以使紙質化的施工方案化繁為簡,便于利用。通過計算機技術進行可視化模型輸出,對于工程交底與指導施工過程大有裨益。圖3展示了施工工藝數字化流程。

圖3 工藝流程數字化框架

3 實際工程應用

本文以某工程的預應力高強混凝土管樁基礎為例。運用BIM-FILM軟件結合承臺施工方案說明數字化創建流程。

3.1 施工工藝流程分析

承臺施工的典型工藝流程為測量放線、承臺開挖、樁頭處理、墊層澆筑、磚胎模砌抹灰、鋪防水層、防水保護層、鋼筋綁扎、承臺澆筑等,工藝流程如圖4所示。

圖4 承臺施工工藝流程

基于承臺施工方案的典型工藝流程,對各工序進行分解,梳理技術要點。如圖5所示。

圖5 承臺施工典型工藝流程細化

3.2 立體體交互視圖創建

3.2.1 工藝要素與視圖模型對照

以承臺鋼筋綁扎視圖為例,當前視圖中構建模型為施工工藝流程所對應模型。通過注釋的方式,表達鋼筋綁扎過程中的技術要點,實現工藝要素與視圖模型的映照,如圖6所示。

圖6 承臺鋼筋綁扎關建幀

3.2.2 設置動態視圖

根據細化的施工工藝流程,設置多個連續的關鍵幀。通 過關鍵幀,調整與控制視圖中構件的狀態,通過編輯與變更施工流程視圖中構件模型的狀態,實現工藝流程的動態變化。

通過添加各種施工動畫,控制構件在各時段的位置、狀態,表達動態的模擬施工過程。圖7通過多個連續視圖說明鋼筋綁扎的工藝內容。

圖7 承臺鋼筋綁扎動態變化

4 總結

本文探究了智能建造技術在施工階段的應用,結合具體施工方案實現數字化模擬。對指導實際施工,實現施工階段的質量管理、成本控制、進度管控具有重要意義。

隨著信息技術的發展,建筑行業也迎來了新的變革。當前建筑行業與信息技術緊密結合,構建涵蓋設計、生產、施工、運營為一體的智能建造產業平臺,為建設項目整個生命周期提供智能化、數字化服務,更有利于建筑行業的高質量發展。