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施工技术 | BIM融合信息技术在智慧工地中如何应用?看这篇就够了!

 兰狐狸 2022-05-03 发表于广东

“双碳”目标,关系着我国建筑业未来的可持续发展,蕴藏着广阔的市场机遇。实现“双碳”目标,于建筑业而言,必须大力推行绿色建造,发展以绿色化、智慧化、工业化为代表的新型建造方式。值此“五一”劳动节之际,为进一步发挥学术期刊的创新和引领作用,施工技术特别推出“双碳”下的建筑业栏目,围绕“绿色化、智慧化、工业化”,探索“双碳”目标下建筑业发展的新路径。

BIM融合信息技术在智慧工地中的应用研究

通过文献调研与归纳总结,分析BIM技术在建筑工地的应用情况,综述BIM融合信息技术在智慧工地中的应用、可实现的功能及解决的工程问题。结果表明: BIM融合信息技术异形构件施工、进度协同优化、风险管控、数字信息处理等方面有良好的可行性,并可实现智慧工地在质量、进度、安全、物资、商务等方面的管理。针对BIM融合信息技术在数据转换与共享、探索实践及应用指标化总结等方面提出问题与建议,以期为智慧工地的实现做出更多贡献。

BIM融合信息技术在智慧工地中的应用

1.在智慧工地各模块中的应用

1)质量管理方面

BIM融合空间信息技术、大数据、云技术、人工智能技术等在施工方案制订、工程测量、施工质量检测等方面各有应用。空间信息技术主要包括卫星导航定位技术、卫星遥感技术、地理信息系统技术等,与BIM技术融合应用可使施工质量得到保证。BIM融合大数据则可通过对收集的数据进行分析与挖掘,进而对工程建设周期中各指标进行管理。此外,BIM融合3D打印、3D激光扫描技术、VR技术可更好地解决施工技术、检测、监测等问题。如将BIM模型转换成对应有限元软件格式后进行受力分析及优化设计,进而拆分BIM模型、分块打印、制作混凝土构件,有效解决了异形构件施工重难点。

2)进度管理方面

通过BIM集成数据库、遗传算法、模拟退火算法、图像识别等技术,施工进度编制、管理、资源分配、进度优化等方面取得众多研究成果。如李雁忠等在分析基于BIM技术的WBS工作分解结构的基础上,优化施工部署与进度影响因素,通过平台对现场采集数据进行分析,管理者能实时对施工状态进行掌控;另外,人工智能算法在研究施工进度、资源优化方面已有较多应用。王永泉等利用遗传算法结合BIM技术,优化了网架工程的进度与费用问题,解决了工程量与资源安排问题等。BIM集成不断迭代的信息技术在施工进度管理方面的研究会不断突破,基于“BIM ”的进度管理平台可以实现更精细、智慧化的管理,为智慧工地的进度管控提供更多发展空间。

3)安全管理方面

智慧工地弥补了传统工地无法实时对信息进行处理并反馈结果的缺点。BIM融合物联网技术可实现施工智能跟踪定位、应力监测、安全预警等功能。利用RFID技术、ZigBee技术、传感器等,采集人员、机械及施工关键部位信息,结合BIM模型进行安全数据比对,实现定位、协同、预警、更新等功能,提高了施工整体安全管理水平。人工智能包括神经网络、遗传算法、知识图谱等技术,融合BIM技术可搭建由感知层、传输层、数据层、算法层、功能应用层组成的智能安全管理平台,实现一套全面有效的识别、预警、决策管理机制,为智慧工地安全管理体系提供新参考。BIM融合物联网、人工智能、大数据等技术可以延伸和扩展出新的安全管理应用模式与价值。

4)物资管理方面

BIM融合人工智能、物联网技术可监控物资全生命周期,降低工程成本。BIM融合专家知识库、神经网络、推理技术及多种算法等人工智能技术可实现能耗管理、成本预测等多种功能,有效为传统工地转型为智慧工地助力。BIM融合物联网技术及空间信息技术可准确实现批量采购实时监测构件的生产及运输过程、实现按进度计划精确发料及下料等功能,有效解决了施工现场因材料问题造成的成本增加问题。另外,利用“BIM ”技术也解决了装配式建筑构件生产与装配问题。BIM融合信息技术材料、构件的全寿命周期中正逐渐得到广泛应用。

5)商务管理方面

BIM承载信息的特点与区块链可保证信息安全、快速、准确共享的优势相得益彰,BIM融合区块链技术可有效解决施工现场多方多专业信息共享的难题。融合应用区块链与BIM技术使众多参与主体联系在一起,解决了信息监管、信任、安全、共享等难题,为工程商务办公管理体系及工程质量管理体制建立提供了新方案。

2.在智慧工地管理平台方面的应用

BIM集成新一代信息技术可全面广泛地管理建筑工地,有效消除各种安全隐患及不稳定因素。灵活运用“BIM ”技术开发智慧工地系统、智慧工地管理平台更能充分利用工地现场信息,保证各方信息畅通,使工程数据价值得到充分挖掘。同时,打造智慧工地也是为智慧建造、智慧城市的构建奠定基础。

3.在智慧工地实现功能的对比

具体工程的施工特点各不相同,BIM融合不同信息技术可以实现多种不同功能,解决同一施工问题的效率与效益也存在差异。是否需要依靠“BIM ”技术、需要何种技术实现何种功能来解决工程实际中遇到的问题等是在实际项目建设过程中需要考虑的问题。依据目前存在的研究及工程应用实例,分析目前BIM融合信息技术的研究应用进展,BIM融合不同信息技术实现的功能对比如表1所示。

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BIM融合信息技术存在的问题

1)BIM融合信息技术融合时数据转换与共享问题

在BIM融合信息技术中涉及多种数据格式及编码方式,直接影响到数据格式的转换、海量数据的稳定接收、不同网络之间的通信等问题,而与信息技术相关的应用软件交互的数据标准及体系仍不完善,进行BIM融合信息技术的应用需要的统一的数据转换标准、编码标准、插件接口及稳定的网络传输等问题有待深入研究。

2)BIM融合信息技术在实践中探索性不足

智慧工地的建立需要新技术的不断应用实践,人工智能包含遗传、粒子群、蚁群、模拟退火等多种算法,算法选择及改进会对应用效果产生较大影响;区块链应用了密码学技术且融合了高度密集的算法,在信息采集存储效率安全方面仍可提高;自动化及机器人的应用也并不多见于现代施工工地中,对在施工工地中的机器人应用的控制算法、系统研究、平台管理也需要不断实践。

3)BIM融合多项信息技术的应用无指标化

BIM融合信息技术解决同一问题所融合的技术路径及种类有很多种,对各项技术融合后方案的技术及效益评估研究相对较少。在建立以“BIM ”为核心的智慧工地及智慧建造管理平台过程中,BIM融合信息技术并未形成具体的技术体系,开发的管理平台智慧程度各有不同,多项信息技术融合的理论研究还未实践,对智慧工地及智慧建造管理平台的效益评估、技术标准、工作标准、应用等级、系统升级也有待于完善。

相关建议

1)统一数据及技术标准,采用稳定高效的网络通信方式

工程数据的采集存储、不同格式数据的转换、技术标准的统一关系到数据挖掘与应用。采用先进传感设备计算机硬件设备5G 技术可保证数据采集与传输的稳定及精确,同时,智慧工地数据存储容量也可以逐渐采用 5G 支持的云存储模式扩充容量,以支持后续的数据计算与分析,数据格式的汇入汇出及技术标准的统一可以以IFC标准统一管理,在不断的工程实践中逐步建立相关的数据转换插件与接口,建立 BIM 融合信息技术交互的数据标准,最大限度地实现数据共享。

2)加强BIM融合信息技术的实践,不断进行探索与创新

大数据对施工生产方式、企业管理方式的转变起着至关重要的作用,施工企业建立大数据体系并不断升级优化,融合人工智能算法及其他信息技术,可实现企业数据的挖掘分析及可视化,为领导者提供决策依据。企业应依据实际情况与研发单位合作,尝试算法改进,解决局部收敛问题,加快收敛速度,实现工程资源的最优调度等实际问题。企业要看清未来发展形势,逐渐应用自动化及机器人技术,解决施工中可替代的劳动力问题,为企业转型做探索。

3)建立智慧工地体系,不断优化建造管理平台

建筑业实现智慧工地及智慧建造应加强多项信息技术的融合应用,明确各技术的优劣势,充分利用信息技术,将理论研究付诸于实践,在技术利用过程中联合研发单位不断优化融合技术,明确各技术的优势,注重分析融合技术的优劣势及效益对比。在形成企业技术体系后,建立以 BIM 融合信息技术为核心的智慧工地标准,对技术、施工、平台的标准进行制定,为后续项目施工提供参考依据,为行业发展起到示范作用。

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【作者简介】于德湖,山东建筑大学党委副书记、校长

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【作者简介】吕庆,青岛理工大学

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