淺談工程建設(shè)管理中智能建造技術(shù)的應(yīng)用

阿榮

烏魯木齊市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站 新疆 烏魯木齊 830000

借助智能建造技術(shù)，顯著提升建設(shè)項(xiàng)目的管理效率，為建設(shè)工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。隨著國家建筑改革的深入，工程建筑行業(yè)正逐步走向智能化，要想更好地適應(yīng)這種發(fā)展態(tài)勢，就必須在智能建造技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，以達(dá)到工程建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

1 智能建造內(nèi)涵和技術(shù)

智能建造是以信息化與工業(yè)化的高度融合為基礎(chǔ)，在新的信息技術(shù)的支持下，高效地實(shí)現(xiàn)了工程決策、規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營服務(wù)的一體化，從而達(dá)到了安全、環(huán)保、提質(zhì)增效的施工目標(biāo)。智能建造是實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化的重要手段，它的技術(shù)體系以 BIM、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)支持為基礎(chǔ)[1]。

1.1 BIM 技術(shù)

BIM，又名建筑信息建模，是基于3D數(shù)字化技術(shù)，集成了整個工程的全部建筑信息，為工程的各個階段提供了合理的、可操作的參數(shù)化方案。BIM以其數(shù)字化、可視化的特點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于項(xiàng)目前期規(guī)劃、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工等各個環(huán)節(jié)。在前期計(jì)劃中，利用 BIM技術(shù)和 GIS技術(shù)，對工程的三維模型進(jìn)行示范，并對施工現(xiàn)場的布置進(jìn)行優(yōu)化；在設(shè)計(jì)階段，利用 BIM技術(shù)提供的信息共享及協(xié)作作業(yè)功能，構(gòu)建了一個標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制件家族庫，以達(dá)到零件制造的高度集約化；在現(xiàn)場施工階段，利用 BIM技術(shù)的可視化技術(shù)，對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工模擬和碰撞檢查，這樣可以讓工人在施工之前，就可以及時地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)沖突和安全問題，從而縮短工期，降低返工率。與此同時，將 BIM技術(shù)與管理信息系統(tǒng)進(jìn)行整合，從而達(dá)到對資源和成本的高效管理。從長期來看， BIM在建筑物的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營、維修、設(shè)備管理等各個環(huán)節(jié)都具有巨大的優(yōu)勢[2]。

1.2 人工智能技術(shù)

人工智能是一種研究和開發(fā)人的智能理論、方法和應(yīng)用體系的新興技術(shù)，其主要研究內(nèi)容有知識獲取、自主學(xué)習(xí)、智能機(jī)器人、自動推理和計(jì)算機(jī)視覺等。當(dāng)前，在建筑施工領(lǐng)域，人工智能技術(shù)已被廣泛運(yùn)用，如建筑施工圖紙的自動生成，建筑機(jī)器人的研發(fā)，建筑施工效益分析等。碧桂園公司研發(fā)的“博智林”建筑機(jī)器人已經(jīng)在工地上測試并應(yīng)用，包括地面平整機(jī)器人、室內(nèi)油漆機(jī)器人、瓷磚機(jī)器人等[3]。在將來，建筑機(jī)器人將成為建筑工程中的一種重要的建筑輔助工具，并將逐步發(fā)展成為一種以機(jī)器人建筑為主，人機(jī)協(xié)同、裝配式建筑等協(xié)同建筑工程新的建筑模式。

1.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是指能夠從各種類型的數(shù)據(jù)中快速獲得有價值的信息技術(shù)，其過程包括大數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理、分析及挖掘、展現(xiàn)和應(yīng)用。在建設(shè)領(lǐng)域，在項(xiàng)目的前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工以及后期的運(yùn)營維護(hù)等各個階段，都會生成諸如工程造價、設(shè)備采購、工藝參數(shù)等大量的數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心價值在于挖掘其中的潛在價值，為相關(guān)的決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[4]。例如，在項(xiàng)目規(guī)劃階段，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對項(xiàng)目選址以及周圍區(qū)域的人口密度和分布狀況進(jìn)行分析；在運(yùn)營與維護(hù)階段，通過大數(shù)據(jù)分析，對住宅空間進(jìn)行科學(xué)預(yù)測、實(shí)時預(yù)警和規(guī)劃引導(dǎo)，確保住宅空間的安全與舒適度。

1.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將無線射頻識別裝置、紅外傳感器、GPS等各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，形成一個巨大的信息網(wǎng)絡(luò)，將任何對象與該網(wǎng)絡(luò)相連接，并按照約定的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物在任何時間、任何地點(diǎn)的智能識別、定位和管理。在對建筑工人進(jìn)行管理時，可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對建筑工人進(jìn)行實(shí)名制管理，并對施工工人進(jìn)行安全預(yù)警；在物料管理上，可以利用二維碼和RFID技術(shù)對物料的進(jìn)場、堆放和吊裝和定位進(jìn)行管理，如預(yù)制件；在施工期間，利用多種傳感器及無線通信裝置，對基坑變形、模板位移等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，便于對緊急情況的及時處置；與此同時，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分析并改善建設(shè)企業(yè)的運(yùn)作過程，進(jìn)而提升建設(shè)的質(zhì)量與效率，提升企業(yè)的盈利能力。

2 智能建造技術(shù)在工程建筑中存在的問題

2.1 技術(shù)能力尚有不足

就當(dāng)前的形勢而言，我國的智能建筑建設(shè)起步比較晚，發(fā)展還不夠完善，盡管最近幾年已經(jīng)取得了一些進(jìn)步，但是在具體的建筑建設(shè)過程中，仍然會受到各種施工條件和特殊的施工技術(shù)的限制，在一定程度上影響著技術(shù)的發(fā)展。在建筑智能化施工中，因?yàn)樗木唧w施工和施工過程，對專業(yè)技術(shù)的要求比較高，所以對整體施工技術(shù)要求比較高，綜合技術(shù)理念也要求比較高，施工經(jīng)驗(yàn)也比較豐富[5]。

2.2 缺少系統(tǒng)規(guī)劃理念

當(dāng)前，制約建筑智能系統(tǒng)發(fā)展的因素很多，比如，對智能系統(tǒng)的建造單元缺乏足夠的了解，在特定的建筑智能化管理中，沒有與特定的工程建設(shè)施工相結(jié)合，在收縮單元方面，尤其是缺乏領(lǐng)導(dǎo)，也缺乏專業(yè)技術(shù)人員。這些人大多都是水管方面的專家，他們的出現(xiàn)會影響到對反應(yīng)堆智能化建筑的規(guī)劃，進(jìn)而降低工程進(jìn)度。

2.3 設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)過程脫節(jié)

不管是設(shè)計(jì)院，還是集成商，在實(shí)施智能系統(tǒng)工程的過程中，工作人員往往存在著認(rèn)知上的偏差，有些設(shè)計(jì)師在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時，自身的專業(yè)知識與具體的建筑建設(shè)需求存在一定的差異，所以，他們的知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的更新難以跟上建設(shè)項(xiàng)目的快速發(fā)展[6]。在具體的施工設(shè)計(jì)過程中，部分設(shè)計(jì)師沒有對當(dāng)前主流的技術(shù)產(chǎn)品和技術(shù)性能要求進(jìn)行及時的跟蹤，導(dǎo)致了具體的工程實(shí)施與設(shè)計(jì)研究院的計(jì)劃不符，進(jìn)而導(dǎo)致了具體的項(xiàng)目工程建設(shè)和管理出現(xiàn)了問題，進(jìn)而影響到了項(xiàng)目工程的建設(shè)質(zhì)量。

3 智能建造技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)的措施

3.1 智能化監(jiān)測軟件在工程中的運(yùn)用

如何準(zhǔn)確地獲取現(xiàn)場的風(fēng)向，氣象，天氣，濕度，溫度等資料，是項(xiàng)目建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在雨天，施工隊(duì)進(jìn)行的灌漿、混凝土澆筑等工作，對工程質(zhì)量有很大的影響，極有可能導(dǎo)致工程返工，浪費(fèi)建筑材料，延誤工程進(jìn)度。在施工過程中，如何針對實(shí)際情況，選擇合適的施工方法，對項(xiàng)目的進(jìn)度、項(xiàng)目的安全與質(zhì)量有很大的影響。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)對項(xiàng)目場地進(jìn)行了全方位的檢查。監(jiān)測地質(zhì)情況和氣象情況，利用政府提供的準(zhǔn)確的信息，并結(jié)合自己的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對工程進(jìn)行全面的分析，以指導(dǎo)工程的建設(shè)，并建立數(shù)據(jù)報(bào)告和條件控制機(jī)制[7]。

3.2 施工現(xiàn)場材料進(jìn)行智能化管理應(yīng)用

在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對施工現(xiàn)場的物料采購、物料入庫等進(jìn)行智能管理。利用 BIM的等級劃分技術(shù)，結(jié)合 ISGP的計(jì)算方法，分析施工現(xiàn)場的施工空間狀況，找到最優(yōu)的臨時存儲模式，使施工現(xiàn)場的利用率最大化，同時可以更好的記錄施工現(xiàn)場的物資入庫，并對將來的物資采購趨勢做出預(yù)測。物料管理員可以隨時對物料進(jìn)行核對，確保物料入庫正確無誤。施工公司的采購部應(yīng)該對建材的市場情況保持高度的關(guān)注，并掌握最新的市場情況，保證對建材的有效管理，當(dāng)施工部門需要采購建材時，可以通過管理系統(tǒng)和建材的價格對比，得到最合適自己的采購方案，為今后的采購工作奠定良好的基礎(chǔ)。通過對材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，能夠有效地降低材料的浪費(fèi)，提升材料的利用率，從而有效地控制項(xiàng)目的成本和經(jīng)濟(jì)效益[8]。比如，利用桿材計(jì)數(shù)系統(tǒng)對施工現(xiàn)場的材料進(jìn)行計(jì)數(shù)，借助便攜式桿材技術(shù)設(shè)備，能夠通過對鋼筋等桿材端面圖像的拍攝，準(zhǔn)確地計(jì)算進(jìn)場棒材的數(shù)量，提高了統(tǒng)計(jì)的速度。同時，要做好工程照片、工程驗(yàn)收記錄等工作，加強(qiáng)對工程質(zhì)量的監(jiān)控，防止工程事故的發(fā)生，提高工程質(zhì)量。

3.3 對施工現(xiàn)場人員進(jìn)行智慧化管理

目前，施工企業(yè)利用大數(shù)據(jù)等技術(shù)，建立了施工現(xiàn)場安全管理模型，可以提高施工企業(yè)的管理水平，強(qiáng)化安全控制，降低施工企業(yè)發(fā)生的安全事故。利用信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了建筑工人的登記，并將登記信息存入電腦，方便管理人員查詢和了解。大數(shù)據(jù)平臺的開發(fā)，能夠?qū)y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出各個施工階段中發(fā)生的倒班、工種及工作日信息，使負(fù)責(zé)人能夠?qū)κ┕り?duì)伍費(fèi)率及人員的調(diào)配有一個全面的認(rèn)識。通過對這些數(shù)據(jù)展開分析，可以查詢到加班、危險作業(yè)等情況下的有關(guān)信息，并將查詢的結(jié)果發(fā)送到終端，從而實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警，并與其他的提醒方式結(jié)合起來，這樣就可以有效地避免工人由于疲勞而造成的安全問題，確保了施工的安全性，減輕了管理者的工作量，提高了管理的效率。

3.4 工程建設(shè)項(xiàng)目管理中的設(shè)計(jì)管理

在項(xiàng)目建設(shè)中，設(shè)計(jì)管理是項(xiàng)目建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，也是項(xiàng)目建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到項(xiàng)目建設(shè)的安全與質(zhì)量。在現(xiàn)階段，國內(nèi)工程建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)管理工作還處于“土建”、“結(jié)構(gòu)”和“設(shè)備”三個層次上。在工程實(shí)踐中應(yīng)用 BIM技術(shù)，構(gòu)建以 BIM為基礎(chǔ)的智能化設(shè)計(jì)模式，是提升工程設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的必然選擇。基于此，利用 BIM技術(shù)開發(fā)的智能監(jiān)理系統(tǒng)、智能運(yùn)維系統(tǒng)等，構(gòu)建了工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。

3.5 工程建設(shè)項(xiàng)目生產(chǎn)管理

在工程施工企業(yè)的生產(chǎn)管理中，運(yùn)用智能技術(shù)，可以對施工企業(yè)的全過程進(jìn)行跟蹤，從而使得施工企業(yè)可以更好的進(jìn)行全過程的精細(xì)化管理。在建筑公司的生產(chǎn)管理中應(yīng)用智能施工技術(shù)，可以讓建筑公司對建筑公司進(jìn)行智能化的動態(tài)監(jiān)控。在采集了工程項(xiàng)目生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息之后，可以對施工進(jìn)度、資源調(diào)配、施工質(zhì)量等信息進(jìn)行整合和分析，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。例如，對項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和分析，就能找出項(xiàng)目中出現(xiàn)的問題，并對其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；總結(jié)并分析了工程項(xiàng)目的資源配置情況，能夠及時地發(fā)現(xiàn)在施工過程中出現(xiàn)的材料供應(yīng)和設(shè)備安裝等問題。

4 工程建設(shè)管理中智能建造技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐分析

近幾年，“智能建造”模式已逐步在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用，如2020年新冠肺炎疫情暴發(fā)后，“雷神山”和“火神山”工程就是在這種情況下，以BIM為基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)的有效傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了工程的高效建設(shè)，提高了工程的質(zhì)量和效益。雖然智能建造模式已經(jīng)在城市裝配式建筑中大放異彩。但是，由于城鎮(zhèn)建設(shè)中的裝配式施工水平較低，沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。隨著我國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)戰(zhàn)略和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的不斷實(shí)施，傳統(tǒng)村落民居已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代建筑的需求，農(nóng)村民居的改造與升級成為當(dāng)務(wù)之急。目前，我國農(nóng)村房屋大多以建筑經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏專業(yè)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)人員，房屋的強(qiáng)度與抗震性能基本不存在。安全隱患，居住舒適度，配套設(shè)施，材料的環(huán)保，建筑垃圾的清理，這些都是沒有被考慮的。隨著建筑產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，裝配式建筑得到了迅速發(fā)展，其具有施工工期短、效率高、抗震性能好、結(jié)構(gòu)完整、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在促進(jìn)社會效益的同時，也促進(jìn)了環(huán)境效益。裝配式建筑屬于建筑業(yè)建筑轉(zhuǎn)型升級的機(jī)遇，它屬于建筑業(yè)向工業(yè)化轉(zhuǎn)型的建造模式，如果將它推廣到農(nóng)村的現(xiàn)代化建設(shè)中，它一定會引領(lǐng)著未來村鎮(zhèn)住宅的發(fā)展。雖然鄉(xiāng)村裝配式房屋具有巨大的優(yōu)越性，但是其自身的缺陷卻是制約其在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的發(fā)展的主要障礙。在這些因素中，施工的成本是最關(guān)鍵的，而裝配式施工雖然降低了時間和人力成本，但是由于市場規(guī)模較小，又缺乏成熟的產(chǎn)業(yè)鏈支撐，使得預(yù)制構(gòu)件的成本也隨之上升。因此，迫切需要構(gòu)建一條貫穿整個建筑生命周期的完整產(chǎn)業(yè)鏈，將項(xiàng)目各方進(jìn)行協(xié)調(diào)，并在提高技術(shù)的同時，將市場規(guī)模擴(kuò)大，在實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化的過程中，還能降低由于產(chǎn)業(yè)鏈的不成熟而產(chǎn)生的附加成本。以 BIM為核心的數(shù)字化技術(shù)的智能化施工模式，正好可以打通整個項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)鏈，提高項(xiàng)目的效率，提高項(xiàng)目的管理水平。智能建造信息技術(shù)指的是以 BIM為數(shù)字化核心，與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新型信息技術(shù)相結(jié)合，形成覆蓋決策、設(shè)計(jì)、采購、生存、運(yùn)輸、施工、運(yùn)維各階段咨詢服務(wù)的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，并帶動上游數(shù)據(jù)采集、信息通信等硬件制造產(chǎn)業(yè)及下游數(shù)據(jù)服務(wù)、平臺運(yùn)營等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于 BIM的智能施工方法。

在整個項(xiàng)目過程中，BIM模型可以為實(shí)施智能建造的村鎮(zhèn)裝配式項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)化決策、三維可視化深化設(shè)計(jì)、物料清單統(tǒng)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件精細(xì)化制作、運(yùn)輸、安裝流程模擬及后期數(shù)字化運(yùn)維等方面的幫助，從而可以有效地推動村鎮(zhèn)裝配式住宅產(chǎn)業(yè)鏈的形成，從而避免了傳統(tǒng)建造模式下存在的諸多問題。所以，將以 BIM為核心的智能建造技術(shù)應(yīng)用到村鎮(zhèn)裝配式住房建設(shè)中，是非常有必要的，也是今后發(fā)展的方向。

5 結(jié)語

在21世紀(jì)的信息化大潮中，建筑行業(yè)面臨著空前的挑戰(zhàn)，智能建造技術(shù)正在快速發(fā)展，將會引導(dǎo)建筑行業(yè)的技術(shù)革新與創(chuàng)新，推動建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。未來，要繼續(xù)加強(qiáng)人工智能、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、 BIM、區(qū)塊鏈、云計(jì)算等新技術(shù)在施工全過程中的融合與自主創(chuàng)新，加速新一代信息技術(shù)與建筑工業(yè)化技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，緊緊圍繞智能化工程建設(shè)、智能制造系統(tǒng)、數(shù)字設(shè)計(jì)等，創(chuàng)新研究建筑工業(yè)化與智能建造的基本關(guān)聯(lián)技術(shù)及關(guān)鍵技術(shù)，提高智能化施工的管理水平，加強(qiáng)智能建造的上下協(xié)調(diào)，為智能建造的健康發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。