智能建造技术发展现状与未来趋势

叶生文

摘要：面对信息时代的大潮汹涌而来，建筑行业面临着强烈的挑战，智能化建造技术发展异常迅速，在建筑行业技术升级改造中将担负起先锋的角色，推动着建筑业高质量发展，应继续增加人工智能、互联网大数据、物联网、云计算等新技术在建筑全过程应用的集成化与自主创新，加速促进新一代信息科技与建筑工业化技术协作发展趋势，紧紧围绕智能化工程施工、智能制造系统、数字设计，提升建筑工业化与智能建造基本关联性技术和重要关键技术革新研发，提高智能化建设管理水准，加强智能建造上中下游协调工作，为智能建造健康发展营造良好氛围。

关键词：智能建造;技术;趋势

一、智能建造内涵

智能建造是新一代通讯技术与先进设计施工技术深度融合，并贯彻于勘察、设计、施工、运维等工程活动各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自适应等功能的新型建造方式。笔者认为，智能建造是指在建造过程中充分利用信息技术、集成技术和智能技术，构建人机交互建造系统，提升建造产品的品质，实现安全绿色、精益优效的建造方式。智能建造内涵可从以下方面展开：（1）智能建造是设计、生产、施工一体化的建造体系，是建造新思维、新技术和新模式的集成创新，是建造方式的深刻变革。（2）通过“智能+”，提升建造质量和建造产品的品质，实现建造行为精益优效、节能降污，提供安全、绿色、舒适的建造产品。（3）应充分利用智能技术和相关技术，实现建造技术的提升，以BIM 技术为核心，将物联网、大数据、人工智能、智能设备、可信计算、云边端协同、移动互联网等新一代信息技术与勘察、规划、设计、施工、运维、管理服务等建筑业全生命周期建造活动的各个环节相互融合，全面提升建造技术的水准。（4）采用智能系统，实施人机协同的施工，通过大数据和人工智能算法，建立智能建造控制平台作为控制大脑，根据信息分析进行判断和决策;构建泛在感知和5G 系统作为神经系统，感知信息和传达信息;基于人机协同环境，制定施工技术方案;智能装备、自动化机械和人协同工作，实现建造控制系统的各种指令;最终，实现具有信息深度感知、自主采集与迭代、知识积累与辅助决策、工厂化加工、人机交互、精益管控的建造模式。

二、智能建造关键技术

智能建造即数字技术与工程建造系统深度融合形成的工程建造创新发展模式，其技术体系主要由人工智能、云计算、大数据、BIM等技术支撑搭建而成。

1、人工智能技术。人工智能简称AI，是二十一世纪三大尖端技术之一，研究内容包括：机器学习和知识获取、知识处理系统、智能机器人、自动推理和搜索方法、计算机视觉等。建筑行业中人工智能技术应用已经比较广泛，比如人工智能技术已在建筑工程管理中的施工图生成和施工现场安排、建筑工程预算、建筑效益分析等环节应用，目前比较流行的基于C/S环境开发的建筑施工管理系统，涵盖了施工人员管理、施工进度管理、分包合同管理等方面，使工程管理工作得到了进一步的细化。未来建筑机器人将成重要的建造辅助工具，代替人工完成高层作业等高风险作业任务。

2、大数据技术。从建造之初的规划、设计到后期的运营等过程中，会产生大量的造价、材料、建筑、工艺等方面的数据，各类数据集合使得建筑行业本身成为一个庞大的数据载体，大数据技术的核心价值即在于挖掘数据潜在价值，为建筑决策提供真实可靠的数据依据。比如在规划阶段，大数据可以根据建筑周边人口密度、人口分布、人口流向等方面，合理划分出商业、住宅等功能区域，作为建筑选址的有力依据;在运维阶段，借助大数据分析则可实现预测、预警、规划和引导，使建筑设备保持安全使用，建筑环境舒适度得到调整。

3、BIM技术。BIM是以三维数字技术为基础，集成工程设计、建造、运维等项目全过程各种相关信息的工程数据模型。BIM技术是建筑业从二维向三维、从图形向数据转换的一次重大技术革命。相比传统的设计和施工建造流程，信息化模型能有效控制建设周期、减少错误发生。而从长远利益看，BIM技术应用的好处则远不止设计和施工阶段，还会惠及将来的建筑物运行、维护和设施管理。对工程的各个参与方来说，可减少错误、缩短工期、降低建设成本。目前BIM技术主要在施工阶段应用较多，主要内容有：三维模型渲染，VR宣传展示;模拟施工方案;错漏碰缺检查，减少返工率等。未来BIM将在设计和运维阶段中发挥出新的作用，比如BIM与GIS技术、BIM与VR技术的集成应用，将为建筑设计带来更丰富的维度信息。

三、工程建设管理中智能建造技术创新应用

随着科技的快速发展，人工智能、物联网及大数据等先进技术应运而生，其凭借更为广泛的应用环境而被各领域及行业所吸引。在这种背景下，建筑行业也在先进工程建造技术中引入新一代技术，设计构造智能建造技术并应用于工程建设管理之中，以推动工程建设各阶段工作更为高效地开展。

1、勘察设计阶段创新应用。工程建设开展前，建设方首先需要聘请专业勘察机构组织开展工程地质勘察，然后根据勘察结果进行相应工程设计。在开展勘察工作时，相应人员需要进行工程地质测绘、勘探、物探、资料内业整编、图表和勘察报告绘制等工作;在开展设计工作时，工作人员需进行方案设计、初步设计和施工图设计。随着智能技术的不断涌现，勘察设计人员能够在开展具体工作时将最新智能技术应用于地质勘察、数据收集分析及设计优化之中，增强勘察设计准确性及全面性。一是深層地质探测。借助雷达等先进探测技术，可以对地质构造和地形条件复杂地区的施工地质状况进行深层探测，对矿物、水文、地质、地形等环境信息自动扫描识别和存储。二是遥感大数据智能解译。基于勘测大数据和遥感观测数据，对施工区域海量的多维度勘察信息进行智能分析，实现有用设计参考数据的快速提取和勘察数据的自动分类等。三是BIM优化设计。利用BIM与GIS集成技术，使BIM模型兼具地理空间数据，经过轻量化融合处理，为线路、桥梁等空间关系复杂的工程设计方案，提供更好的场景化体验和数字化分析工具。

2、施工建造阶段创新应用。施工图设计完成并通过审核后，业主方需聘请专业团队开展具体施工作业。在此阶段，施工团队需合理规划场地布局，准确设计各分项工程建设规划，组织协调物资调控，并对整体工程建设进行全面管控。随着智能技术不断涌现，施工方可充分利用其进行场地布局优化，加强建设物资管控，并对建设过程进行全流程管控。一是基于BIM的场地布局优化。利用BIM模型进行现场施工场地平面布置方案的有效模拟验证，通过模拟过程分析方案的可实施性，预先发现方案中的问题，在方案实施之前将一切不合理的隐患问题排除，合理安排加工场地、生活区、各种临时设施等功能区的位置，模拟选择出最优布置方案，确保施工的顺利进行。二是基于物联网技术强化材料管理。物联网的RFID技术能够快速、实时、准确采集与处理建筑材料信息，将电子标签或RFID芯片在生产阶段植入构件或原材料，采用RFID电子标签的阅读器在材料运输、进场、出入库时对其信息快速读取，并通过物联网进行跟踪和监控，使原料管理更为便捷、准确。三是基于人工智能的作业管理。将人工智能感知系统、可视化监控系统及BIM技术相结合，对施工现场安全隐患和险情进行实时监控，完成智能安全监管及处置;对重点部位自动三维建模，判断工程进度情况，提升工程项目的进度管理，实现工程进度的智能化监控。

3、运营维护阶段创新应用。工程项目建设完成并交付使用后，业主方需要组织开展设备的维护保养，所属区域内卫生、安全的保持，基础设施的维修管理等工作。在智能技术加持下，业主方能够充分利用技术远程监督基础设施及各类设备运转状况，全面监督区域内人员流动情况，从而及时发现存在风险并作出预警。基于大数据与云计算的智能管理平台是该阶段智能建造技术的主要应用成果。基于物联网感知、视频多媒体、BIM、GIS等各类信息，智能检索与实时分析运维阶段海量数据信息，深度挖掘数据参考价值，为运维过程优化和决策提供信息辅助。基于云计算技术，对环境、安全、设备、人员等多维多级建筑运维信息进行云端存储、快速计算、优化处理等操作，为运营单位提供监测、预警等全方位决策分析支持，提高运维和管理效率。

四、智能建造技术发展展望

建筑业是我国国民经济的支柱产业和重要引擎，我国建筑业也迫切需要制定工业化与信息化相融合的智能建造发展战略，深入推进人工智能技术与工程建造技术的深度融合，强化智能建造的基础共性技术、关键核心技术和卡脖子技术的研发。目前智能建造中长期发展战略缺失，智能建造技术体系尚不完整，技术路线图还不清晰，关键和共性技术研究成果及已开发的智能化建造产品尚不能满足向市场广泛推行应用的条件。需要对智能建造做出科学布局，制定和出台中长期发展实施规划，全面布局智能建造的技术规范和标准，加强应用基础研究，为智能建造提供理论技术支撑，做好政策引领、科技支撑、关键技术、工程应用四个层面的顶层设计，构建开放协同的智能建造创新体系和应用环境。

在建造信息技术方面，充分发挥BIM 技术核心作用，以三维数字技术为基础，建立工程项目规划、勘察、设计、建造、运维、废弃的全生命周期协同与互用的信息模型和建造平台;拓展BIM 的外延应用，将BIM 技术与三维扫描、构件部件的工厂化生产、增材制造、虚拟现实（VR/AR）、大数据、云平台、物联网、人工智能、GIS、智慧城市的深度整合，构建工程建造的数字孪生世界;強化BIM 数据底层数据研究，研发国产自主可控的BIM 技术与软件，避免国外封锁引起的卡脖子现象;高度重视建造信息安全，推动区块链等新技术的集成与创新应用，构筑建造信息安全的防火墙。在建造智能理论跨学科、应用基础研究方面，应加快工程活动认知规律的理论、方法和技术的研究，推动基于工程建造场景的案例推理、分布式人工智能、多源数据挖掘的技术攻关，研究工程建造的智能规划、智能设计、智能生产、智能施工和智能决策的关键技术。

在新材料、新结构、新装备等方面，研发高性能、轻质和高耐久的混凝土;研发高强、高塑性和高韧性的建造钢材;研发具有自我诊断、破坏预告、自我调节、自我修复以及可重复利用的智能建造材料;基于工程建造需求，面向传感、驱动、修复和控制四大功能，研发光导材料、压电材料、电（磁）流变液、形状记忆材料、磁致伸缩材料、智能高分子材料;研发网络化、智能化的摄像头、RFID、激光扫描仪、红外感应器、无人机等建造感知设备;大力发展具备人机协调、自然交互、混凝土3D 打印机等建筑机器人技术;进一步提升混凝土泵送机、自动升降机、自动盾构机等的自动化与机械化水平。在施工现场方面，研发构件部件工厂批量生产、现场拼装的施工技术和施工方法;推进工艺流程数字化和建筑机器人应用;研发各种面向人机协同的建造场景的施工方法、施工技术建设智慧工地，实现建造工地的智能管控，积极开展智能建造技术研发和实践。

五、结语

智能建造技术的各项人才短缺问题已经极为严重，智能建造包含的各项技术的高端人才极为匮乏，严重影响了我国智能建造技术的应用及发展。建筑行业已经开始了新的技术革命。在信息时代的发展过程中，一个结合信息技术的建筑行业正在形成，越来越先进的信息技术为建筑行业创造更加高速发展的平台，这些最新的智能建造技术将设计、施工、管理等各方数据整合起来，形成一种新型建筑方式，为建筑施工过程和运维过程的信息化、智能化的转型，提供了强有力的技术支持，有利于更好、更加全面地发展智能建造技术。

参考文献：

[1] 熊剑，汤浪洪，程万鹏.物联网技术在现代智能型建筑中的运用分析[J].四川建筑，2020，40（01）：41-42.

[2] 罗毅.3D 打印建筑的应用与发展前景[J].深圳职业技术学院学报，2020，19（01）：34-39.

[3] 曾波，朱洁，杨文博.BIM 技术在大型城市综合体工程智能建造中的应用[J].建筑施工，2019（06）：05.

[4] 施骞，黄遥，陈进道.大数据技术下重大工程组织系统集成模式[J].系统管理学报，2018，27（1）：16.

[5] 李颖，李佳玉.我国物联网产业技术研发效率动态评价[J].科技管理研究，2018，36（6）：75-78.