智能建造的技術體系及應用模式研究

劉二虎 王鵬洲 徐濤 趙琛

中國建筑第四工程局有限公司 廣東 廣州 510000

1 研究背景

智能建造是一種新型的、智能化的建造方式，它將計算機技術、人工智能、控制技術、傳感器技術、虛擬現實和增強現實技術等高科技技術應用于建筑建造的各個階段，從而實現智能化、智能聯網、精益生產和可持續發展。在當前快速發展的信息化時代，智能建造成為了新建筑技術應用的熱點和未來發展的趨勢。實現智能建造的關鍵在于智能技術的應用，尤其是人工智能、物聯網和云計算等技術的應用，必須將智能技術與建筑工程的傳統方式相結合，從而提高效率、降低成本，并實現建筑工程的質量控制。

2 智能建造的概念界定

2.1 智能建造的特點

智能建造作為新一代建筑業發展趨勢，具有多種特點。首先，智能建造是基于數字化和信息化技術的建造方式，采用了計算機輔助設計、虛擬仿真等現代技術手段。其次，智能建造具備高度集成性和協同性，具有較強的生產與管理創新能力。此外，智能建造還具有快速、靈活、可重復性、可持續性等特點，能夠滿足不同需求和多元化市場的應用要求[1]。智能建造的快速性體現在建筑工程建造周期明顯縮短，檢測和驗收時間大幅縮短，提高了工程建設效率，降低了建設成本。靈活性則表現在智能建造過程中具有多元化的建造方式，能夠為建筑業提供更靈活的應對策略，滿足不同層次客戶的需求。在可重復性方面，智能建造采用現代化管理方式，對建筑建造中的每一個環節都有嚴格的質量控制，從而保證了建筑質量的一致性。最后，智能建造還具有可持續性，能夠實現節能減排、減少建筑廢料產生等可持續發展目標，具有響應低碳經濟、環境保護等重要意義。綜上所述，智能建造具有多種顯著的特點，因此在未來的建筑業中具有廣泛的應用前景。

2.2 智能建造的主要內容

智能建造是當前建筑行業發展的熱點之一，其主要內容可以從多個角度進行劃分和描述。其中，從技術應用的角度來看，智能建造的主要內容可包括以下幾個方面。首先是數字化建造技術。數字化建造技術是智能建造的核心，其主要包括BIM技術、機器視覺技術、虛擬現實技術等。其中，BIM技術是當前最為重要、應用廣泛的數字化建造技術，它不僅能夠實現建筑設計和施工過程中的數字化管理，還可以對建筑物的運營和維護提供支持。而機器視覺技術則可以通過攝像頭、激光雷達等傳感器對建筑物進行三維掃描和圖像識別，從而實現對建筑物的自動化檢測和監測。虛擬現實技術則可以實現對建筑物的虛擬仿真和交互式展示，是建筑設計、營銷和教育等領域的重要手段[2]。其次是智能施工技術。智能施工技術是數字化建造技術在施工過程中的具體應用，主要包括施工機器人、智能設備、云輔助施工等。其中，施工機器人是當前應用最廣泛、最為成熟的智能施工技術，可以實現對建筑物混凝土施工、墻體構建等環節的自動化控制，從而提升施工效率和質量。智能設備則可以通過無線通信、物聯網、云計算等技術實現對施工現場的信息化管理和監控。云輔助施工則可以通過互聯網和云計算技術實現對施工流程的協同和優化。最后是智能運營技術。智能運營技術是數字化建造技術在建筑物使用階段的具體應用，主要包括智能能源管理、智能安全管理、智能維保管理等。其中，智能能源管理可以通過智能傳感器、建筑自控系統等手段實現對建筑物用電、用水、用氣等能源消耗的實時監測和控制。智能安全管理則可以通過視頻監控、人臉識別等技術實現對建筑物的安全風險預警和防范。智能維保管理則可以通過物聯網、大數據等技術實現對建筑物設施和設備的狀態、使用壽命等信息的實時監測和管理。這些技術的應用，可以有效地提高建筑物的安全性、節能性以及運營效率。綜上所述，智能建造的主要內容包括數字化建造技術、智能施工技術和智能運營技術。這些技術的應用，可以有效地提升建筑行業的發展水平和建筑物的建設、使用和維護質量。

3 智能建造的技術支撐體系

3.1 智能建造的技術支撐體系模型

智能建造的技術支撐體系模型是智能建造技術體系中至關重要的一部分。通過對該模型的研究，可以更好地理解智能建造技術的運行機制，從而為智能建造技術的應用提供更好的支撐。該模型可以分為三個基本模塊：感知模塊、決策模塊和執行模塊。感知模塊通過各種傳感器來實現工程信息的采集，如溫度、濕度、壓力等。決策模塊則主要是通過智能算法對感知模塊所采集的信息進行分析和判斷，得出最優的決策，并通過控制指令傳遞到執行模塊。執行模塊則對控制指令進行執行，包括機械控制系統、計算機網絡控制系統等，從而實現對整個工程建造過程的控制和管理。此外，在模型的應用中還可以考慮一些非常重要的要素，如安全性、高效性、靈活性和可靠性等，使智能建造技術更好地實現對工程建造的全方位支持和保障。總的來說，智能建造技術支撐體系的模型精簡而又不失重要，實踐證明，采用該模型進行智能建造技術的研究和應用，能夠更好地支持和推進工程建造自動化、信息化和智能化的發展，促進工程建造效率的提升，實現對城市建設的快速發展以及人民生活的改善。

3.2 智能建造的技術支撐體系運行機制

智能建造的技術支撐體系運行機制是指智能建造領域中系統的運行和交互過程，包括構建、管理、應用等環節。在智能建造的運作中，技術支撐體系的作用非常重要，因為它將工程生命周期的所有階段有機地結合在一起，使整個建造過程更加高效、智能化和可控[3]。首先，智能建造的技術支撐體系運行機制需要有高效的通訊和信息傳輸機制，可以實現不同方面信息的互聯互通，方便各單位之間的協作和合作，減少信息傳輸的時間和成本。其次，技術支撐體系需要建立具有強大計算和分析能力的模型，不斷優化模型和算法，實現對系統的智能識別、處理和智能決策。在智能建造的運作中，智能管理系統是不可或缺的，它具有項目管理、生產管理、質量管理、成本管理等多種功能，可實現對工程生命周期的全面管理，提高管理效率和精度。同時，技術支撐體系還需要有智能數據分析和處理能力，可以通過大數據的分析和挖掘，實現對建筑預算、設計、施工等環節的優化和升級，為建筑實現智能化提供加速和支持。在智能建造的支撐體系中，從業人員的培訓和管理不可或缺。需要建立一個系統化的培訓機制，防止錯誤信息的傳遞，提高從業人員的專業素質和技能水平，提高產品整體品質。總體而言，智能建造的技術支撐體系運行機制需要有智能化、信息化、集成化的特點，不斷優化更新，確保其能夠適應建筑市場的需求和變化，推動建筑行業實現技術創新和轉型升級。

4 智能建造的應用模式

4.1 智能建造在建筑設計領域的應用

智能建造是指在建造過程中采用智能化技術手段，以提高建造效率、降低建造成本、提升建筑品質、提高節能環保性能等為目的的建造方法。在建筑設計領域，智能建造的應用涉及到建筑設計的多個方面。首先，在建筑設計的初期，利用BIM技術可以幫助設計師進行三維建模、工程量計算和材料計劃，并可以進行虛擬現實演示，這樣可以節約建造成本，同時也可以提高設計效率和建筑品質。其次，在建筑設計的實施過程中，采用機器學習、深度學習等技術可以自動化地進行建筑元素參數的計算和模型生成，從而降低出錯幾率，并且能夠實現各種基于智能算法的建筑優化設計，滿足建筑設計的高效、快速、精細的要求。此外，智能建造在設計領域還體現在對建筑材料的選擇和管理上。通過搭建材料數據庫和應用數據分析技術，可以快速準確地選擇適合的材料，以及為后續施工、運營和維護做好數據儲備和管理。值得注意的是，智能建造在建筑設計領域的應用還需要涉及到很多關鍵技術的研發和應用，隨著技術的不斷發展，智能建造在建筑設計領域的應用將會越來越廣泛。

4.2 智能建造在施工管理領域的應用

智能建造在施工管理領域的應用，是許多建筑企業關注的領域之一。目前，許多公司正通過引入智能建造技術，優化施工管理流程，提高施工效率，縮短工期，降低成本，提高施工質量。一方面，智能建造技術在施工管理環節的應用，主要體現為：通過智能化的輔助設備、儀器和軟件系統，實現施工現場的自動化、信息化和智能化，并通過實時數據交互和分析，進行全面監測和管理施工進程，從而大大提高施工效率和質量。另一方面，智能建造技術在施工管理環節的應用，還包括多方面的管理手段和方法，如建立信息化施工管理平臺、引入施工工藝仿真技術、建立現場協同管理體系等。其中，信息化施工管理平臺是最常用的手段之一，可以通過信息化手段，實現施工計劃的有效制定和執行，施工過程的全面監控和管理，以及施工質量的實時監測和評估。此外，智能建造技術在施工管理中的應用，還涉及到了數據采集和管理，智能機器人和系統的應用，以及智能化施工項目的規劃和設計等等。在未來，隨著智能建造技術的不斷進步和應用，施工管理的智能化與科學化將會成為建筑施工行業的趨勢和重要發展方向。綜上所述，在當前的建筑施工行業中，智能建造技術的應用帶來了諸多優勢，并在施工管理流程中具有重要作用。未來，在建筑施工領域進行深度智能化改革，將會改變傳統施工管理模式，推動建筑業的可持續發展。

4.3 智能建造在建筑節能領域的應用

智能建造在建筑節能領域的應用建筑節能一直是建筑行業的一項重要任務，傳統的建筑節能技術已經無法滿足當今的要求。智能建造技術作為一種新興技術，其在建筑節能領域的應用也成為了當前研究的熱點之一。現在，智能建造技術已經被廣泛應用于建筑節能領域，達到了讓建筑變得更加環保、舒適、節能的目的。首先，基于智能建造技術的建筑節能控制系統具有通過建筑信息采集、數據處理、控制指令輸出等方式對建筑進行全方位、精細化的能耗監測和調控的能力，從而實現建筑能耗的最優化控制。例如，在一座大型商業綜合體中，建筑物通過感應器、溫度探頭、光照傳感器等多種智能化設備對室內環境進行監測，并且建立了智能化的節能控制系統。控制系統根據環境參數的實時變化，調整室內溫度、照明亮度、空氣質量等多項因素，實現更加舒適、節能、環保的室內環境。其次，利用智能建造技術的建筑外墻保溫系統，在保證建筑外觀美觀的前提下，是實現建筑節能的一種有效措施。采用智能建造技術設計的外墻保溫系統可根據氣候環境及建筑耐用性的要求，對建筑所采用的保溫材料、保溫厚度、保溫方式、透氣性等建筑細節方面進行精準定制，從而實現保溫隔熱的效果。比如，采用防火耐火、自清潔、抗紫外線的環保材料，進行耐用性和保溫效果的雙重保障，從而實現了建筑的高效節能。再次，利用智能建造技術實現建筑太陽能、風能、水能等可再生資源的利用，是建筑節能領域的重要手段。以太陽能利用為例，在采用智能建造技術的建筑中，太陽能電池板可以通過先進的控制技術實現對太陽能的最大化利用。建筑物中的太陽能電池板可以通過光敏器件進行能源轉換，生成電能供建筑物使用。采用智能建造技術優化太陽能供電系統電源管理，能實現最大化利用可再生能源，從而提高建筑的能源效率。最后，在建筑節能領域應用智能建造技術與大數據技術結合，實現建筑信息的數字化、可視化管理，是達到節能目標的重要手段。通過智能化的數據傳輸、數據分析和數據應用等技術手段，管理人員可以實時獲取建筑能耗情況、環境參數、設備運行狀況、物料使用量、生產效率等信息，對建筑進行全過程監督，及時預警和調整。這不僅有利于保證建筑物的節能效果，同時也有助于提高建筑的使用效率和運營效益。綜上所述，智能建造技術在建筑節能領域的應用，對于提高建筑的能源利用效率、節能效果和使用效益具有重要的意義。

5 總結

在本研究中，我們對智能建造的現狀、關鍵技術和未來發展進行了全面系統的綜述和分析。在總結部分，我們從以下三個方面對研究結果進行了總結。第一，智能建造在推進智慧城市、工業轉型升級、社會可持續發展等方面具有重要意義。本研究鮮明地表明了智能建造在推進產業升級和城市發展等方面的巨大潛力，能夠提高建筑節能、環境保護等方面的效率，進一步推動智慧城市建設的能力。第二，智能建造的核心技術主要包括物聯網、云計算和人工智能，這三個技術領域的不斷創新和發展將在未來的智能建造領域扮演至關重要的角色。物聯網、云計算和人工智能三者相輔相成，可以大幅提高建筑物的智能化水平和智能運維的效率，進一步提升智能建造的可持續發展性。第三，智能建造在未來將面臨著許多機遇和挑戰。一方面，隨著技術的不斷推進，智能建造將逐漸應用于更多領域和業務，如智慧醫療和智慧社區等，將為人類創造更美好的生活。另一方面，智能建造的普及和推廣還受到地域、資源、人才等多方面制約。因此，在未來的發展過程中，需要不斷完善相關政策和規范，進一步加強國際合作和技術交流，推動智能建造的可持續發展。