数字建造技术研究与实践

张保荣

陕西建工第十三建设集团有限公司 陕西 延安 716000

引言

现阶段我国建筑业的发展逐渐由传统粗放模式转变为智能建造的高质量发展模式，传统的建造模式已经无法满足可持续化发展需求，需要充分依托信息技术，将现代信息技术与工程建造技术深度融合，助力建筑产业转型升级，保证在新常态下建筑企业可以更加高效、文明、安全、绿色开展工程建造。

1 数字建造技术现状分析

针对现阶段建筑行业数字建造技术蓬勃发展，项目BIM技术应用、企业ERP管理系统应用的不断成熟，进一步将先进的技术与传统的信息化管理平台进行融合，对建筑行业的信息化水平逐步进行改善，力求实现工程建造全过程各环节数字化、网络化和智能化的新型建造方式，将建造场景变成具有“感知力”和“生命力”的智慧有机体。尽管如此，当前建筑行业智慧工地仍然在不断摸索探究尝试阶段，在整个过程中仍然存在较多问题，而问题通常体现在政策、人才以及技术方面。①缺少标准性的政策引导；②缺乏高质量、高技术水平人才；③软件、硬件配套设施不够完善与成熟。这一现状是导致数字建造技术无法真正实施的关键性问题。

2 数字建造驱动技术分析

2.1 BIM技术

BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合项目的相关信息，在项目策划、施工、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，实现建设项目集成管理，达到提升建造品质、缩短工期、绿色节能、控制成本的目标。其具有可视化、可协调、可模拟、可优化、可出图等优点。传统建造设计过程中，相关人员需要进行大量的数据计算以及重复性数据核查，其中包含工程信息采集，数据分析，参数计算等。只有这些内容全部与施工规范对照符合后，才能确保施工方案的可行性[1]。而BIM技术可以利用参数模型的特性，第一时间发现建造方案中存在的问题。BIM技术应用可以保证数据采集分析能力，通过快速辅助设计人员对设计中存在的问题进行发现，进而精准的验证设计方案的可实施性。除此之外，BIM技术在现场平面布置的正向设计、专业深化设计、管线综合布置、机电设备用房的模块集成及生产、PC构件的预制生产、施工质量、进度、安全监控、物料跟踪、BIM+GIS技术等方面的应用，同样发挥了重要作用。

2.2 物联网技术

互联网技术的发展改变了人们固有的传统观念，对数字技术更加重视。物联网技术是通过射频识别（RFID）、红外线感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备等与计算机、互联网技术的结合，实现物体状态信息的实时共享以及智能化的收集、传递、处理、执行。物联网技术在工程项目上的应用，促进了数据获取的精准性，智能性，及时性，可以极大程度提高工程施工过程中的便捷性，对工程时间的控制有积极意义[2]。

2.2.1 人员管理。在工程建造过程中，对建造人员实行实名制管理，实现施工人员的精细化管理，准确掌握每个参与者个人信息及状态，并建立档案，保障劳务人员工资如实如期支付。建立专业人才库，实现建筑人才资源信息共享。

2.2.2 建筑环境监测和预警。在建造过程中利用信息化技术可以最大程度地节约建造使用资源，同时减少建造过程中对环境产生的负面影响。充分实现节能、节地，节水，节材以及环保。利用物联网技术展开施工过程中的环境监测，同时对施工中水量、电能等的消耗进行统计。除此之外，满足自动洗车、自动降尘需求，局部实现绿色施工。

2.2.3 质量安全管理。数字建造技术应用于建筑工程中，可以进一步保证建筑工程的质量安全。利用远程视频监控对施工现场的项目进行监督管理，对其中存在的问题及时发现并及时解决。对人的不安全行为、物的不安全状态实时监控、预警，使施工者更加安全。对可能影响工程质量的因素进行预防，标养室温湿度进行监测及标养试块管理，特别是在钢结构安装过程中，利用超高精度测量机器人，为建筑施工者提供高精度的三维坐标信息，这样更加利于工程施工控制测量，同时对施工中实时变形数据进行监测，对钢构件安装进行测量，保证设备安装的安全性以及有效性，进一步提升建造工程的施工质量[3]。

2.3 大数据和云计算

数字建造发展在不同时期涉及的技术应用不同，2010年～2014年为数字建造1.0时代，该阶段重点强调碎片化技术应用，以满足基础的项目管理。2015年～2019年为数字建造2.0时代，其建造主要坚持可视化特点，结合无线网络以及APP参与系统集成建造，以满足高水平建造管理需求。2020年后进入数字建造3.0时代，工程建造中物联网技术，数字化集成技术，智能施工技术，互联互通技术，信息共享技术，决策分析技术，风险智慧预控等数字化技术全面开展[4]。

大数据技术以及云计算的技术在建筑领域被广泛应用，进一步推动了建筑行业的发展，而且在大数据科技的应用过程中，中国建筑行业逐渐向管理信息化、工业化转型。通过大数据的智能分析，可以对工程中数据进行采集与感知，进而对数据的存储与管理分析挖掘能力增强，充分将虚拟建造与实体建造进行结合，使建造项目的生命周期具备可视化特点。除此之外，利用大数据技术还可以对建筑资源进行整合。针对建筑施工管理者可以实施集中化管理，并且进行数据实时共享，对各个环节的信息数据起到协同辅助作用。充分加强软硬件配套设施技术水平，这一技术的应用进一步实现了智慧工地资产管理系统，企业标准化管理系统，项目标准化管理流程以及项目协同管理平台和电子档案管理系统等以互联网为基础的智能化管理系统。

2.4 人工智能

AI的核心应用包括能够跟人类似甚至超卓的推理、知识、规划、学习、交流、感知、移物、使用工具和操控机械的能力等。通过AI设计方法的引入，建筑设计、建造、运维的各个阶段会逐一被打通，使建筑设计系统高度集成化。AI设计还可以进行气候、环境模拟、节能分析、日照计算、交通流量统计等深度研究。AI本身具有强大的分析、整理及应用能力，在建筑业必然“大有可为”。在建筑行业劳动力不足的情况下，AI可以简化甚至替代部分劳动力。一批即将“上岗”的建筑机器人，如“天花板安装机器人”“焊接机器人”“搬运机器人”等已成必然。

3 应用建议

BIM技术可实现建筑参数化，物联网对工程建造中安全管理、质量管理、物资管理、设备管理起到重要改善作用，而大数据以及云技术的应用，可对建筑工程资源进行整合，实现数据共享，增强工程中各个模块的关联性，人工智能则可提高工效，从而使工程建设更好、更快、更省。尽管如此，在数字建造技术应用实践中，还需要重点注意以下内容：

3.1 解决BIM图形引擎卡脖子问题

国内自主开发的BIM图形引擎与国外相比还有很大差距。一方面，国外在图像引擎领域的研究比较早，有专业的科研机构进行研发，有很好的技术基础。同时形成了自己的品牌引擎。另一方面，由于BIM的概念最早是在国外提出的，而且主流的BIM软件都来自国外的产品，所以在最基础的BIM软件的开发和BIM技术的应用上都有很深的积淀。图形引擎是一个必须解决的“卡脖子”问题。因此，BIM图形引擎的自主研发显得极为重要和紧迫。

3.2 解决图形引擎安全问题

BIM作为建筑工业互联网实现建筑数字化转型的核心技术，目前的BIM建模软件和基础平台主要被几家国际大型软件开发商所垄断。国内的BIM应用软件还在发展中，其功能、技术水平和市场竞争力等方面还有些差距。特别是三维图形平台，是BIM应用软件中最重要的基础软件，其核心技术是图形引擎，我国自主研发的图形引擎与国际水平有些许差距。图形引擎的本土化自主研发及其重要，BIM轻量化软件或者平台，其数据需要传至云端服务器进行处理，国外产品往往服务器布置在国外，那么数据的安全性就会存在隐患。

3.3 贯通BIM设计施工共同建模，指导运维

切实落实BIM正向设计，真正把工程各阶段的数据贯通起来，真正实现全过程的数字化设计，达到一模多用，减少不必要的重复工作，并将数字化产品移交给业主，使其得到数字化建筑模型这么一个附加值的产品，方便以后的运维、改造和升级。

3.4 做好技术成果转化，形成可复制、可推广、可操作的宝贵经验

在技术应用过程中同样需要加强对技术成果的转化研究，使技术的应用具有可复制，可推广，可操作的特点。同时加强技术的推广示范，将技术应用的典型案例进行经验总结，汇聚成功经验，使建造技术逐渐向体系化、纵深化推进，促进新技术、新业态、新模式的发展。

3.5 完善制度建设，制定标准规范，培养专业人才

现阶段，数字建造的制度不是很完善，出台相关政策文件，制定标准规范。培养更多的数字技术专业人员，特别是拔尖人才，引领数字建造技术落地生根，开花结果。

3.6 推动建筑业产业化

建筑产业化是对建筑行业资源优化配置，依托先进信息技术，通过先进的现代化管理模式，采用标准化的设计和机械化、装配化的构部件生产方式，实现构件制造的工厂化、产品设计的标准化、现场施工的装配化、房屋装修的一体化以及运营管理的信息化。建筑产业化能够将技术、经济与市场进行有效的结合，以较低的投资换取高额的产量，同时满足消费者对房屋质量、安全以及舒适度的需求。这就必然要求推动发展装配式建筑+BIM、装配式建筑+EPC总承包模式、装配式建筑+超低能耗、装配式建筑+人工智能，方可实现建筑行业产业化。

4 结束语

综上所述，数字建造技术是建筑制造过程中结合BIM技术、大数据和云计算、物联网技术及人工智能技术的建筑方式，能够形成数据驱动下的工程项目设计、生产、施工一体化的建造与服务新模式，能够实现工程建造全过程数字化模拟、感知、记录、协同，能够提升建造品质、缩短工期、节约资源、控制成本。目前，中国数字建造发展正在进入快车道，随着数字中国建设也将随之进入高峰期。我国的人工智能、5G、物联网、北斗导航系统等技术已逐步成熟，相关应用也开始进入大规模部署和应用阶段，这为数字中国建设的顺利推进奠定了基础，逐步实现国家高质量发展之目的。