智能建造技术在某大型安置房项目中的应用

建造业是我国的支柱产业，作为建造大国，我国从事建筑业的人员众多，但传统的建造方式和管理方式存在效率低下、资源浪费大、安全风险大、信息化水平低等问题，近年BIM技术立足于项目全生命周期的管理优势日益凸显，但仍存在局限，例如缺乏技术集成应用等。“智慧工地”作为物联网与其他多种技术集成的产物，有效地解决了信息传递效率低的问题，正在被推广应用于绿色、安全、高效的施工中。随着智能建造的发展，人工智能、数字孪生等智能技术也将逐步被应用到建造过程中。1、工程概况某工程安置房项目（图1），由中铁建工集团有限公司北京分公司担任施工总承包。本项目建筑面积58.5万m²，主体结构为钢混剪力墙结构，车库为框架结构。计划工期为396 d。图1某工程安置房项目效果2、施工难点（1）工期紧，任务繁重。在396 d的工期中，要完成58.5万m²的实体建设和56栋、3 000户住宅的验收工作。（2）场地复杂。施工交替作业面多、机械多且维护困难，安全风险高，管理难度高。（3）自然条件不利。雨季施工基槽阶段压力大，市政排水系统尚未形成，组织排水难度大。（4）新冠疫情影响。本项目参建单位众多，人员复杂，综合管理难度高，为应对新冠疫情，需详细统计往来人员信息，劳务管理方面要求较高。3、智能建造技术的应用3.1BIM+技术的应用在智能建造中BIM技术是基础，其他技术的实现均以BIM技术做支撑，BIM技术与其他技术集成应用已成为趋势。3.1.1BIM+VRBIM技术与VR技术融合能充分发挥二者的优势。VR技术能够使人沉浸在计算机的虚拟环境中并实现实时交互，使“可见不可触”变为“可见可触”。在施工现场搭建BIM+VR安全体验馆，以VR软件能识别的图像导入BIM模型，工人通过佩戴VR眼镜沉浸在施工现场三维动态模拟场景，感受塌落、碰撞等险情，进行安全培训。3.1.2BIM+二维码二维码是在图形上记录数字信息的技术，具有信息承载量大、容错能力强、信息获取方便、生成便捷且成本低廉等特点。本项目应用BIM+二维码技术进行信息共享与技术交底。将BIM模型云端编码导录成二维码，工作人员扫描二维码便可查看所有BIM模型。将所有的施工方案信息录入二维码，通过设备扫描二维码就可实现方案共享、技术交底。面对新冠肺炎疫情，能避免人员之间的非必要接触，有效防控疫情，便于快速获取信息，实现无纸化办公。3.2基于BIM技术的绿色施工基于BIM技术的绿色施工是以绿色为目的、以BIM技术为手段，用绿色的观念和方式进行建筑的规划和设计。绿色施工是智能建造内涵中的重要理念。本项目在建模、施工模拟、进度控制等方面利用BIM技术的同时，也利用BIM技术仿真性的特点，分析建筑物的性能，合理分配自然资源，通过节能减排实现绿色施工。3.2.1日照模拟基于BIM模型对建筑项目进行日照分析，生成日照分析报告。通过对建筑合理规划布置，使日照条件符合国家标准。3.2.2风环境模拟基于BIM模型，对建筑物周围进行风环境分析，生成风环境分析报告。通过合理规划，使风环境条件符合国家标准（图3）。图3风环境模拟情况3.2.3节能计算基于BIM模型进行建设项目能源消耗分析，生成能源分析报告。通过对建筑合理规划布置，达到节能减排的目标，使能源消耗符合国家标准。3.3航拍点云扫描技术的应用3.3.1生成高精度信息模型航拍点云扫描技术使用无人机对场地表面进行寻迹航拍，将航拍照片进行数据三维处理，得到三维地形表皮模型，导入Civil3d及GIS软件中进行高程坐标分析形成DEM高程模型文件，进而生成三维模型，可对施工场地进行可视化展示。管理人员可通过PC端调取模型全部信息。PC端生成的三维扫描模型具有高精度的特点，最高精度可达1.5 cm，可高精度地详细查看模型中的任意位置。3.3.2土方算量在航拍影像及点云数据处理的基础上形成的三维场地模型，可用于土方算量。通过平台可量取点与点之间的距离，还可通过圈取任意平面，量取范围内的周长、面积及土方切割体积和填充体积，与传统的土方测量方法相比，可快速获取数据，大幅减少工作量，提高了工作效率（图4）。图4土方算量3.4智能建造综合管理平台综合管理平台以“智慧工地”为基本理念，围绕建筑工程现场“人、机、料、法、环”五大要素，利用BIM、物联网、传感技术、云计算、人工智能、大数据等新一代信息技术的融合，实现对施工现场的可视化、智能化、一体化的高效管理。本项目将计算机、互联网和物联网的思维贯穿于建设流程中，利用逆向思维分析需求数据获取数据，并通过导入轻量化BIM模型和设立平台界面建立建设管理平台。平台模式架构以终为始，按平台层→数据层→网络层→物理层的顺序逆向设计各层细节。平台搭建后，按物理层→网络层→数据层→平台层的顺序实现正向数据传输，最终展示在平台层上，实现绿色、高效、安全三大目标。3.4.1数据管理智能建造综合管理平台建设依赖于“智慧工地”概念，平台以信息的互联互通为支撑。在项目全生命周期中会产生大量信息，传统的项目管理往往有信息共享不及时和竣工交付资料丢失等弊端。本项目的综合管理平台数据管理模块包含施工过程的各类信息，解决了信息共享不及时和资料丢失的现象，且方便计量，避免产生信息孤岛。3.4.2合同统计本项目建设参与方多，须分明职责，合同可制约各方，做好合同管理十分重要。平台设置合同管理模块，可留存纸质版合同，对合同数量、金额进行统计留档，方便管理者通过平台调取合同。3.4.3BIM模型查看通过BIM模型轻量化技术，将各种BIM模型导入平台中，可随时查看BIM模型。BIM模型与施工现场布置相同，可随施工实时更新。BIM模型查看模块如图5所示。图5BIM模型查看模块（计算机截图）3.4.4环境监测施工现场环境状况实时监测是文明环保施工的重要方面，也是智能建造技术用于绿色施工的重要功能。本项目在施工现场设置了高密度的环境监测站，与平台内环境监测系统链接，实现对施工现场环境的全面监测，并对统计数据分析，保证环保文明施工。3.4.5施工现场监控本项目在施工现场高密度布置摄像头进行多角度地实时监控。视频数据实时采集功能以现场布置的监控设备为硬件基础，与平台数据库关联，进行实时展示。管理人员可通过平台实时查看施工现场情况，视频在平台内自动留存3 d，若施工现场出现问题可通过平台回看视频，加强管理人员对施工现场的控制。现场监控模块如图6所示。图6现场监控模块(计算机截图)3.4.6塔式起重机监测本项目现场塔式起重机数量多，约有塔式起重机1 500台。塔式起重机起重设备是现场安全风险较大的要素，特别是在群塔作业易发生碰撞事故。因此，监测模块对塔式起重机运行状态、安全状态的判断发挥巨大作用。监测模块可通过传感器系统与平台链接，在平台界面实时监测塔式起重机的吊重、倾角、风速、高度、幅度等信息，并实时预警处于危险状态的塔式起重机，方便现场调度，避免发生安全事故。3.4.7劳务管理平台设置劳务实名制模块，可通过系统统计分析所有人员的户籍地及数量，根据人员的来源针对疫情进行分级管理。在现场各个节点设置可进行人脸识别闸机，对进入人员进行严格管控，便于记录人员出勤，避免安全隐患，防止劳务纠纷，对疫情进行管控。3.55G传输施工现场管理数据产生量巨大，施工过程应用物联网技术可改善传统施工方式的弊端。5G技术网速快、低延迟、吞吐量大，为物联网在施工管理中的应用提供了技术支撑。本项目采用5G网络技术，保证了视频监控、传感器数据实时上传至平台，降低了数据上传延迟，可及时反馈安全状态，实现对施工安全的实时管控。4、智能建造技术创新应用展望目