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中铁建设集团有限公司 陕西省咸阳市 713313
摘要：在对“人工智能建筑”进行梳理的基础上，提出了智能建筑的关键技术，包括数字建模与模拟交互、泛在传感宽带物联网、工厂制造机械制造、人工智能辅助决策、绿色低碳和生态环境保护等。展望了智慧建筑的发展前景，为智慧建筑的发展提供了理论和技术参考。
关键词：智慧建造；关键技术体系；发展
1、智慧建筑关键技术体系
1.1 数字建模+仿真交互关键技术
数字建模+仿真交互的本质是数字驱动的智慧建筑。物理世界通过数字图像形成建筑实体的数字孪生体。运用数字化手段对建筑设计、施工和运维全生命周期进行建模、仿真、优化和控制，创造新的建筑模式和建筑产品。数字建模+仿真交互的关键技术有BIM技术、参数化建模、轻量化技术、工程数字仿真、数字样机、数字设计、数字孪生、数字交互、仿真与仿真、自动规则检查、三维可视化、虚拟现实等。其中主要体现在数字建模、数字设计和仿真三个方面，数字可视化技术是其中的关键技术。
1.2 泛在感知+宽带物联网关键技术
泛在感知+宽带物联网的本质是平台支持智慧建筑，感知是智慧建筑的基础和信息源。物联网是智慧建筑的信息流通和传输媒介，物联网平台是感知与物联网的技术集成，5G的出现，使物联网从窄带物联网向宽带物联网发展。泛在感知+宽带物联网的主要关键技术是构建平台、传感器、物联网、5G、激光扫码机、无人机、摄像头、RFID等设备和技术，主要体现在感知技术、网络技术和平台技术上。
1.3 工厂制造+机械制造关键技术
1.3.1 工厂预制工艺
工厂预制技术是现场智能施工的前提和基础。该技术体系由零部件数字化建模与虚拟研发系统、生产制造与自动化系统、工厂运行管理系统、产品生命周期管理系统和智能物流控制系统组成。工厂预制是采用标准化制造技术和工业精度控制，提高构件制造效率和质量，减少材料和人工消耗，节约直接成本，提高建筑性能和质量；工厂内零部件的重复批量生产，可以加快施工进度，缩短施工周期，减少污染排放和资源消耗，有利于节能减排。
1.3.2 现场智能施工技术
现场智能施工技术是利用BIM技术平台和施工机器人，以工厂预制构件为基础，采用装配式技术方案，智能完成现场施工的行为。智能建筑不仅要求零部件的工业化、机械化、自动化制造，而且满足建筑工业4.0的要求，建立了基于BIM的工业智能建筑系统。基于BIM的智能建筑系统包括：（1）基于BIM的零部件制造、BIM建模和建筑结构性能优化设计；BIM自动生成BOM；BIM钢筋数控加工及自动排样；智能混凝土浇筑（备料、标线、边模、内模、钢丝网吊装、搅拌、运输、自动浇筑、振捣、养护等机械化、自动化）。（2）智能化施工现场通过三维的工程设计和施工仿真平台进行精确的工程设计和施工模拟，基于互联网协调智能化生产和现场施工，并在数字化环境下进行工程信息的数据挖掘和分析，提供工艺趋势预测和专家规划，实施人工、材料、进度、机械、计划和施工方法，安全生产、成本、成本等，实现现场环境管理的可视化，智能化绿色工程施。结合大数据分析、传感器监测、物联网等技术，构建了项目管理系统，实现了人脸识别、移动考勤、塔吊管理、粉尘管理、设备管理、危险预警等功能，以及施工现场人员管理等功能。
1.4 人工智能与决策支持关键技术
1.4.1 智能规划
智能规划是以状态空间搜索、定理证明、控制理论和机器人技术为基础，对周围环境进行理解和分析，针对复杂的施工场景、施工任务和有约束的施工目标，推断出若干备选路径、资源约束和相关约束，并综合制定实现目标的行动序列，每个行动序列称为一个计划。如基于多智能体的三维城市规划、基于智能算法的道路压实施工规划和物料运输路径规划、基于遗传算法的塔吊布局规划等。
1.4.2 智能化设计
智能设计是利用计算机模拟人类思维的设计活动。智能设计系统的关键技术包括: 设计过程识别、设计知识表示、多专家系统协作技术、再设计和自学习机制、多推理机制的集成应用、智能人机界面等，它可以分为三个层次: (1)传统设计，即对设计属性、设计过程和设计策略进行规划，智能系统在推理机的作用下调用符号模型(如规则、语义网络(计算机科学)、框架)进行设计。（2）基于实例和数据的设计，一是收集项目中已有的、良好的、可比的设计案例，进行比较，并根据设计数据指导设计完成；另一种是利用人工神经网络、机器学习、概率推理、贪心算法等，从设计数据中获取设计的隐性知识，实验数据和计算数据指导设计（3）进化设计是指生物世界中自然选择和进化的机制，它开发搜索算法，并使用进化策略进行智能设计，如遗传算法、蚁群算法、粒子群优化等，如设计生成、自动合规检查、人工智能施工图会审等。
1.4.3 智能决策
智能决策始于决策支持系统和专家系统的结合。它集成了数据仓库、在线分析处理、数据挖掘、模型库、数据库和知识库，充分发挥了数据的作用，从数据中获取辅助决策信息和知识，实现了定性分析和定量分析的有机结合和实现。例如，在智能建筑中，基于 GIS、图像、物联网感知、BIM、地质环境、视频、多媒体等各种结构化和非结构化信息，对海量数据信息进行智能检索和实时分析，挖掘学科知识，实现施工过程的优化，辅助智能决策。
1.5 绿色低碳+生态环保关键技术
1.5.1 绿色施工
绿色施工是指工程建设中的施工生产活动，在保证质量和安全要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源，减少对环境的负面影响，全面实现四节一环保（施工企业节能、节地、节水、节材、环保），包括：减少施工场地占用；节约材料和能源，减少材料损耗，提高材料的使用效率，加大资源和材料的回收和再利用，使用可再生或再生的产品和材料；减少环境污染，控制施工扬尘，控制施工污水排放，降低施工噪声和振动，减少建筑垃圾排放。
1.5.2 绿色建筑
绿色建筑是节约资源，保护环境，减少污染，为人们提供一个健康、适用、高效利用空间的生命周期，最大限度地实现人与自然的和谐共处，主要体现在以下几个方面: 节能，充分利用太阳能，使用节能建筑围护结构，减少采暖和空气调节的使用; 为了节约资源，在建筑设计、施工和建筑材料的选择上，应考虑资源的合理利用和配置。减少资源的使用，充分利用可再生资源; 回归自然，绿色建筑外观应强调与周围环境的融合与和谐，建筑内部不应使用对人体有害的建筑材料和装饰材料，使室内空气清新，温度适宜，居住舒适，健康环保。
2、结束语
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融合的智能建筑发展战略，深入推进人工智能技术与工程建设技术的深度融合，加强基础共性技术的研发，智能建筑的关键核心技术和关键技术，改变了分散、粗放、低效、高能耗、高强度的工程建设模式。
参考文献
[1]刘文锋.智慧建造关键技术体系研究[J].建设科技,2020(24):72-77.
[2] 毛志兵.建筑工程新型建造方式 [M].北京:中国建筑工业出版社 , 2018: 34.
[3] 李久林.智慧建造关键技术与工程应用 [M].北京:中国建筑工业出版社 , 2017: 3-5.