智能建造应用热点及发展趋势.docx

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1、1、智能建造的演变与分类在我国，20世纪70年代末，计算机开始应用于建筑工程的结构计算中；80年代，建筑行业开始应用计算机辅助设计(CAD)技术；90年代，计算机开始用于建筑施工管理。止匕外，作为人工智能的分支，专家系统开始在建筑行业中应用；而计算机应用在建筑运营维护管理中则是从21世纪开始。从广义上讲，计算机系统若拥有人类具有的能力，并用于取代人或减少对人的需求，则可以称之为智能化系统。一般感知、识别、记忆、理解、联想、感情、计算、分析、判断等都是人类才具有的能力，因此全部拥有或部分拥有这些能力的系统都可以称之为智能化系统，而若在建造过程中采用了智能化系统则可以称之为智能建造。从这个意义上讲

2、，按照与人的能力的对应关系以及所应用的智能化系统的深度，智能建造可以分为以下4类。(1)计算智能类。是初步的智能建造，起源于20世纪80年代对计算机计算能力的利用，体现为在建筑设计中应用CAD技术进行设计计算、分析和绘图。利用计算机出色的计算能力，设计人员可在短时间内针对建筑进行各种分析，大幅缩短设计周期，提高设计质量。(2)分析智能类。是中级的智能建造，起源于20世纪90年代对计算机分析能力和判断能力的应用。主要特点是在系统中针对人工录入的信息，按照一定的模型进行分析，其结果用于辅助决策。体现为在企业管理及施工管理中，利用信息系统中已录入的数据，进行数据统计等分析，用于辅助决策，也包括一些自

3、动化设备，如早期的建筑机器人。(3)联想智能类。是当前较高级的智能建造，起源于20世纪90年代的GIS技术，以及进入21世纪以来BIM技术在建造过程中的应用，这使得计算机系统可以用于记忆带有语义的空间信息，不仅能使系统直观地展示设计结果、生产和施工过程以及运维管理操作空间，而且能使系统进行空间分析和工程量计算。这类应用相当于人的联想和计算能力在计算机系统中同时得到实现，可用于虚拟建造和精细化管理。(4)综合智能类。是当前较高级的智能建造，起源于过去10多年来对计算机多方面能力的综合应用。信息一般采用传感器自动采集，通过软件系统进行大数据分析，或利用大数据进行人工智能学习，例如机器学习和深度学习

4、。如果包含硬件系统，一般还具有实时控制功能，如施工安全检测系统、施工机器人系统、集成化施工平台等。甚至可以与GIS技术、BIM技术以及三维激光扫描技术相结合，实现更具真实感的人机协同和更高水平的管理。2、智能建造应用热点建造过程一般包含设计阶段、生产阶段以及施工阶段。另外，因为运营维护阶段的维护工作也包含设计、生产和施工等环节，也可将运营维护阶段(简称运维阶段)纳入建造过程。因此，按阶段划分，智能建造可划分为智能设计、智能生产、智能施工以及智能运维等方面。在每个方面都已经形成了一些应用热点。此外，智能装备和建筑产业互联网作为智能化系统，为上述方面的两个或多个所共有，并且本身已经成为应用热点，所

5、以在以下应用热点阐述中单独列出。2.1、智能设计目前，依据设计特征，智能设计的应用热点可分为标准化设计、参数化设计、基于BIM的性能化设计、基于BIM的协同设计以及BIM智能化审图等5个方面。(1)标准化设计。包含设计元素标准化、设计流程标准化、设计产品标准化。目前有相当一部分建筑类型已经实现或正在实现标准化设计。以住宅设计为例，标准化户型、标准化空间、标准化装修等设计与管理流程的标准化已得到大量应用。(2)参数化设计。指用若干参数描述几何形体、空间、表皮和结构，通过参数控制获得满足要求的设计结果。在建筑领域，参数化设计应用范围非常广泛。不论是国家体育场、上海中心大厦、北京大兴国际机场等重大项

6、目，还是异形小艺术馆、售楼处等都有应用。(3)基于BIM的性能化设计。利用BIM模型，建立性能化设计所需要的分析模型，并采用有限元、有限体积、热平衡方程等计算分析能力，对建筑若干方面的性能进行仿真，以评价设计项目的综合性能。主要应用在建筑室外环境性能化设计、建筑室内环境性能化设计、结构性能化设计等设计环节。(4)基于BIM的协同设计。以BIM模型及承载的数据为基础，实现依托于一个信息模型及数据交互平台的项目全过程可视化、标准化以及高度协同化的设计组织形式。典型应用场景包括：专业间协同，即在设计的各个专业之间，通过专业间智能提资进行协同的方式，如建筑结构模型转化、机电管线智能开孔与预留预埋等促进

7、专业间协同；跨角色协同，即在工程项目内，借助BIM的数模一体化和可视化优势，各参与方以统一的设计数据源为基础，以可视化的方式开展全参与方的设计交底，各参与方围绕设计模型开展成果研讨。(5)BIM智能化审图。通过智能化系统，自动判别或辅助人工判别BIM模型中的设计信息与国家标准之间的符合情况，以及部分刚性指标的计算机智能审查，通过快速机审与人工审查协同配合，提高审图效率。目前在湖南、广州、南京等地已有实际应用。2.2、 智能生产智能生产是智能建造的核心。其主要任务是通过应用智能化系统，实现相关制造资源的合理统筹，并通过数据技术驱动智能设备，实现建筑部品或部件的工业化制造。智能生产包含以下4个方面

8、。(1)基于BIM的部品或部件深化设计。进入生产阶段时基于施工图、应用BIM技术所进行的详细设计。部品或部件深化设计的主要内容包括：确定安装专业的部品或部件分段分节方案、起重设备方案、安装临时措施、吊装方案等。另外，满足土建专业的钢筋开孔、连接器和连接板、混凝土浇筑孔、流淌孔，机电设备专业的预留孔洞以及幕墙和擦窗机专业的连接等技术要求。(2)智能化部品或部件生产管理。通过智能化系统将企业的设计、生产、管理和控制的实时信息引入企业的生产和计划中，实现信息流的无缝集成，优化产品数据管理、生产计划与执行控制，提高管理水平。(3)智能化部品或部件存储与运输管理。主要是在部品或部件从成品库存到施工现场之

9、间，对车辆派送、路线、跟踪、监控等全过程进行专业化、数字化管理，实现物流全过程的自动化、网络化和优化。例如可通过管理平台规划部品或部件的发运顺序，结合建设项目部品或部件的安装计划时间、待发货状态的库存部品或部件、运输车辆的运输空间和载重、项目地址、工厂地址、运输费率等信息，通过算法计算最合理的运输计划、运输线路、运输费用。(4)无人生产工厂。指全部生产活动由计算机进行控制，生产一线配有机器人而无需配备工人的工厂。这种工厂生产命令和原料从工厂一端输入，经过产品设计、工艺设计、生产加工和检验包装，最后从工厂另一端输出产品。所有工作都由计算机控制的机器人、数控机床、无人运输小车和自动化仓库实现，人不

10、直接参加工作。2.3、 智能施工智能施工主要是通过应用智能化系统，实现施工模式的转型升级。智能施工主要包括智慧工地、智能化施工工艺、装配式混凝土建筑智能化施工3个方面。(1)智慧工地。以一种更智慧的方法改进工程项目各干系组织和岗位人员的交互方式，以便于提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。智慧工地应用包括对工地的人员、施工机具、物料、施工方法、环境的智能化管理。目前在我国已有多个地方的建设主管部门要求在重点工程项目中实施智慧工地应用。(2)智能化施工工艺。在满足工程质量的前提下，实现低资源消耗、低成本及短工期，最终获得高收益等目标，主要包括基于BIM的钢筋翻样和智能化加工、整体预制装配式机

11、房智能化施工、集成厨卫智能化施工等。(3)装配式混凝土建筑智能化施工。装配式混凝土建筑是指以工厂化生产的混凝土预制构件为主，通过现场装配的方式建造的混凝土结构类房屋建筑。通过装配式建筑智能化施工，可实现节能、环保、节材的目标，建筑品质好，施工工期短，后期方便维护。2.4、 智能运维智能运维是通过应用智能化系统，进行建筑实体的综合管理，以便于为客户提供规范化、个性化服务。目前智能运维主要包含以下5个方面。(1)智能化空间管理。针对不同的建筑空间，结合具体的需求场景进行立体化、虚拟化、智能化管理与应用，打造与整体建筑可感、可视、可管、可控的立体交互情景，形成一套完整的新型空间管理方式；面向的用户可

12、能为大众，也可能为商户、物业管理方、空间权属方等。例如，针对商超、医院、园区等，已实现室内定位与导航、智慧停车、反向寻车、功能空间电子指引、虚拟全景空间展示等应用场景；针对家居空间已实现智能家居、虚拟装饰等应用场景；针对商户、物业管理方、空间权属方，已实现智能化楼宇运营、楼宇设备维护、楼宇资产管理、设备远程巡检等应用场景；针对物流仓储业、智能制造业，已实现智能仓储、智能流水线、智能物流调度等应用场景。(2)智能化安防管理。安防管理针对防盗、防劫、防入侵、防破坏等方面开展管理工作，保护人们的人身财产安全，为人们创造安全、舒适的居住环境。智能化安防管理通过应用智能化系统，对传统的安防工作进行提升,

13、当出现异常或危险状况时，能够自动识别，通知管理人员，必要时进行报警；可严格控制人员出入；高效开展对巡检人员的管理工作，确保巡检人员能够按时、按路线完成巡检工作。(3)智能化设备管理。设备管理对设备的物质运动和价值运动进行全过程的科学管理，提高设备综合效率。智能化设备管理对传统的设备管理作了两方面的提升，即设备的智能化，使设备具备感知功能、自行判断功能及行之有效的执行功能；管理的智能化，通过智能化系统的使用，提高设备管理效率。(4)智能化能源管理。通过应用智能化系统，支持对楼宇内的所有能源，包括热水、冷水、电、燃气等的消耗情况的高效查看、分析，实现对楼宇内能源消耗情况的高效掌握，并在不影响正常经

14、营活动的前提下，为通过节能设计进行节能改造，降低楼宇内的能耗，实现设备高效率、低能耗运行提供有效支持。(5)智能化巡检管理。通过应用智能化系统，支持定期或随机流动性的检查巡视，包括检查建筑、设施设备、人员及环境情况，及时发现异常及问题，及时汇报并处理，实现对巡检数据的采集及分析，以及巡检全过程的可视化、规范化和网络化。2.5、 智能装备智能装备是用于建造过程的智能化硬件系统。与建筑工程相关的智能装备主要包含智能模架系统、3D打印设备、建筑机器人等3个方面。(1)智能模架系统。我国早在20世纪70年代初，就自行研制了倒链式爬升模板,80年代又研制成功了应用液压千斤顶式爬升模板。80年代末、90年

15、代初，我国首次提出整体钢平台模架装备理念，并自行研制了内筒外架整体爬升钢平台模架，成功应用于上海东方明珠电视塔等工程。90年末2000年初，整体钢平台智能模架装备不断发展和完善，先后研究开发了临时钢柱支撑式整体钢平台模架、劲性钢柱支撑式整体钢平台模架两种模架装备。目前，智能模架装备已广泛应用于超高层建筑、电视塔、桥墩、水塔、大坝、筒仓、烟囱等领域。(2)3D打印设备。该技术于2004年提出。3D打印设备可实现设计与成型一体化，如可以按照设计要求打印不规则墙体结构，与传统建筑物建造方式相比，可降低材料、设备及人工等成本，显著提升建造效率，缩短工期，做到节能减排。(3)建筑机器人。1982年日本开

16、发的一台耐火材料喷涂机器人，被认为是首台建筑施工机器人。1994年和1996年，德国分别设计制造了墙体砌筑机器人和混凝土施工机器人。2014年，新加坡开发了地瓷砖铺设机器人。建筑机器人适用于建筑行业各种恶劣的环境，如安装外墙干挂石材及铺设钢筋混凝土预制板等高危险、重体力的施工。虽然我国建筑机器人研究起步较晚，但在政府、高校、科研院所、企业的共同努力下发展迅速。特别是近几年，有大型房地产公司投入巨资研究开发系列建筑机器人，并取得了很大的进展。2.6、 建筑产业互联网建筑产业互联网是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通过对建筑产业大数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现供应采购、协同设计、智能生产、智能施工、智能运维等生产和组织方式变革，对接融合工业互联网，形成全产业链融合一体的智能建造产业和应用生态。按照智能建造主要过程和现阶段平台实际发展应用对象划分，主要包括企业