面向智能建造的数字化施工方案的实现

何俊杰, 王钟箐

(成都大学, 四川成都 610000)

0 引言

建筑业作为支撑国民经济的支柱产业,为我国经济的快速发展提供了坚实的基础。当前建筑业的生产方式仍旧比较粗放,与高质量发展要求相比还有很大差距[1]。

当前世界信息技术蓬勃发展,建筑行业也应当把握时代发展的脉络,大力发展建筑行业信息化、智能化,通过不断发展与运用智能建造技术,实现建筑行业的转型升级。纵观建筑行业的发展,它给人民的生活和生产带来了巨大的改变。从机械化到工业化,再到如今的信息化,工程施工建造技术出现了巨大的飞跃。目前,信息产业的蓬勃发展,将为建筑行业的技术发展和科技创新注入巨大的能量。

1 智能建造的概念及特征

智能建造是信息化、智能化与工程建造过程高度融合的创新建造方式[2]。智能建造将信息技术与建筑行业深度融合,通过将信息技术融入建筑行业生产全过程,构建集科研、设计、生产、施工、运营于一体的全产业链智能化体系,实现建筑工业化、信息化、智能化的转型升级。

传统的建筑建造方式存在生产粗放、劳动效率低、要素投入大、资源消耗大等问题,而智能建造的优点可以合理地解决这些问题。

(1)智能化。智能建造的关键特征便是智能化。建设工程拥有大量的工程信息,智能建造能够更好地储存和利用这些数据,实现数据的快速分析和利用。

(2)可视化。智能建造技术的可视化,使建筑信息不再仅以文字方式展现,而是通过信息技术转化为可视化模型,实现建筑信息形象化、简约化展现,对实际工程建设提供模型演示与预判。

(3)集成化。利用计算机技术,实现建筑项目资源要素及信息的高度集成,便于全面分析与评估工程项目的建造与实施。

(4)可持续性。智能建造作为一种新型的施工建造方式符合可持续发展的理念,将可持续性融入项目建设过程。利用信息技术能够实现资源的合理分配,减少生产要素的浪费。实现绿色建造,促进建筑行业的可持续发展。

2 施工方案数字化

2.1 施工方案组成

施工方案是以单位工程中的分部(分项)工程或专项工程为主要对象编制的施工技术与组织方案,用以具体指导该分部(分项)工程或专项工程的施工过程[3]。

施工方案的编制内容包括:编制依据、工程概况、施工部署、施工工艺、工艺质量要求、质量保证措施及安全文明施工措施等。对于指导实际施工具有重要作用。

2.2 施工方案数字化定义

施工方案通过各种生产要素的投入以及约束要素的控制,以指导工艺流程的一系列活动。施工过程中的生产资源投入是指劳动力、材料、施工机械、资金等的投入与使用[4]。约束要素是指施工过程中需要遵守的各种控制条件,包括施工图纸、设计规范、技术路线、安全措施、环保要求等各种内容。

数字化是指利用计算机集成三维模型来表达产品定义的信息[5]。施工方案数字化通过运用信息化技术将施工流程中所涉及的生产要素集成在构建模型中予以表达。通过计算机技术完成施工全过程模拟,实现施工方案的可视化讲解,对于提高施工阶段的效率、成本管控、资源配置以及质量管理具有重要作用。

2.3 施工方案数字化过程

2.3.1 建立信息库

首先需要对施工方案中施工工艺进行细致的分解,提取出施工流程包含的要素信息建立信息库。信息库的内容一般包括标注和属性两大部分。标注信息(规格、注释、符号)等可直接在视图模型中设置要素信息,属性(材质种类、工艺技术、规范标准)等集成在模型中需要通过计算机技术查询与利用包含的信息。信息库如图1所示。

图1 信息库

2.3.2 工艺流程信息表达

2.3.2.1 关键帧技术

帧是视频影像中的单幅画面,一帧一副静止画面,多个连续的帧就形成动画。关键帧是某一时间点下的物体状态,要想表现物体动态变化的过程,则需要多个连续关键帧来实现。

2.3.2.2 基于关键帧技术的立体交互视图创建

创建立体交互视图主要包含工艺要素分析、编辑关键帧2个部分。工艺要素分析主要包括分解工艺流程、梳理施工技术要点等;关键帧编辑包括导入及处理模型、设置关键帧、对照工艺要素与模型等,如图2所示。

图2 立体交互视图

2.3.2.3 工艺动画编制

依照分解的施工工艺流程,在时间轴上通过关键帧的设置,灵活添加音频、位置、动画、属性等,实现施工工艺的讲解与动态变化,通过添加相机动画实现视图的切换,更有利于动画流程的展示。

2.3.3 施工方案数字化框架

根据项目施工方案,对施工工艺进行分解,细化工艺流程。对施工工艺流程进行合理分解可以加强对整个施工过程的掌握与控制。通过创建立体交互视图和工艺动画编制可以使纸质化的施工方案化繁为简,便于利用。通过计算机技术进行可视化模型输出,对于工程交底与指导施工过程大有裨益。图3展示了施工工艺数字化流程。

图3 工艺流程数字化框架

3 实际工程应用

本文以某工程的预应力高强混凝土管桩基础为例。运用BIM-FILM软件结合承台施工方案说明数字化创建流程。

3.1 施工工艺流程分析

承台施工的典型工艺流程为测量放线、承台开挖、桩头处理、垫层浇筑、砖胎模砌抹灰、铺防水层、防水保护层、钢筋绑扎、承台浇筑等,工艺流程如图4所示。

图4 承台施工工艺流程

基于承台施工方案的典型工艺流程,对各工序进行分解,梳理技术要点。如图5所示。

图5 承台施工典型工艺流程细化

3.2 立体体交互视图创建

3.2.1 工艺要素与视图模型对照

以承台钢筋绑扎视图为例,当前视图中构建模型为施工工艺流程所对应模型。通过注释的方式,表达钢筋绑扎过程中的技术要点,实现工艺要素与视图模型的映照,如图6所示。

图6 承台钢筋绑扎关建帧

3.2.2 设置动态视图

根据细化的施工工艺流程,设置多个连续的关键帧。通 过关键帧,调整与控制视图中构件的状态,通过编辑与变更施工流程视图中构件模型的状态,实现工艺流程的动态变化。

通过添加各种施工动画,控制构件在各时段的位置、状态,表达动态的模拟施工过程。图7通过多个连续视图说明钢筋绑扎的工艺内容。

图7 承台钢筋绑扎动态变化

4 总结

本文探究了智能建造技术在施工阶段的应用,结合具体施工方案实现数字化模拟。对指导实际施工,实现施工阶段的质量管理、成本控制、进度管控具有重要意义。

随着信息技术的发展,建筑行业也迎来了新的变革。当前建筑行业与信息技术紧密结合,构建涵盖设计、生产、施工、运营为一体的智能建造产业平台,为建设项目整个生命周期提供智能化、数字化服务,更有利于建筑行业的高质量发展。