苏 瑾 瑾

(广州华商职业学院 智能工程学院，广东 广州 511300)

1 概述

智能建造是建筑行业的信息集成技术变革的智慧成果，是建筑行业谋求高质量发展的必经阶段。世界经济论坛重新定位了建筑行业的发展模式，旨在借助科技力量助推建筑行业从传统模式转化为智能建造模式[1]。2020年3月，全国“两会”召开，主要议题有加快5G网络、信息化工程等涉及国计民生基建设施的建设进度[2]。2020年7月，住建部等13部委发文《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》指出，以大力发展建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，创新突破核心技术，加大智能建造在工程建设各环节应用，形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系[3]设立“中国建造”国际品牌，成为“智能建造”世界强国。而智能建造具体应用的最基础单元是每一个工地项目，因此智慧工地建设的情况直接反映和检验着智能建造的成果转化程度。在查阅众多国内外文献之后，发现智能建造的理论研究已经相当丰富，而和工地施工生产的结合与应用的研究并不多。本文以人民群众迫切需要的“智慧安居工程”为切入口，就智能建造创新技术对于智慧工地的构建和应用进行深入研究，旨在推行智能建造新技术更广泛、更深入地应用于施工领域。

2 建立智能建造与建筑工业化系协同管理机制

2.1 智能建造与建筑工业化发展现状

“智能建造”在英文中的概念定义为Intelligent Construction，Smart Construction，或Wisdom Construction[4]是数字化、智能化创新技术的集成，被定义为第四次科技工业革命。建筑工业化的管理范畴起源于二战后，发起者是德国著名建筑师瓦尔特.格罗皮乌斯(WalterGropius)，20世纪50年代引入中国，经历了近半个世纪的摸索与发展，已经形成了自主创新与特色研发相结合的建筑工业化体系。随着新一轮科技革命的到来，并在国家和党中央资金投入与政策保障下，建筑工业体系化呈现高质量、高速度、高水平稳定增长发展的局面。

2.2 智能建造与建筑工业化协同管理框架

智能建造的内涵凸显综合性、智慧性，具有的主要的特点是建造目标多重性，属性多样性建造工艺综合性。而建筑工业化是以构件批量预制和节能装配式施工为生产模式，以设计模数化和标准化、构件部品化、生产流水化为特征，打造设计、生产、施工、运维全寿命周期的新型建筑产业链条，从而实现建筑产品节能、环保、绿色，使建筑产品价值发挥到最大化，人类的居住体验达到最优化[5]。智能建造与建筑工业化在融合过程中受到了建筑工业化程度发展不均等，建筑行业周期长、施工内容复杂多样、本土化施工水平参差不齐等诸多因素影响，主要的原因是缺乏统一的、明晰的、逻辑关系严密的建设框架体系。通过查阅国内外文献，结合国内施工行业现状，建立智能建造与建筑工业协同管理机制(见图1)。

2.3 智能建造业务的协同管理链条

智能建造的业务协同逻辑贯穿智能建设项目的全寿命周期阶段。但是每个阶段只能实现内部的单点信息技术，缺少解决整个建筑行业工作链条的方案[6]。只有打通各环节的技术壁垒，实现各阶段数据的无缝对接，形成新的业务管理链条，才能实现智能建造(见图2)。

BIM技术可为项目的全寿命周期管理提供可能，过程中需要大量的数据交互传输，一方面要求数据类型的标准化，另一方面需要对构件位置参数、属性参数等信息做统一规定。因此，智能建造的新业务逻辑以大数据为基础，以BIM建模为核心手段，形成BIM1.0～BIM5.0核心数据模型[7]，为全寿命周期管理奠定坚实基础。

3 协同模式下的智能建筑安居工程

3.1 装配式总体发展情况

制造业转型升级大背景下，国务院、住建部等持续出台相关政策推进装配式建筑。2016年2月，国务院办公厅《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提出：力争用10年的时间将装配式项目的市场占比达到30%；2016年9月，国务院办公厅发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》中提出，要因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑，这标志着中国装配式建筑的发展上升到国家战略层面，装配式技术将步入快速发展的阶段。

以广东为例，从2018年至2020年，各地区住建局发布多项关于装配式建筑文件，要求到2020年，实现装配式建筑占新建建筑面积的比例达到15%以上，其中政府投资工程装配式建筑面积占比达到50%以上；到2025年前，装配式建筑占新建建筑面积的比例达到35%以上，其中政府投资工程装配式建筑面积占比达到70%以上。综合国家政策及地区政策可见装配式政策利好，从国家到地区支持力度大、建设目标明确、建设标准日趋完善(见图3)。

3.2 钢结构总体发展情况

钢结构被赋予了智慧装备制造工业化的先进基因，具有“轻、快、好、省、噪声小、无扬尘、少垃圾”的特性，突显了智能建筑的特征，被国际智能建造强国广泛使用。并且，建筑业与钢铁行业是“此涨彼涨”同向正比例发展行业，既消化了钢铁产能过剩，又培养了掌握“四新”技术的建筑产业技术技能型工人队伍。

3.3 发展装配式钢结构建筑

装配式钢结构建筑是全过程数字化管理、智慧运维的融合，最终目的是解放生产力，推动产业快速发展，提升国家经济效益。以采用钢结构装配式建造技术的武汉“火神山”医院为例，10 d之内建成并投入使用，创造了智能建造技术为生命争取时间的奇迹，刷新了“创新科技”缔造的“中国速度”。

4 BIM+智慧工地集成技术落地

4.1 构建智慧工地协同实施方案

运用BIM云技术构建智慧工地整体实施架构(见图4)。通过构建统一平台，实现项目各管理部门可视化，可协同，可共享，可管理，打破传统的各业务部门数据不通，沟通效率低等问题。

1)技术部应用：方案交底，方案交底跟踪，三维可视化；

2)安质部应用：PDCA质量安全闭环可视化管理，质量安全评优，安全定点巡视；

3)工程部应用：跟踪构件和原材料加工，分析图纸碰撞数据，二次方案优化，采集进度信息，根据实际工期和计划工期数据，分析进度超前或滞后的原因；

4)物资部应用：实施原材进出场管控，周转材料、消耗材料的合理性的统计分析，核算分包节超；

5)计合部应用：创建核算模型，可按月度、季度分析和考核节超情况。

4.2 智慧工地协同管理与监测

4.2.1 智能设计

1)临建设施及场地布设。包括施工红线、围墙、道路、临时房屋、材料堆放、加工场地、施工设备等实际设置情况，同时包含场地内水电布设的直观展示(见图5)。

2)可视化建模。BIM技术提供三维可视化影像，可以帮助设计单位快速抉择出合理的工程方案，实现复杂结构的自动出图以及全模型的自动联动更新，彻底解决设计人员专业协同问题，使得工程结构的仿真数值模拟工作量大大降低，设计人员绘图时间缩短，增加工程设计占比，提升设计水平和核心竞争力。同时，作为全寿命周期建设项目管理的首要环节，设计单位可通过BIM为业主及施工方提供项目管理技术服务，实现跨界资源整合，创造新的业务增长点和业务领域。

通过BIM技术良好的三维呈现效果，施工单位从多方位剖切工程对象，全面了解工程设计意图，缩短施工人员学习图纸时间，有效控制施工准确度；根据工程建设场地条件进行施工模拟，有效降低因施工组织不当而增加的时间成本和管理成本，减少资源浪费，提高企业利润；在复杂项目结构施工过程中，通过BIM技术模拟施工方法及过程，控制施工进度，降低施工风险，保证施工安全。BIM技术在施工单位中的使用，能够极大提升施工组织水平和技术实力，增强自身的国际竞争力，增强企业的可持续发展能力。

3)图纸会审与碰撞分析。模拟分析钢筋碰撞，能够对钢筋空间排布和绑扎进行三维技术交底。提前解决了现场的图纸问题，节约工期超过30 d。

4.2.2 智能管理

1)智慧劳务考勤管理。工地门禁施行刷脸管理，进行实名认证，同时提醒工作内容，检查安全帽佩戴及防护工具使用情况。提高劳务人员生产效率，杜绝违反规范操作行为，保障工人安全权益。

2)智慧资料协同管理。通过智慧资料协同系统，实现材料检测、安全质量、技术、测量等各类工程资料专人跟踪，实时跟进，资料完成进度与现场实物完成量匹配，并及时整理、归档，顺利交付甲方。

3)智慧党建协同管理。依托互联网和智慧应用系统，搭建党建管理平台，统筹管理各项目部党组织，实时传输与共享党建信息，增强基层党委的凝聚力和战斗力。

4.2.3 智能监测

1)进度监测。a.通过任务派分，实时掌握现场生产进度；b.现场工长不仅可以及时收到施工任务而且可以获得施工工艺的技术支持；c.现场进度采集后，可以实现各个参与方实时掌握施工进度，即使不在现场，也可以了解现场实际情况；d.劳动力实时分析，可以辅助人员管理决策。

2)物资消耗监测。利用物联网技术，借助互联网手段和大数据分析模式，对各类主材进场环节和半成品出厂环节全方位管控，提升业务效率，节约管理成本，提升项目经济效益。a.运用BIM平台根据需要按照不同的方式进行物料统计，满足各个阶段的需求。b.导入模型统计工程的总工程量，对工程量有个总体把控，包括钢筋、混凝土等。c.利用系统实时动态跟踪物料进场情况，防止跑冒滴漏。

3)安全质量监测。项目各层级管理人员通过使用BIM5D的PC端和WEB端，实时了解现场质量安全问题及整改情况，杜绝现场的安全质量隐患。

4)文明环境监测。系统中每天更新施工当日的温度、湿度、噪声、风速、工地扬尘量，当超过预警值时，环境监测系统会自动启动警报装置和喷淋系统，降噪除尘，待达到合格标准之后会自动停止。

5)设备装置限位保护监测。对于大型的、重要的机械设备，如塔吊、龙门架等，系统中设定了限位保护。如遇到超载，起吊设备会自动断电，停止工作，待载重量达标后方可继续起吊。

5 结语

随着国家采取发展信息技术，建立城市数据中心，普及智能基建设施等一系列惠民措施，使得智慧城市建设水平不断提升。当前建筑业得益于第四代国际工业革命浪潮的助推，在“技术簇群”的支持下实现重要的技术转型。谁先尽早掌握“智能建造”的核心技术和领先思维，谁就能在这次巨变中拔得头筹。建筑工业化作为一种良性的、集约化的、低碳绿色的新型建筑生产方式，必然颠覆传统建筑行业，促使其革新除弊攻坚转型。以智能建造与建筑工业协同化发展为载体，运用BIM技术实施智慧工地管理，可以统筹施工现场综合信息，减少资源浪费，降低人、财、物力的投入，加快施工进度，缩减工期，提高项目管理效率，降低管理成本。本论文以轻钢结构装配式作为研究模型，为节能环保绿色的建筑工程提供技术参照，为同类型智慧工地构建和应用提供借鉴和参考。