摘要:BIM已在建筑行业得到深度应用,正在助力建筑施工走向智能化。介绍基于BIM的建筑施工智能化的研 究和开发现状及发展趋势。首先,界定信息技术在建筑行业中的应用发展阶段,阐述各阶段的特征,指出目前虽然 处于数字化阶段,但智能化应用已经开始。然后,综述基于BIM的建筑施工智能化的研究和开发现状。最后,展望 其发展趋势。
关键词:建筑信息模型;建筑施工;智能化;信息技术
建筑行业的数字化阶段特征是,行业普遍应用 信息系统,能够集成不同应用软件开发商开发的系 统,并开始应用功能更加全面、更加强大的集成化 系统。具体到建筑施工阶段,其特征是,系统的集 成度更高、功能更强,系统之间的数据传递不再依 赖人的介入,而是依据数据模型和数据标准自动进 行。例如,从设计系统得到的设计模型可以直接导 入到成本预算系统进行成本预算,其结果再导入到 施工项目综合管理系统进行项目管理。为此,施工 管理人员和作业人员的工作效率可以得到进一步 提高,信息孤岛基本消除。在该阶段,BIM技术发挥 重大作用。例如,基于BIM的系统可以直接利用设 计BIM模型,其提供的碰撞检查功能可用于提前发 现各专业构件和管线之间的碰撞,使施工过程免于 返工;而机电管线综合功能则可用于虚拟布置管 线,从而实现管线的合理布置及优化。
建筑行业的智能化阶段最大的特征将是人工 智能技术在行业中的广泛应用。人工智能技术将 带来工作少人化甚至无人化、决策最优化等优点。其中,BIM技术可以发挥重要作用。对行业智能化 现状的了解有助于把握其发展方向,加快其在行业 中的进一步研究和开发。
本文综述基于BIM的建筑施工智能化的研究 和开发现状及发展趋势。首先,对智能化和BIM技 术的核心内容进行阐述,为后续阐述奠定基础。然 后,通过总结应用情形,分析基于BIM的建筑施工 智能化的现状。最后,基于上述分析和作者的认 识,阐述基于BIM的建筑施工智能化发展趋势。
1智能化与BIM技术
同其他行业一样,建筑行业利用信息系统进行 信息收集、传递、统计、分析、计算、加工处理等,以 满足具体的业务、管理及决策需求。从管理的角度 看,信息系统主要起工具的作用,可以帮助人们提 高工作效率。智能化的目的是,使这些工具具有知 识和智力,从而部分甚至完全取代人。因此,建筑 施工智能化意味着使建筑施工阶段应用的信息系 统具有知识和智力。其意义在于,一方面可以通过 减少对人的需求,使人得到帮助,获得解放;另一方 面,对于需要高层次人才的工作,智能化可以解决 高层次人才供不应求的问题。智能化技术基础是 人工智能技术,其相关技术包括云计算、大数据、物 联网、移动物联网等。智能化技术使信息系统能够 感知、认知、学习、推理,甚至进行专家水平的决策。
BIM的本质是,不仅使建筑数字化,而且使建筑 过程数字化,并对相关数据进行结构化管理,便于 利用信息系统进行处理。其核心特征是,以三维几 何模型为基础形成BIM模型;除三维几何信息外,BIM模型中还包含相关的属性信息,例如构件材料、加工要求等,以及管理信息,例如成本、进度、质量、安全等信息方同据,BIM模型中还应包含这些信息之 间的关联信息,例如,对于一个窗口,不仅它的尺寸 大小及位置,连它开在哪个墙上这样的信息在BIM 模型中也是具备的,从而可以支持自动化处理。从 信息维度上看,BIM模型不仅包含空间信息,而且可 以包含进度信息(4D),甚至再附加上成本信息(5D)、质量信息(6D)、安全信息(7D)等管理信息。
容易理解,BIM技术在建筑施工智能化发挥的 最重要作用主要将体现为,为智能化应用系统提供 基础数据。因为建筑施工需要统筹人、机、料、法、环等人、物理对象或过程的特性,其智能化既离不 开空间信息,也离不开进度信息、成本信息等管理 信息。如果没有BIM技术,这些信息需要专门输 入,其数据量之大,数据关系之复杂,必然阻碍智能 化技术的应用。
因此,集成应用BIM技术是必然趋 势。从智能化的本质看,BIM技术虽然不是人工智 能技术,同样为信息系统增加了信息感知和认知的 知识和智力。
2基于BIM的建筑施工智能化现状
基于BIM的建筑施工智能化可以分为2个方 面,即智慧工地和智慧施工。前者面向施工环境和 条件,聚焦于施工要素(包括人、机、料、法、环)的管 理和一般过程管理(包括进度、质量、安全以及成本 方面的管理),适用于各种建筑类型;后者面向特定 施工过程,聚焦于施工技术运用和特定过程管理,一般
因不同建筑类型(如超高层建筑或大型公共建 筑,钢结构建筑或混凝土结构建筑)而异。
在智慧工地方面,目前已发表的、以BIM应用 为基础的智能化应用技术可归纳如下。
1)基于BIM的作业人员智能化管理系统［1］ 让工人佩戴内嵌智能芯片的安全帽,将BIM模型 导入系统。系统具有门禁功能,不仅可以自动进 行人员的出勤统计,而且可以记录人员在项目场 地中的轨迹和分布,并可以对在场人员进行实时 语音提示。
2)基于BIM的物料智能化管理系统［1］导入 BIM设计模型,集成施工进度计划、流水段、清单项 目、分包队伍等信息。在系统中选择单体、楼层、构 件,均可提取相应的材料用量,辅助制定材料采购 计划及进行限额领料管理;支持材料的模型量和实 际量间的对比,方便物料控制。
3)基于BIM的混凝土建筑钢筋智能化加工系 统［1］以建筑结构专业的BIM模型为输入,实现钢 筋的自动翻样,并通过与数控加工设备配合,实现 钢筋的半自动或全自动加工。
4)基于BIM的智能化质量管理系统⑵ 以施 工BIM模型为输入,按照相关标准,自动生成质量
验收计划;支持在施工现场利用移动终端,通过定 位功能动态识别现场的构件和模型中的构件的对 应关系,通过点击模型中显示出的计划验收构件,显示数据输入表,支持在其中录入验收数据后自动 上载到系统的服务器,便于各参与方共享数据和协 同工作。
5)基于BIM的智能化安全管理系统［1］通过让 作业人员在现场佩戴智能安全帽,以施工BIM模型 为输入,在系统内生成虚拟施工现场场景,通过定位 技术实时采集作业人员位置信息和不安全环境信息,系统可实时对作业人员进行安全监测和预警。
6)基于BIM的智能化成本管理系统［1］通过 输入施工BIM模型,并建立构件与预算文件、分包 合同、施工图纸、进度计划的关联,支持实时按专 业、楼层、进度、流水段等多维度计算统计工程量、分包量,通过输入实际成本,实现基于“三算对比” 的成本控制。
3结语
实现建筑施工智能化任重而道远,目前实现的 建筑施工智能化还仅仅处在初级阶段。今后,建筑 行业需要一边推进建筑施工数字化,一边推进建筑 施工智能化,并使两者互相促进,相得益彰,在这个 过程中,BIM技术将继续得到发展和应用,并发挥关 键作用。
参考文献:
[1] 赵昕,马 智 亮.中 国 建 筑 施 工 行 业 信 息 化 发 展 报 告(2017)———智慧工地应用与发展[M].北京:中国建材工业出版社,2017.
[2] 马智亮,蔡诗瑶,杨启亮,等.基于 BIM 和移动定位的施工质 量管理系统[J].土木建筑工程信息技术,2017,5(9):29-33.