智能建造理论与实践 课件 5.4节 AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用

第五章智能建造多场景实例第五章智能建造多场景实例5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目背景基本信息：上海音乐厅始建于1930年，是由中国第一代建筑师范文照、赵琛设计的全国第一座音乐厅，是上海第一座由中国建筑设计师设计的西方古典风格建筑。2003年上海音乐厅进行了整体移位工程，音乐厅向东南方向移动了66.46米，并抬高3.38米，抵达新址。1由于长期满负荷运转，使得建筑各种配套设施都有不同程度的损伤，已严重影响了场馆的正常排演；22019年上海音乐厅正式启动整体修缮工程，修缮工程于2020年7月完工，完好地保留了音乐厅原貌。项目背景5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况项目概况上海音乐厅的建筑总面积为12986.7平方米，其中“文保区域”面积有2000多平方米，包括北厅、东厅走廊、演奏厅、室外北立面、东北立面等等，均被列为重点保护部位。重点保护区域要求“修旧如旧”，坚持最小干预，不改变文物原状，保持其原式样、原结构、原材料和原工艺。02030104修缮指导思想保护为主合理利用抢救第一加强管理5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况01传统手工工艺恢复海上蓝雕花穹亮点一：02“消失”的大厅座椅“原貌”归来亮点二：03东厅水磨石地面修复，还原成原迹亮点三：项目修缮前后变化5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况04舞台全面改造，适应现代剧场需求亮点四：05小厅改造后增加100多场演出亮点五：5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况上海音乐厅北厅音乐厅北厅是一个古典主义风格的空间，这里16根气度非凡的罗马式装饰柱修缮前出现仿大理石纹起壳、起翘的情况，表面已严重发黄、质地松软。建筑风格为确保罗马柱仿石漆修复质量，全部铲除基层后，再由内至外逐一按原材料、原工艺、原风格进行全面修复，确保仿石漆效果的一致性、颜色整体性、面层粘结的牢固性。修复方式5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况上海音乐厅东厅走廊水磨石拼花地面音乐厅二楼东侧休息廊修缮前铺设的亚麻油地板并非历史原物，而是2004年修缮时新做饰面部分。在此次修缮过程中，工程队于二楼东厅走廊发现一块1930年残缺的水磨石，考虑到与相邻保护空间的整体协调，按照水磨石历史地面恢复。施工团队通过4次比选，成功恢复了富有音乐厅历史特色的水磨石拼花地面。5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况01装修原则基于“垂直面照明”的原则，在满足音乐厅水平面功能照明需求的基础上，重点照亮墙面。02材料选择演奏厅的四边墙面采用四叶花瓣图形的GRG材料，凹进凸出的肌理，形成灵动的造型。03使用要求通过照明控制可以实现照明模式的变化，配合观众入场、观演、中场休息、离场等等场景，满足了不同的使用要求。上海音乐厅演奏厅——声学设计5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况B2演奏厅VR辅助设计及视觉传达视觉设计演奏厅采用VR技术辅助设计，大大增加设计师和业主对成品效果的把控程度。基于埃舍尔拼贴（Escher

Tessellation）伪随机拼贴算法生成的墙面，通过参数化方法调节各模块比例和随机分布倾向，进而得到人眼自然的平滑无缝拼贴效果。VR技术5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况B2演奏厅VR辅助设计及视觉传达视觉设计采用实时渲染技术（Real-timeRendering）搭建的720度可观察的视觉环境，以秒级响应设计师或业主对于环境的改动诉求，在灯光、材质、视角位置等方面都提供了极为丰富可信的参考信息主题字体）实时渲染技术5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况上海音乐厅外立面-修缮步骤首先修补了墙面的孔洞、残缺、裂缝、剥落等损坏，并清除了墙面残留物。AC最后采用无色透明渗透型憎水性保护液对整个墙面进行全面保护。外立面木窗在维持原有风貌的同时，根据声学隔声要求增加双层中空玻璃的隔音窗。B其次，污染物清洗时在清水中加入活性酶用碳硅尼龙刷进行人工刷洗。消除污染物后对风化部分进行加固、孔洞修补、防风化保护，5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况上海音乐厅大厅穹顶修缮情况介绍大厅的海上蓝雕花穹顶（建于1930年），距今已有92年的历史。2004年平移期间穹顶得以完全保留，没有进行任何的破坏。穹顶贴上了800多处金箔，更加富丽堂皇。修缮的过程当中要考虑到原来大顶的结构安全，结构安全测试的符合安全条件的前提下，同时进行了纯手工的原样的修复和加固。同时，穹顶造型天花及顶角线出现老化、变形、饰面开裂问题，在此次修缮中，进行了修补与加固。5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目概况上海音乐厅非重点保护区域改造工程重点为地下二层小厅新增钢结构内胆和内部重新装修改造，对地下二层功能区优化调整后，今后小厅每年可增加演出一百余场。改造工程重点对地下一层演出配套空间如化妆间、卫生间等区域进行重新布局和装修优化，更好地服务观众和演出人员。改造工程方向非文保区域“重新装饰装修”。重新梳理空间流线、优化消防，整合演奏厅、辅助用房、地下室的功能布局，以提升演出及配套的专业性、提升空间使用的有效合理性为主要修缮方向。5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—AI技术赋能项目科学修缮四建AI云大脑平台平台简介由上海建工四建集团工程研究院自主研发的建筑行业首个AI算法集成开放应用产品“四建AI云大脑”，正式上线并发布公测版V1.0，产品内置12个核心多源AI算法。该产品将极大提高解决建筑施工阶段“结构损伤查勘”“建筑材料查验”“施工安全管理”三大主要应用场景面临的实际问题的效率。四建AI云大脑5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—AI技术赋能项目科学修缮AI技术赋能关键结构性能评估在上海音乐厅修缮工程中，利用三维计算机视觉技术与智能有限元分析方法，研发了历史建筑关键结构点云模型高效处理技术，提出了基于真实损伤的有限元材性自动赋值与智能分析流程，建立了有限元数字化逆向重构模型，实现了历史建筑关键结构安全性能鉴定与评估场馆大顶逆向重构模型5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—AI技术赋能项目科学修缮AI技术赋能关键结构性能评估单击此处添加文本01通过全景影像技术采集内部空间图像信息，利用纹理映射的方式生成全景模型，真实还原历史建筑内部空间场景。0203基于多源数据的深度融合，构建反映特色部位构件整体尺寸、细部特征和表面损伤的三维数字化模型。目前已经建立了建筑整体空间数字化模型，以及北大厅、观众厅、东走廊等建筑内部全景模型，和科林斯柱、外立面柚木木窗、水磨石地面、观众厅穹顶、爱奥尼柱式、北回厅十字廊等主要特色部位构件的三维数字化模型。实现途径5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—AI技术赋能项目科学修缮AI技术赋能施工现场安全管控烟雾明火等重大危险源深度学习与并行计算技术面向复杂目标任务的多源AI算法集成应用模型5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—AI技术赋能项目科学修缮AI技术赋能特色部位材料复原针对上述问题，编写了一种轻量级快速聚类与连通域测量算法，建立了多尺度特征融合的标准数字图像测量尺，研发了水磨石配比信息智能分析仪（如右图），仅需1分钟，便可自动获取水磨石详细配比报告。水磨石作为历史建筑特色材料，如何实现其配比信息的精准获取是保证历史建筑原真性修复的关键。5.4AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—AI技术赋能项目科学修缮AI技术赋能裂缝精准识别传统方法需采用人工搭设满堂脚手架的方式，逐一区域进行查找，效率低下。通过裂缝智能识别模块，结合全景摄影测量技术，实现了剧场屋面大顶裂缝的自动定位与测量，显著节省了施工工期与人工成本。5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目数字孪生平台的实现数字孪生平台简介0102工程总承包单位上海建工四建集团根据上海音乐厅保护修缮工程概况，研发了基于5G+BIM的历史建筑全生命周期数字孪生平台，为历史建筑数字模型整合、历史信息集成、传统工艺传承、特色部位保护、健康安全监测、智慧运维管理提供整体解决方案。针对原始资料缺失、传统材料及工艺难以考证造成的修缮难问题，基于多源数据融合的几何信息、语义数据获取技术，采集历史建筑原状信息，通过逆向建模技术，构建历史建筑及其特色部位数字化模型，同步建立建筑数字化信息库，包括历史人文库、材料库、损伤库、工艺库等，将数字模型与数据库进行联动，实现上海音乐厅特色部位数字孪生。5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目数字孪生平台的实现特色部位数字化通过平台三维展示历史建筑空间、重点特色保护部位、特色构件构造材料和工艺等特征信息。三维展示同步建立历史建筑数字化信息库，包括历史人文库、材料库、损伤库、工艺库等，将数字模型与数据库进行联动，实现历史建筑特色部位数字孪生。数字模型与数据库联动231基于多源数据融合的历史建筑几何信息、语义数据获取技术，采集历史建筑原状信息，通过深度逆向建模技术，构建历史建筑及其特色部位数字化模型，多源数据库融合5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目数字孪生平台的实现安全监测管理基于现代检测技术，对穹顶安全性进行数值分析，并对应性布置动态监测传感器，进行穹顶全生命周期运营状态实时监测。开发穹顶服役状态性能分析与评估算法，建立穹顶安全状态实时评估机制。将监测数据与数字化模型联动，通过平台，实现穹顶运营状态可视化展示与管控。5.4

AI+数字孪生技术在上海音乐厅修缮工程的应用—项目数字孪生平台的实现智慧运维管理历史建筑保护以全生命期为目标，从原始建造到历次修缮的相关信息均会对其保护修缮与持续利用产生价值，且应该开展长期服役状态下的实时运维与预防性保护。在“上海音乐厅