《土木工程智能施工》课件 第2章 智能施工技术框架

第2章智能施工技术框架2.1智能施工框架构建2.2智能施工关键技术2.3建造方式智能化2.4智能施工管理集成平台2.1智能施工框架构建2.1.1智能施工框架智能施工就是在施工过程中运用新一代信息技术赋能传统施工，实现从工厂预制到现场施工中对“人机料法环”的高效管理。双循环相辅相成人员方法材料环境机械传统施工人才储备技术算法数据积累应用场景计算设备信息技术通过数字化技术对作业现场“人机料法环”等各关键要素的全面感知和实时互联，实现施工现场的数字化、在线化、智能化，全面提升施工效率、安全性和质量水平，为建筑行业的转型升级提供有力支撑。2.1.1智能施工框架2.1智能施工框架构建数字化是基础在线化是关键智能化是目标虚实双生，形成融合机制数据驱动，演化智能算法数字化是基础在线化是关键从实入虚，建立数字模型虚实双生，形成融合机制Data施工项目中涉及到工地管理、人员管理、进度管理、资金管理、质量管理等要素，可依托新一代信息技术，构建BIM+智慧工地管理平台，打造“工程施工大脑”，实现施工全过程的高效管理。感应设备摄像头个人终端穿戴设备环境传感器无人机扫描枪机械传感控制模块感知控制2.1.1智能施工框架2.1智能施工框架构建工艺标准化施工工艺标准化是智能施工在理论和方法层面的基础条件，通过标准的体系、方法实现数据可靠传递，实现信息对称，降低不确定带来的风险。是实现智能施工的前提。2.1.2智能施工前提条件2.1智能施工框架构建数据管理数据作为新型生产要素，是实现智能施工的软性基础。要通过持续的技术引入实现数据赋能，研发与之相适应的软件工具、系统和平台，实现通过数据提升施工效能的目标。数字助力工程检测质量管理体系升级2.1智能施工框架构建2.1.2智能施工前提条件数据孤岛问题与解决思路智能化装备智能化装备是实现智能施工的硬性基础，同时作为采集终端提升数据掌控力。智能施工装备整体呈现以下四个发展趋势。智能安全帽2.1智能施工框架构建2.1.2智能施工前提条件自动化（自动相应用户要求）集成化（设备成套组合于一起）数字化（装备的性能提升和“智能”）绿色化（企业、社会效益协调统一）建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）的本质是建筑施工过程的信息化，BIM模型是一种空间数据承载与使用工具。2.2智能施工关键技术2.2.1BIM技术BIM+VR/AR/MR技术VR/AR/MR技术的有效运用，将BIM信息与真实的施工环境进行直观交互。设计人员依据BIM模型数据，结合相关的信息，通过AR技术提供指导，以确保施工设计与实际施工平稳对接，实现BIM技术在施工质量控制中的最大价值。2.2智能施工关键技术2.2.1BIM技术BIM+三维扫描技术通过三维激光扫描技术，将建筑物实体产生的变形、沉降等信息进行数字化，高精度地测得传统测绘方式难测甚至测不到的几何图形信息。同时与BIM模型进行比较，对建筑物质量、状态进行分析，更加直接的显示问题所在。2.2智能施工关键技术2.2.1BIM技术构件点云叠加标准层点云叠加构件生产误差分布图构件安装误差分布图2.2.2计算机视觉技术计算机视觉是使用计算机及相关设备对生物视觉的一种模拟。它的主要任务就是用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等视觉任务，并进一步做图形处理。2.2智能施工关键技术计算机视觉的可完成的基本任务2.2.2计算机视觉技术2.2智能施工关键技术计算机视觉+双目相机人员识别人机远距离识别施工机械危险区域入侵检测双目相机通过模拟人观看世界的方式，来对深度的距离进行估算。使用目标检测网络实现施工现场的人机识别，并且借助双目立体视觉技术实现人机距离的检测双目相机2.2.2计算机视觉技术2.2智能施工关键技术计算机视觉+无人机算法部署无人机后的裂缝检测分类检测结果结构病害检测施工现场危险行为识别智能巡检机器人目前建筑行业应用和展示的灵敏型四足机器人，可以协同（代替）人类到达任何可以到达的地方，具有优异的环境适应能力、动态平衡能力和环境感知能力。2.2智能施工关键技术2.2.3人工智能技术人工智能（ArtificialIntelligence）是在计算机科学、控制论、信息论、语言学、计算神经学、数学、统计学等多种学科相互参透基础上而发展起来的综合性前沿学科。智能穿戴设备智能穿戴设备通常内置GPS、心率监测和SOS报警功能，实时追踪工人位置及健康状态，不仅能为建筑工人提供劳动防护，也可以通过与新兴技术的结合进行项目管理和安全防护管理。2.2智能施工关键技术2.2.3人工智能技术智能安全帽外骨骼机器人智能安全监测通过摄像头等物联网终端设备将人员、机械、物料等信息汇总，进行深度学习、智能分析。以达到实时监测甚至是预测位置、姿态等信息。并对不安全行为、不安全状态进行预警。2.2智能施工关键技术2.2.3人工智能技术人员位置实时监测预测点未超过危险区边界预测点已超过危险区边界云计算技术是指利用互联网实现资源的共享和分配，提供可按需使用的计算能力和数据存储服务在智能建筑物联网中，云计算技术可以为各种智能设备提供强大的计算支持和存储能力。通过将智能设备的数据上传到云端，可以实现数据的集中管理和统一分析，为建筑物的运行和管理提供基础支持。2.2智能施工关键技术2.2.4云计算施工过程中可以通过云计算完成建设到运维的建筑全生命周期数据管理，为建筑行业提供数据服务，使得业主、设计、材料供应商、施工单位等施工各个参与方获得统一的数据交付和传递的条件。2.2智能施工关键技术2.2.4云计算当前大数据技术主要发展趋势包括大数据与人工智能的融合，跨学科领域交叉的数据分析应用，利用大数据构建大规模、有序化开放式的知识体系，数据资源化、私有化、商品化成为持续趋势。2.2智能施工关键技术2.2.5大数据施工环境监测工程质量控制项目管理与决策智能施工大数据辅助决策平台闸机安全帽劳务实名制劳务现场管理劳务数据分析地磅物料验收钢筋下料供应数据分析安全巡检危大工程管理文档协同任务协同钢筋加工机斑马进度隐患智能分析数据中心物联中心算法中心解决方案集成应用VR眼镜智慧劳务智慧安全智慧物料智慧协同三维场布摄像头BIM5D广联达自有外部合作危险源管理VR安全教育质量巡检实测实量塔吊监测环境监测水控电控劳务一卡通智能配电箱深基坑监测高支模监测视频监控2.2智能施工关键技术2.2.5大数据目前，随着5G、大数据、云计算和人工智能的发展，物联网已进入一个新的发展阶段，主要应用场景包括：建筑材料监管管理、智慧工地物联网。建筑材料监管管理主要基于大量的传感器技术以达到对物体的真实感知和光纤光栅传感网络和无线传感器网络技术。2.2智能施工关键技术2.2.6物联网智慧工地系统在工程施工现场条件下，利用物联网技术推进施工现场管理、物资管理、地下空间施工等方面的信息化应用。2.2智能施工关键技术2.2.6物联网危险区域绘制人员侵入预警相对于工业物联网，面对具有不可复制性，唯一性等特性的建造工程，对工程物联网提出了更高的要求。2.2智能施工关键技术2.2.6物联网工业互联网工程互联网工业特性部署需求工程特性部署需求感知特点以工业设备为主提前部署包含人机料法环多个对象提前部署或动态部署过程特点空间相对稳定、瞬时耦合精确感知严格阈值控制空间实时变化、延时耦合融合感知模糊控制任务特点生产任务流水线重复相对固定组网建造活动不可复制、唯一性固定组网及无线灵活组网环境特点工业环境高温、高压突出感知节点的可靠性建造空间钢结构屏蔽信号传递传输网络的可靠性第五代移动通信技术（5thGenerationMobileCommunicationTechnology，简称5G）是实现人机物互联的网络基础设施。在建筑施工中通信技术是实现智能施工、智能建造的最为基础的关键技术。2.2智能施工关键技术2.2.75G通信智慧工厂云化建筑机器人2.2智能施工关键技术2.2.75G通信3D打印建造是在构建了建筑信息模型的基础上，将多种建筑材料，按模型各项数据指标和建造程序运用机电一体化技术建设成为预期的实物形态。2.2智能施工关键技术2.2.83D打印3D打印本质上是整合BIM技术、自动化控制、材料应用以及现代化工程管理等技术手段完成工程建造的技术。3D打印技术最大的优势在于个性化的定制、复杂结构的实现、人力与时间的节省2.2智能施工关键技术2.2.83D打印深圳宝安3D打印公园“鹏城花开”雕塑，设计原型为勒杜鹃，为模拟其花瓣有机、无序的形态，雕塑主体设计为数组起伏的曲面。Striatus是一座拱形的无钢筋砌体人行桥，由3D打印的混凝土砌块构成，组装过程中不采用粘合剂。决定打印效果的因素：2.2智能施工关键技术打什么？用什么打？怎么打？即建筑的设计是否合理，其结构是否适合采用3D打印的生产方式。即用于打印的材料性能，其直接决定了打印产物的各项性能、成本、以及能实现的空间结构复杂度，是打印的基础。即打印的方式，如喷口的移动路径规划，材料的堆叠方式、间接影响打印的准确度、成功率以及是否能充分发挥材料性能。2.2.83D打印建筑施工机器人具有可以在各种条件下工作、无间断工作、精准度高、能够实现更加复杂的建筑造型、能够进行自主学习的优势。激光整平机器人地面抹平机器人2.2智能施工关键技术2.2.9建筑机器人巡检机器人管道机器人3D打印机器人2.2智能施工关键技术2.2.9建筑机器人装配式建造技术是指装配式建筑在建造过程中将部品部件在工厂完成生产，在工地现场进行组装，并在实施过程中运用现代工业手段和工业化的组织形式，对建造施工过程的各个生产要素进行工业化集成，从而实现标准化建造。2.2智能施工关键技术2.2.10新型工业化建造装配式混凝土建筑这个领域智能施工主要反映在基于BIM技术装配式设计，PC构件（precastconcrete预制混凝土构件）的设计、深化设计、构件工厂加工、灌浆连接检测，工业化安装，智能吊装、全装修智能化等方面。2.2智能施工关键技术2.2.10新型工业化建造装配式钢结构建筑智能施工主要体现在钢结构基于BIM技术的深化和优化、工厂化加工、健康监测、虚拟预拼装、智能物流管理等方面。2.2智能施工关键技术2.2.10新型工业化建造施工是按照预先的设计要求，在有限的资源条件下，按照时间计划完成的建造、拆除、维修活动。智能施工就是在这个活动过程中运用新一代信息化技术与建造技术深度融合，使建造具有新的能力提升，从而减少施工过程资源消耗，提升建造成品质量。绿色化、工业化、信息化传统的建造和管理方式2.3建造方式智能化2.3.1以工程建造为核心的智能化新一代信息技术高速发展，在不同的领域有不同的场景，例如电力的无人巡检、农业智能工厂化育苗等，建筑施工行业是新一代信息技术的一个垂直领域场景应用。无人机电力电网线路巡检城头镇"工厂化"育苗助农2.3建造方式智能化2.3.2新一代信息技术的垂直领域场景应用2.4.1系统数据架构2.4智能施工管理集成平台2.4.2系统功能架构2.4智能施工管理集成平台视频监控系统2.4.3系统平台架构2.4智能施工管理集成平台环境监测系统系统2.4.3系统平台架构2.4智能施工管理集成平台机械设备监测系统2.4.3系统平台架构2.4智能施工管理集成平台安全管理系统2.4.3系统平台架构2.4智能施工管理集成平台进度管理系统2.4.3系统平台架构2.4智能施工管理集成平台经营管理系统2.4.3系统平台架构2.4智能施工管理集成平台集成平台、统一入口

提供数据可视化看板、整体呈现工地各要素的状态和关键数据。2.4.4智能施工管理平台特点2.4智能施工管理集成平台应用系统集成通过建立工地现场的数据标准、数据通讯协议标准、各应用间认证和数据交换标准、支持多个应用间的数据共享和数据交换。2.4.4智能施工管理平台特点2.4智能施工管理集成平台智能硬件接入智能施工管理平台使用工业级物联网平台，对连接的硬件设备进行统一连接认证、建模和管理。保障接入设备数据传输的可靠性和稳定性。2.4.4智能施工管理平台特点2.4智能施工管理集成平台工程概况：雄安站位于雄县城区东北部，距雄安新区起步区20公里，京港台高铁、京雄城际、津雄城际三条线路汇聚于此。现状环境为自然村落和农田绿地，西南方向为白洋淀湖区，自然环境优美宜人。雄安站房屋总建筑面积47.52万㎡，平面尺寸为南北向长606米、东西向宽355.5米，建筑高度47.2m。建筑主体共5层，其中地上3层，地下2层。2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例

站房首层候车大厅和南北两侧城市通廊为清水混凝土结构，造型复杂，钢筋、模板、混凝土施工质量控制难度大。工程规模大、施工作业面广、大型设备多、交叉施工频繁，安全控制难度大。机电管综错综复杂，车场管综外露，专业系统多，达到规整有序施工控制难度大。结构、装修及机电安装工程复杂，工程体量大，涉及的专业分包多，人员高峰期可达5000余人，人员管理及现场协调难度大。2.4.5智能施工应用案例2.4智能施工管理集成平台（1）BIM+GIS技术

雄安站周边三维实景模型2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例在BIM模型创建完成后，通过对模型的解读，能够分析出各施工流水段各材料的工程量，如混凝土的工程量。（2）BIM5D智慧建造管理系统

工程量统计2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例在制定完成施工进度计划后，通过软件把施工进度计划与BIM模型相关联，对施工过程进行模拟。将实际工程进度与模拟进度进行对比、可直观的看出工程是否滞后。分析滞后的原因，以确保工程按计划完成。（2）BIM5D智慧建造管理系统

施工模拟2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例通过BIM可视化特点，对施工方案进行模拟，对施工人员进行3D动画交底，提高交底的可行性。（2）BIM5D智慧建造管理系统

可视化交底2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例通过对设计图纸的解读，对复杂节点进行BIM建模，通过模型对复杂节点进行分析。（2）BIM5D智慧建造管理系统

节点分析2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例根据设计图纸，对建筑物进行综合建模，把预留孔洞在三维模型中显示，直观的显示出各个位置的预留洞口。在结构、建筑、机电、设备模型都创建完成后进行合模，分析出各碰撞点，与设计进行沟通，对设计图纸进行修改。（2）BIM5D智慧建造管理系统

综合管线碰撞检测2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例通过搭建模型，在虚拟环境中，形成具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配结果在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。同时，利用虚拟现实技术可以对不同方案在短时间内做大量分析，保证施工方案最优化。（3）BIM+VR技术应用2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例为保证项目的按期完成，项目部制定了每周施工进度计划，区域各工种施工人员对照周进度计划，每天上传完成工作量的情况并拍照留存，系统与总进度计划自动分析形成对比，针对进度滞后的采取增加人员或延长工作时间进行弥补。（4）生产管理系统2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例项目采用了BIM+技术管理系统，由项目工程部部长收集所有变更和所有方案及危大工程的三维交底文件上传至数字平台并发出通知。所有管理人员、班组长通过手机APP就能及时收到通知、通过与原图的链接查找到变更的具体位置与变更内容。（5）技术管理系统2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例系统通过劳务实名制的云端产品形式，使用闸机硬件与管理软件结合的物联网技术，实时、准确收集人员的信息进行劳务管理。劳务实名制系统可实时统计在场人员数量，还可分析项目所有作业人员的信息。（6）劳务实名制系统2.4智能施工管理集成平台2.4.5智能施工应用案例安全、质量巡检系统，采用云端+手机APP的方式，将施工现场实时监控、信息采集数据，系统自动进行归集整理和