智能建造在土木工程施工中的应用

任方正

（信阳职业技术学院，河南 信阳 464007）

1 引言

我国目前正处在社会主义现代化建设阶段，社会和经济都在向高质量发展迈进，为了满足国家战略目标的发展需求，各种产业都要进行自主创新、产业升级，实现高质量发展。土木工程是社会基础设施建设、工业建筑等发展的基础，促进其高质量发展是必然要求。智能建造是多种科学技术结合在一起的综合体，其中包括BIM、GIS、物联网、人工智能、3D 扫描等先进技术，如果能将智能建造有效地运用到土木工程中，将会促进其产业升级、推动社会基础设施发展、提高工程效率和质量，并为其带来新的发展机遇。

2 土木工程与智能建造发展现状

2.1 土木工程发展现状

土木工程是诸多建造类技术的总称。它包括所使用的材料、设备和运用的地形勘测、建造设计、项目施工、建筑保养、设施维修等技术。土木工程的建设对象是为人类生活、生产服务的各种工程设施，如住房、交通、工厂、航空、军工等，可见，土木工程与生活密切相关，对社会的发展至关重要。随着我国建设现代化工业强国和社会经济向高质量转型的步伐加快，传统土木工程显露出了诸多问题。

2.1.1 资源消耗大土木工程大多涉及大型工程项目，对资源的需求量极大，随着全球能源危机的逐步逼近，这个问题也越来越突出。另外，我国实行可持续发展理念，迫使土木工程进行产业升级、技术创新，寻找新的技术和发展机遇。

2.1.2 勘测技术落后

以往的传统勘测技术需要人力进行实地考察，设备比较沉重。如果是对复杂地形的勘测，则需要消耗勘测人员大量的时间和精力，而且勘测起来十分困难，必须经过多次勘测校准。另外，以往的勘测技术数据收集和数据分析通常是分开进行的，数据收集是在勘测所在地进行，而数据分析则是在实验室中进行，这也会在一定程度上耗费大量的时间和人力资源。因此，寻求勘测技术的新突破非常重要。

2.1.3 工程规划难以适应新时期需要

以往的工程规划往往只注重最终结果，很多工程为了追求经济效益而忽视生态环境，而现在我国实行了“绿水青山就是金山银山”“宁要绿水青山，不要金山银山”的绿色环保的可持续发展战略，要求工程规划的施工过程和工程规划结果同等重要。因此，工程规划必须在不破坏原有生态环境的前提下进行。

2.1.4 工程设计方式需要创新

土木工程设计工作量非常大，传统的工程设计仅依靠人工完成，难免会出现纰漏，如果能够利用先进的科技手段辅助校准，就可以大大节约设计人员的时间和精力，提高设计的精度和准确性。

2.1.5 工程效率低、周期长

随着社会经济水平的提高和我国工业现代化的发展，土木工程的施工规模日益庞大，施工类型越来越复杂。如果一直坚持采用传统的施工方法，则会导致施工效率低下，而且项目竣工所需要的时间也很长，很难与社会快速发展的需要相适应。

2.2 智能建造发展现状

智能建造是面向国家的战略需求和建筑业的升级转型，能够掌握与计算机相关的开发语言，又能利用现代化手段进行智能测绘、智能设计、智能施工、智能运维管理等的新型技术。目前，智能建造这一类专业技术正在迅速发展之中，这将成为土木工程行业历史性变革的新技术革命，为土木工程提供全新的发展机遇。随着BIM、GIS、物联网、人工智能、3D 扫描等先进技术在土木工程中的应用，一个全新的智能化建造时代将对城市建设产生深远影响。另外，我国对于智能建造技术的发展非常重视，出台了很多相关规定予以大力支持。

3 智能建造的特点

智能建造可运用在土木工程的范围很广，它贯穿整个项目从设计到建筑最终使用寿命的全过程。它是在土木工程建造的基础之上，加以现代化科学技术支撑，其技术涵盖了BIM、GIS、物联网、人工智能、3D 扫描等，通过智能化管理模式对整个工程项目进行实时监测、分析、控制，从而实现土木工程产业的智能化、自动化和系统化以及高效率、高质量完成。

3.1 对工程项目全方位监测

全方位监测就是利用各种传感器、监测设备收集工程项目所涉及的建设材料、建设进度、危害因素等信息和数据，再利用先进的数据分析设备进行分析。智能建造对工程项目的全方位监测能使项目管理人员和技术人员实时获取相关建造信息，从而实现对建造过程每一环节的精准监测。

3.2 实时分析控制

实时分析控制就是利用对工程项目全方位监测所收集到的信息、数据进行实时分析，并实施或提供控制方案。将分析结果与AI 技术相结合，自动识别行业建造标准和规范，从而实现对工程项目的控制，可以节省管理人员和技术人员大量的时间和精力。

3.3 智能化自动优化

智能化自动优化使智能建造具备类似人的“学习”能力。通过提取自身过去的“经验”，即对以往储存数据信息的提取，将其作为参照，与现阶段收集的数据信息进行对比，对存在的问题进行优化并储存，在工程项目的改进方面大大解放了技术人员。

4 智能建造的应用

智能建造技术种类很多，本文主要介绍BIM技术、GIS 技术、物联网技术、人工智能技术和3D 扫描技术在土木工程中的应用。

4.1 BIM 技术应用

BIM 技术应用即建筑信息模型，是将现实中的工程项目及设施建设转化成数字化的表现形式，其通过三维模型的形式呈现整个工程项目和设施，使技术人员能以宏观的视角对工程进行观测。另外，BIM 技术在将工程项目数字化并以三维模式呈现的同时，还会建立起有关整个工程项目的数据库，技术人员可通过此技术查看项目施工过中的任一环节，帮助技术人员了解、预测可能出现的问题。它是智能建造技术的一个重要组成部分。

4.2 GIS 技术应用

GIS 是地理信息系统的缩写。GIS 技术以地理的空间结构为基础，利用地理模型分析的方法，可提供工程项目环境中的地形、线路、其他建筑物等地理信息，其工作是实时的，动态的，并通过空间分析等手段对空间地理数据进行处理。其应用范围，如可将GIS 技术与BIM 技术所建立的工程项目数据库相结合，通过对三维模型展现的地理空间信息进行分析，帮助BIM 更好地完成三维模型，为工程管理人员和技术人员提供更优质的施工地点方案。另外，GIS 技术对于可能发生自然灾害的施工环境、存在危险因素的地下工程项目有着重要作用，可进行灾害预警预报、灾情动态监测、灾害诱发因素分析、灾害调查监测、灾害评估等。

4.3 物联网技术应用

物联网技术借助信息传感设备将物体与网络相连接进行信息交换和通信，可实现智能化识别、定位、监管等功能。

（1）在人员管理方面，将工作人员的穿戴设备注册联网进入项目管理系统，对员工的身份进行识别管理，并对危险情况进行预警等。（2）在施工设备方面，对设备的运行状态进行实时监控，并可以远程操控，对可能出现的问题及时发出预警。（3）在施工环境管理方面，可以起到风险预测作用，对存在的职业病危害因素、环保等进行实时监测，及时预警，降低危害。（4）在施工质量调控方面，物联网技术可以通过实时监测，如钢材强度、混凝土调配比例密度等，将其与国标参数进行对比，实现实时监控，控制质量。

4.4 人工智能技术应用

人工智能技术利用智能化的数据计算分析，通过信息技术人员设定好的算法，对工程项目进行智能监控、优化，及时发现存在的问题并提供解决方案。人工智能技术可与BIM、GIS 等技术相结合，在工程管理人员和技术人员设计好项目建设计划后，将其转化为数字信息，通过BIM 三维模型展现对项目进行模拟；人工智能技术在BIM 存储数据和GIS 分析数据上进行模拟分析，并对施工环节以及项目的可行性进行检测，提供相关建议、方案，从而优化项目设计，节省工作人员的大量时间和精力，避免资源浪费和工程出现问题。在质量管理方面，物联网技术相似，人工智能技术在其对设备的实时监测基础上，通过各种数据分析、参数对比控制质量，并自动化、智能化地针对问题进行改进、操作，在一定程度上代替人的工作。在工程预算方面，人工智能技术可以通过对项目施工的模拟，计算出所要消耗的资源量，结合施工成本人工费用，为项目竣工的总价提供参考。

4.5 3D 扫描技术应用

3D 扫描技术可利用仪器、软件对物体结构进行全方位扫描，并将其数字化转变，以三维模型的形式展示社会生活中诸多方面物体。3D 扫描技术具有非接触性、精度高、测量速度快、能够对物体内部进行勘探等特点。3D 扫描技术可用于土木工程中的质量检测、工程设计、进度监控等方面，可大大提高工程的施工效率。

在工程设计方面，3D 扫描技术可对之前通过BIM 技术建立的数据库三维模型进行进一步修正，在此基础上，对建造物体的精细结构进行深化设计，使模拟数据更加准确，减少误差。通过3D 扫描技术，可使技术人员对环境和建造物的内部情况更加了解，从而使设计更加科学、完善。3D 扫描技术可实时监测结构性工程设计，及时发现安全隐患，帮助设计人员修改工程设计。例如，在隧道工程建设中，通过3D 扫描技术可对土层、岩层和地下水系进行实时监测，及时发现土层、岩层的变形情况，以便及时对施工设计进行调整；对于地下水系水位的及时监测可避免在施工过程中与地下水系联通，造成施工中断。

在工程质量检测方面，通过对施工现场进行3D 扫描，将所得到的数据模型与工程设计时的BIM 模型进行对比，从而检测出实际施工与设计拟定施工结果的误差，对误差及时作出调整，提高工程质量。3D 扫描技术可以对工程进行瑕疵检测，如建筑内部的气泡、裂痕，外部的保护层脱落情况，根据物质密度准确分析出存在的问题，方便工作人员及时更新维护。

另外，3D 扫描技术还可以对工程进度进行监控，实时查看工程进展情况，让施工人员从宏观角度来审视整个施工项目，有助于工作人员控制施工进度。3D 扫描技术获取建筑数字化模型数据和建模速度非常快，能够时时刻刻对施工现场相关数据进行记录、模拟呈现，可与BIM、GIS 技术模型对比，使工作人员能够借此分析施工情况以及下一施工环节的实施；3D 扫描技术也可与BIM 技术、人工智能技术相结，将工程分成多个详细的施工步骤，并计算所需资源用量，为工作人员提供施工参考和思路，可以节省大量的人力、物力和时间。

5 结语

随着人类科学技术的进步，未来将会面对许多重大工程，智能建造技术将会在土木工程中得到全面应用。如今，智能化社会的发展建设正在加快，从智能建造的发展现状和应用优势中不难发现，智能建造技术的应用可使土木工程取得技术性的进步、创新更多的建设方式，在保证工程高质量、高效率完成的前提下，为土木工程的发展提供无限可能。