智能建造技術在工程建設中的創新應用

摘 要：探討了數字化和智能化技術在建筑施工行業中的應用，通過對智能建筑技術的定義和關鍵技術的解析，闡述了人工智能、BIM和模塊化技術在建筑施工中的具體應用。研究涵蓋了智能建造技術在勘察設計、施工建造和運營維護階段的創新應用，利用BIM模型、物聯網技術和智能設備，提高了施工效率和管理水平，確保項目順利進行。研究結果顯示，智能建造技術不僅能夠提高施工效率，減少資源浪費，還能夠在運營維護階段通過智能化管理系統進行設備監測和風險預警，提高設備的可靠性和使用壽命。

關鍵詞：智能建造技術；工程建設；創新應用

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）08-0038-03

0 引言

隨著數字化與智能化的迅猛發展及其創新應用的不斷拓展，建筑施工行業迎來了數字化轉型與智能化升級的嶄新契機。廣泛采納智能建筑技術，不僅能夠顯著提升建筑項目的品質與持久性，還能助力節能減排與管理效能的改善。為了深入推動智能建筑技術的普及與應用，必須堅定致力于加強研究與技術創新的投入，積極推動相關政策的落地與實施，并提供必要的經濟激勵措施。此外，還需建立健全的管理體系與推廣機制，以確保智能建筑技術的穩健發展與廣泛應用[1]。

1 智能建造內涵及關鍵技術

智能建筑作為工程建設領域的一種創新發展方式，通過深度融合數字科技與工程建設系統，實現了技術的高度集成。該模式基于人工智能、云計算、大數據、BIM及模塊化等核心技術的綜合運用，為工程建造領域帶來了顯著的創新和發展動力，有力地推動了建筑行業的數字化轉型步伐[2]。

1.1 智能建筑技術定義

智能建筑技術作為一種融合信息、通訊與控制等先進科學方法的技術架構，其發展歷程涵蓋了從傳統智能化、集成智能化，到智能網聯化，直至人工智能化的4個階段[3]。其主要目標在于實現對建筑環境、設備以及系統的智能化監控、操作和管理。隨著技術的不斷進步與迭代，智能建筑技術已從早期獨立設備的智慧化階段，逐步演進至當前的互聯網與AI時代。其智慧化程度持續得到增強，并在建筑能源運營、自動操作、環保檢查以及設備維護等多個領域實現了全面的智慧化。

1.2 人工智能技術

人工智能跨越多個關鍵領域，涵蓋機器學習、知識搜索、智能化的知識管理體系、智能機器人、具備獨立推斷和發現能力的技術以及計算機視覺等方面。在建筑行業，人工智能技術的應用日益普遍。在建設項目運營過程中，人工智能科技已廣泛滲透至構造設計、實地布局規劃、項目預算制定以及項目收益評估等多個關鍵環節[4]。

目前，C/S環境下的建筑施工管理系統得到廣泛應用，該系統囊括了施工人員管理、施工進度監控、分包合同管理等多個方面，致力于實現工程管理的精細化。隨著建筑機器人的崛起，它們正逐步成為關鍵的建筑輔助設備，替代人類執行高級任務及高風險工作。人工智能技術的持續發展，將進一步推動建筑行業的創新與發展，提升工程管理的效率與質量，為建筑領域帶來更為廣闊的機遇與多方位挑戰。

1.3 BIM技術

BIM技術作為一種先進的工程數據模型，其基礎在于三維數字技術，該技術全面整合了從工程設計、施工到維護等整個項目流程中的各項相關數據。通過BIM技術所建立的信息化模型，將建筑信息的表達形式從傳統的二維圖紙轉變為三維數字模型，實現了從圖像到數字的跨越。

在控制建設周期方面，BIM技術相較于傳統的設計和施工方法展現出了顯著的優勢，有效降低了出錯的可能性。此外，BIM技術的價值不僅僅局限于設計與施工環節，其在未來的建筑運行、保養及設備管理中同樣發揮著重要作用。BIM技術能夠顯著提升工作效率，減少錯誤發生，縮短工作周期，進而降低整體建設成本。

目前，BIM技術已在施工過程中得到廣泛應用，涵蓋了三維模型的創建、VR技術的推廣、施工方案的仿真模擬以及對潛在疏忽和遺漏的及時修補等多個方面。這些技術應用不僅有助于提升施工效率，還有效降低了重復制造的可能性，為項目的成功實施提供了有力保障。

1.4 模塊化技術

傳統的建筑施工流程通常遵循主體結構建設、保養及裝飾的既定順序。然而，隨著建筑行業的不斷發展，如裝配式結構和裝配式裝飾等創新技術的引入，顯著提升了施工效率。盡管如此，這些創新方法仍在一定程度上遵循了傳統的建設流程。比如船舶制造領域的制作過程與建筑施工存在顯著差異。船舶制造過程中，結構與裝飾在生產階段已融合為模塊化單元，實現了模塊化生產，僅需完成組裝即視為施工完成。這一模式對技術要求極高，需確保各組件間順暢連接。因此，在模塊化設計過程中，BIM技術的運用至關重要[5]。

建筑師與工程團隊可借助BIM技術，在設計階段即進行模塊化的規劃與定制。BIM模型能夠虛擬展示建筑結構與裝修的集成情況，通過模擬和分析各構件間的相互關系，確保設計的精確性與可靠性。此外，BIM模型與生產、建設環節實現無縫對接，確保從設計到裝配的全程信息共享與協作。

借鑒智能制造的成功經驗，智能建造能夠實現更高效、精確的施工，有利于縮短建設周期，降低資源浪費和錯誤發生的可能性。隨著技術的不斷進步與應用的推廣，智能建造將推動建筑行業向更加智能、可持續的方向發展。

2 工程建設管理中智能建造技術的創新應用

隨著當今世界信息技術的迅猛發展，各種新技術層出不窮，將新一代技術引入到工程施工技術中，并應用于施工管理領域中，可以提高施工各個環節的效率，使建筑行業的工作變得更加高效、有力。

2.1 勘察及設計階段

在項目施工啟動之前，建筑施工團隊應將工程地質的詳細研究委托給專業的調查單位，并基于其調查結果來制定詳盡且適宜的工程設計。地質勘查工作應全面涵蓋對工程地質的測量、檢驗、數據收集及制圖等所有必要環節。在設計階段，應明確規劃并嚴格執行設計方案，包含施工藍圖在內的所有設計要素亦需精心策劃[6]。

隨著智能科技的持續進步，勘察設計者已具備將前沿科技融入地質研究、信息搜集及設計分析改進流程的能力，此舉顯著提升了勘察設計的精準性與完整性。

在地質勘查過程中，首先需進行深入的勘探工作，包括運用如雷達等先進檢測手段，自動捕捉、辨識并保存地質、水文等環境相關信息。需運用智能化的遙感數據分析方法，通過對測量數據和遙感數據的科學解讀，對建筑工地的多維度勘查資料進行高效處理，以迅速獲取有價值的設計參考資料，并實現勘查資料的自動化分類。

BIM技術作為當前建筑工程領域的核心技術之一，在設計與運行方面均發揮著舉足輕重的作用。將BIM技術與GIS技術、VR技術相結合，能為建筑設計提供更為豐富的三維信息。例如，將BIM模型有效應用于GIS領域，能夠高效處理復雜的空間關系，如線路和橋梁等工程項目，為工程設計提供更為優越的數字分析工具和沉浸式體驗。

2.2 施工建造階段

在現代工程建設管理的語境下，智能建造技術的運用正逐步革新傳統的施工模式，特別是在施工建造階段。當施工圖設計經過嚴格審核并獲得通過后，業主將委托專業的施工團隊開展實地的建設工作。這一階段的工作涉及多方面的細致考慮，包括但不限于選址規劃、建設設計、材料調配以及項目控制。更為突出的是，智能設備在施工過程中的創新應用已成為不可或缺的一部分。

通過BIM模型的運用，施工團隊能夠模擬并驗證現場布局，預先發現并解決潛在問題，確保在項目啟動前排除所有不合理因素。利用BIM模型，對加工場地、生活區以及臨時設施等進行合理規劃，并通過模擬確定最優排布方案，可確保工程的順利進行。

在材料管理方面，物聯網技術的應用顯得尤為關鍵。借助RFID技術，建筑材料能夠被快速、準確地采集和加工。結合物聯網技術，實現對物料的實時跟蹤和監控，從而確保物料管理的便捷性和精確性。該技術不僅提高了施工效率，也提升了管理水平，確保了材料的及時供應和合理使用。

智能設備在施工中的應用同樣是創新施工的重要體現。與傳統施工模式相比，無人機、自動化機械臂、3D打印設備和機器人等智能設備在施工現場的引入，顯著提高了工作效率。例如，無人機被用于工地的空中監控和進度跟蹤，自動化機械臂則能夠執行精確的材料搬運和安裝工作。此外，3D打印技術被用于快速構建復雜的建筑結構，而機器人則能在高風險或難以人工操作的環境中發揮重要作用。

2.3 運營維護階段

在各項工程建設圓滿竣工并投入運營后，業主需承擔起組織設備維護、區域清潔與安全管理，以及基礎設施維護與管理的責任。為達成這一目標，借助智能化技術，業主能夠有效實現基礎結構和各類設備的遠程監測，對地區人流進行全方位監控，及時識別潛在風險并預先發出警示。

基于大數據和云計算的智能化建筑管理系統，在此過程中發揮著至關重要的作用。該系統通過物聯網、BIM等先進技術，智能檢索并實時分析運行過程中產生的大量數據，深入挖掘其中蘊含的信息，為建筑運營和決策提供優化支持。借助此系統，業主可遠程監控各設備的運行狀態，及時發現并處理設備故障或異常，從而增強設備的可靠性并延長其使用壽命。

云計算技術則能夠存儲、計算并優化處理涉及安全、設備等多維度、多層次的建設管理信息，為運行單位提供全方位的監控、預警以及決策分析支持，顯著提升運行和管理的效能。通過智能化技術可對設備維護、衛生管理以及基礎設施維護和管理進行遠程監控，展現出強大的人流監測和風險預警能力。以大數據和云計算為基礎的智能化建筑管理系統，不僅能夠實現對運行數據的智能分析和深度挖掘，為決策提供有力支持，更能有效優化運行效能。借助云計算，全面處理與安全、設備等相關的多維、多層次建設管理信息，可為運行單位提供全方位的監控、預警及決策分析支持，進一步提升了運行和管理水平。

3 智能建造技術面臨的挑戰與發展展望

智能建造技術的發展前景廣闊，然而目前面臨諸多挑戰，包括缺乏中長期發展策略、智能建造技術體系尚未完善以及關鍵技術和普遍技術尚未實現大規模普及。要推動智能建造技術的發展，建筑行業亟需制定明確的發展戰略，結合工業化和信息化，深入推進智能技術與工程建設技術的融合。

政策引導是智能建造技術發展的重要保障。政府應出臺具體的政策措施，支持智能建造技術的研發和應用，提供財政補貼和稅收優惠，以激勵企業進行技術創新。應建立統一的智能建造技術標準和規范，確保技術應用的規范性和統一性，促進智能建造技術的標準化和規模化發展。

在技術層面，需加強基礎共性技術和關鍵核心技術的研究與開發。例如，人工智能、物聯網、大數據和云計算等技術在建筑行業的應用潛力巨大，相關研究應側重于這些技術的集成應用和優化提升。應大力推動BIM技術的應用與發展，通過BIM技術的普及，促進建筑信息的共享和協同，提高設計和施工的精度和效率。

跨學科的協同創新是智能建造技術發展的重要路徑。建筑行業應加強與信息技術、材料科學、環境工程等領域的合作，推動跨學科的技術集成與創新。在智能建造技術的研發和應用過程中，應注重實踐與理論的結合，通過實際工程項目的應用，驗證和優化智能建造技術，為未來的技術推廣和應用提供經驗和參考。

4 結束語

智能建造技術的發展為建筑行業帶來了革命性的變革，推動了從傳統建造模式向數字化、智能化轉型。在工程建設的各個階段，智能建造技術通過集成人工智能、BIM、物聯網等先進技術，不僅提高了施工效率和管理水平，還顯著提升了建筑項目的品質和可持續性。政策引導和技術創新是智能建造技術發展的重要保障，應制定明確的發展戰略和政策措施，支持技術研發和應用，推動技術的標準化和規模化發展。建筑行業需加強基礎共性技術和關鍵核心技術的研究，促進跨學科的協同創新，推動智能技術與工程建設技術的深度融合。

參考文獻

[1] 淑桃.工程建設管理中智能建造技術的創新應用[J].建筑經濟，2021，42（4）：49-52.

[2] 趙立閣.工程建設管理中智能建造技術發展及應用[J].《中文科技期刊數據庫：（引文版）工程技術》，2021，42（4）：49-52.

[3] 杜秉旋，顏特亮.探討智能建造技術在工程建設管理中的應用[J].絲路視野2021（22）：127-128.

[4] 王可飛，郝蕊，盧文龍，等.智能建造技術在鐵路工程建設中的研究與應用[J].中國鐵路， 2019（11）：45-50.

[5] 李擁政.智能建造技術在鐵路工程建設管理中的應用[C]//中國智慧工程研究會智能學習與創新研究工作委員會.2020年智慧工程建造設計座談會（一）論文集.中鐵三局集團華東建設有限公司，2020：7.

[6] 吳俊.建設工程智慧建造體系構建及實踐[J].重慶大學，2022 （4）：120.