干货分享:智慧建造重点技术解读

2022-06-17

以“智慧”为切入点,新一代智能技术已经进入了万物互联和深度学习为支撑的数字逻辑推理阶段,以数字化为前提,借助网络化实现多种异构设备集成,支持用户参与,通过利用传感网络采集到的海量数据,在各种智能算法的支持下,发挥云计算的高度计算能力,从而实现智能化的生产与服务。


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正向设计-工程数字化设计方法


1、参数化设计


参数化设计指的是通过定义参数的类型、内容并通过制定逻辑算法来进行运算、找形以及建造的设计控制过程。基于模型的定义(MBD)与参数化设计相结合,设计师可以在工程设计的任何阶段,通过参数的调整对工程设计形态和性能进行控制,从而实现更大范围和更高效的参数化设计应用,如将参数化设计应用于非线性建筑形体与结构体系的交互设计、内外空间的结合设计、表皮参数化、模型化以及设备管线设计与综合优化等。


2、多主体交互式协同设计


协同式设计是指在计算机支持下,各专业设计人员围绕同一个设计项目,在完成各自相应的专业设计任务基础上,实现高效率的交互与协同工作,解决传统设计面临的项目管理与设计之间、设计与设计之间、设计与生产之间的脱节问题,最终得到符合要求的综合设计成果。协同设计的核心思想是提前发现问题,时刻考虑与周边组件和环境的干涉协调。


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3、生成式设计


生成式设计是一种模仿自然的进化设计方法,是建立在数字化条件之上的、基于协议与规则的、用户深度参与产品生成过程的设计方法,主要是通过构建一系列设计规则和算法,充分发挥计算机强大的计算智能,在与设计参与主体的互动中,持续快速迭代而获得设计解决方案。目前,相关工程软件企业正在探索、研发生成式设计工具软件。


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智慧施工

智慧工地


智慧工地可理解为应用多种信息化手段的集成应用过程。“智慧工地”是“智慧建造”的组成部分,是建立在现场高度信息化基础上的一种支持对人和物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预控的新型施工手段。综合运用BIM、大数据、物联网、移动计算、云计算等与施工过程有机结合,对工程进度、质量、安全等生产过程及商务、成本、技术等管理过程加以重塑升级。实现数字化、精细化、绿色化和智慧化的生成和管理。


(1)智慧工地发展路径

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智慧工地需要贯穿全过程。结合工业化思维的智慧工地建造理念是推进建筑产业现代化的最佳手段,需要将“智慧”理念贯穿到设计、生成、施工全过程。


智慧工地需要求真务实。组织制定《推进“智慧工地”发展指导意见》等政策和相关标准;鼓励项目开展标杆示范工程建设;统筹研发高水平的“智慧工地”应用软件系统,重建建设标准,注重提前谋划管理指标设计与源数据共享逻辑,筑牢云计算和大数据应用的基础;具体实施过程中,注重前期策划工作,做好施工组织设计与资金成本策划。注意不同项目的差异化需求,注重简化智能设备的接入,数据的采集、转换、存储。


智慧工地需要专业协同。通过与行业主流的互联网智慧工地平台、硬件服务商对接交流,学习借鉴智慧工地建设各领域的技术路径。要重视集团、子公司、项目的信息化基础技术互融联通问题,重视管理体系的信息化基础设施标准化建设。


智慧工地需要智慧系统。一些企业的智能化管理平台功能单一,只是看板,不能管理。“智慧工地”系统建设,要从企业和项目管理重难点、多层级多用户角度出发,整合数据资源,形成智慧工地大数据体系。在较好硬件环境和较高信息化认识的前提下,打造BIM+物联网(前端智能数据采集+中端智能数据通信+云端智能数据处理)+MIS的企业信息化管理集成平台(云端部署在总部数据中心)


BIM+智慧工地。要推动BIM、大数据、人工智能、物联网、云计算等信息技术与建造技术深度融合,探索智能设备在施工现场的应用,以BIM技术为核心,分阶段开发以BIM为和弦的智慧建设管理平台,形成“平台+标准”从成果体系。


(2)智慧工地基础建设


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(3)智慧工地建造管理体系


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智慧施工管理技术


(1)数字化全过程虚拟及仿真建造技术


在工程施工之前对施工全过程进行数字化虚拟仿真建造,包括结构施工过程力学仿真、施工工艺模拟、虚拟建造等方面,可以提前暴露工程施工过程可能出现的各种问题,为施工方案的确定和调整提供依据。包括工程实体数字化建模、基坑地下水环境、基坑变形及环境影响、混凝土裂缝控制及超高泵送、超高建筑结构竖向变形协调、复杂曲面幕墙安装、机电设备等。


(2)数字化施工过程实时控制建造技术


一般包括地下水、基坑及环境变形、大体积混凝土温度、超高建筑变形、钢结构整体安装过程实时监测与可视化控制技术以及基于三维模型的机电安装等。


(3)模架装备数字化制造及智能化安全控制技术


整体钢平台模架装备作为超高、高耸、高达结构建造的一种新型模架装备,其承载能力更大、施工速度更快、安全性更好、整体性更强、封闭性更完善。


(4)大型施工机械数字化安全控制技术


随着大型施工机械设备伤害事故的不断增加,人们对大型施工机械施工安全管控越来越重视,可探索基于信息化和数字化实施大型机械现场施工安全管控新模式。


(5)施工现场人员安全状态的智能控制技术


一般包括施工现场临边洞口和危险品等危险源的识别技术、工程施工现场人员位置状态、行为状态以及生理和心理状态的识别技术。为工程施工现场人员安全状态监测和控制提供一个全新技术手段和解决方案。


(6)数字化施工集成管理


主要通过应用信息平台、智能移动设备等技术实现建筑全过程信息收集,应用BIM模型进行信息集成和可视化展现,应用网络化的项目管理平台支持在线、协同的场地、进度、商务、质量、安全、资料管理。


数字化施工材料设备采购集成管理,包括基础信息库的构件,如材料设备库、供应商信息库;运用基于BIM技术的材料设备采购计划,计算动态资源需求,以及基于电商平台的材料设备采购。


数字化施工质量集成管理,包括基于智能设备的质量验收、基于智能移动终端的质量整改,如发起质量整改单,以及借助词频分析技术、数据挖掘技术等的质量分析。


数字化施工文档集成管理,包括基于BIM的施工文档分类管理、版本管理、在线流转管理、基于BIM的工程资料快速检索等。


(7)数字化施工协同管理


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建筑机器人等智能建造设备


工程建造任务的复杂化和专业化催生出起重机等各种工程机械,随着人工智能和机器人技术的发展,建筑工业化的步伐加快。工程建造机器人可以协助甚至代替人完成更复杂的工程建造任务,提高工程建造效率和安全水平。

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(1)工程建造机器人智能化


工程建造机器人的发展趋势是具备感知能力和自我调控能力的智能机器人。智能机器人需要具备对外界的强感知能力,能在非结构复杂环境下完成动态、精细的作业,并且能够实现多机协同。目前,全球多家企业、机构对智能机器人进行了大量研发,并生产了相应的样机或产品。


(2)建筑3D打印机器人


3D打印智能机器人集成3D打印成型装置,在输入待建工程的信息模型后,能利用其自身具有的自主控制、规划以及可移动的能力,通过自身算法确定适合打印的区域并规划出终端打印轨迹和打印流程,实现自由路径打印工作。3D打印智能机器人不仅可以打印如“轮廓工艺”中所展示的单体式房屋建筑,还可移动完成桥梁、道路,甚至隧道等长距离线性工程的建造,其重要应用是在极端环境下的原位建造。


(3)工程检测机器人


智能工程检测机器人集成多种传感器,通过扫描、发出波频、力反馈等多种方式实现对环境或目标的精细化自主检测,而且可用于空间尺度较大的建筑物。智能工程检测机器人的智慧化趋势主要在两个方面:一是传感技术的智能化,工程上已经采用现有的成熟技术如超声波、微波、激光等获取相关信息并进行检测分析,新的毫米波、太赫兹等无损检测技术将推动工程检测的精准化和快速化发展;二是检测分析的智能化,面对工程检测所产生的检测图像、视频、传感器数据等海量多源异构的检测数据,将随着机器深度学习技术的发展提供更精确可信的工程检测分析结果。根据建筑业的需求,工程检测机器人主要运用于施工阶段和运营阶段。


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智慧运维


智慧社会是社会文明发展的新阶段,其建设过程中将“人、服务、管理”的需要作为规划重点,并借助信息化、数字化手段加以实现,其建设可达到提高社会治理效率和公共服务水水平的目的。智慧建筑作为智慧社会的重要组成“细胞”,兼备信息设施系统、信息化应用平台、建筑设备管理系统,把结构、系统、服务、管理优化组合为一体,在实现智慧功能的同时能够有效保障智慧建筑、智慧园区、智慧城市的有效运行。基于“提高建筑质量、提升楼宇运维效能”的建设管理目标,智慧运维旨在实现以楼宇建造为基础、信息化平台为支撑,贯穿建筑全生命周期,实现建筑全过程、全方位、全特性的虚拟仿真与智慧管理。


智能建造工程发展是一项系统性、战略性、长期性的任务。发展智能建造关键领域技术受到政策环境、市场环境、研发部署等诸多因素的影响,涉及多个行业、多个建设主体;需对工程供应链不同环节、生产体系与组织方式、企业与产业间合作等进行全方位赋能。发展智能建造将打造“中国建造”升级版。在当前经济全球化、国际市场竞争趋于激烈的背景下,顺应国际趋势,抢占行业技术竞争和未来发展制高点,最终提升我国建筑业的国际竞争力。



声明:文章参考文献《数字建造丛书 施工卷:数字化施工》作者:龚剑、房霆宸;《数字建造丛书 数字建造导论》作者:丁烈云;《建筑企业-数字化与项目智慧建造管理》作者:邓尤东,由鲁班研究院编辑并整理。

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