數(shù)字化技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用及發(fā)展研究

1、數(shù)字化技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用及發(fā)展研究摘要：隨著計(jì)算機(jī)和各種先進(jìn)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的建設(shè)工程施工管理受到前所未有的挑戰(zhàn)，這使數(shù)字化施工的概念登上了歷史舞臺。從數(shù)字化施工的概念出發(fā)，主要對建筑空間信息技術(shù)、建筑設(shè)備數(shù)字化監(jiān)管技術(shù)等 3個(gè)數(shù)字化施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，同時(shí)對數(shù)字化施工技術(shù)在工程中的未來發(fā)展趨勢及注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析與探討。0 前言美國 1998 年率先提出了“數(shù)字地球”的概念，隨著“數(shù)字地球”概念的提出，“數(shù)字化”時(shí)代已經(jīng)到來，數(shù)字化施工就是在“數(shù)字地球”這一大背景下提出的。建筑行業(yè)被稱為僅次于采礦作業(yè)的第二危險(xiǎn)行業(yè)，對于安全事故多發(fā)的工程施工，如何做好施工現(xiàn)場管

2、理，控制事故發(fā)生頻率，一直是政府管理部門、施工企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。為了更好地管理施工，保證施工質(zhì)量安全，人們提出“數(shù)字工地”概念?！皵?shù)字工地”是數(shù)字化工地管理信息系統(tǒng)的簡稱，該系統(tǒng)通過運(yùn)用現(xiàn)代化信息采集、傳輸、處理技術(shù)和自動化控制技術(shù)，對施工技術(shù)、工程質(zhì)量、安全生產(chǎn)、文明施工等管理進(jìn)行動態(tài)的、實(shí)時(shí)的監(jiān)控，在此基礎(chǔ)上對各個(gè)管理對象的信息進(jìn)行數(shù)字化處理和存檔，以此促進(jìn)工作效率和管理水平的提高。同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)平臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，真正實(shí)現(xiàn)建設(shè)主管部門、業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理對工程施工全方位、全過程、全天候和多視點(diǎn)、多角度、多層面的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使各部門管理者對工程建設(shè)中出現(xiàn)的各種問題做到“第一

3、時(shí)間發(fā)現(xiàn)，第一時(shí)間處置，第一時(shí)間解決”，數(shù)字化施工技術(shù)就是在這一前提下發(fā)展起來的。1 數(shù)字化施工的概念目前中國的城市工程建設(shè)呈現(xiàn)出火熱的態(tài)勢，同時(shí)給建設(shè)工程的安全與質(zhì)量監(jiān)管工作帶來了嚴(yán)峻的壓力和挑戰(zhàn)。過去工程施工技術(shù)比較單一，主要是人工操作，工作效率極低，同時(shí)人為操作引起的誤差可能會給工程帶來安全隱患，造成工程事故。為了杜絕工程事故的發(fā)生，更好地保證施工質(zhì)量安全，許多工程引進(jìn)數(shù)字化施工技術(shù)。數(shù)字化施工技術(shù)是對建筑工程建造過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一建模，形成一個(gè)可運(yùn)行的虛擬建造環(huán)境，以軟件技術(shù)為支撐，借助于高性能的硬件，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，生成數(shù)字化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)、性能分析、施工方案決策和質(zhì)量檢驗(yàn)

4、、管理。它是數(shù)字化形式的廣義建造系統(tǒng)，是對實(shí)際施工過程的動態(tài)模擬。數(shù)字化施工可大幅度提高施工效率和保證工程質(zhì)量，減少或杜絕工程事故，有效控制成本，實(shí)現(xiàn)施工管理現(xiàn)代化。2 數(shù)字化施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用數(shù)字化施工技術(shù)目前應(yīng)用主要體現(xiàn)于建筑空間信息技術(shù)、建筑設(shè)備數(shù)字化監(jiān)管技術(shù)和數(shù)字化施工監(jiān)控技術(shù)等內(nèi)容。本文主要對這 3 種施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。2. 1 建筑空間信息技術(shù)建筑空間信息技術(shù)包括對施工場地的地形、地貌、建筑物、施工項(xiàng)目等一切空間的信息進(jìn)行集中統(tǒng)一分析?？臻g信息技術(shù)主要包括遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)。其中，地理信息系統(tǒng)在工程施工管理中作用尤其突出。地理信息系統(tǒng)可以對信息進(jìn)

5、行空間分析和可視化表達(dá)，這些功能適用于工程地質(zhì)勘探、工程項(xiàng)目選址分析、工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、施工平面規(guī)劃等工程建設(shè)領(lǐng)域。豐富的查詢功能也是地理信息系統(tǒng)的一大顯著特點(diǎn)，地理信息系統(tǒng)提供圖形查詢、文字查詢、事件查詢和過程查詢，利用這些功能不但可以獲得與空間坐標(biāo)相關(guān)的各項(xiàng)實(shí)體信息，還可以獲得動態(tài)的過程信息，如施工過程信息等。目前該技術(shù)廣泛應(yīng)用于水利、水電工程的施工過程中，如施工導(dǎo)截流施工管理、施工場地總布置等。2. 2 建筑設(shè)備數(shù)字化監(jiān)管技術(shù)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是智能建筑中的一個(gè)重要系統(tǒng)，是將建筑有關(guān)暖通空調(diào)、給排水、照明、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備集中監(jiān)視、控制和管理的綜合性系統(tǒng)。建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)為通信基

6、礎(chǔ)、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它具有分散控制和集中管理的功能。在建筑設(shè)備數(shù)字化監(jiān)管技術(shù)中，建立機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)，對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行綜合管理、調(diào)度、監(jiān)視、操作和控制，達(dá)到節(jié)能的目的。數(shù)字監(jiān)管技術(shù)相對人員管理將更好地管理建筑設(shè)備。2. 3 數(shù)字化施工監(jiān)控?cái)?shù)字化施工監(jiān)控是利用現(xiàn)代科技優(yōu)化監(jiān)控手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、全過程、不間斷安全監(jiān)管，將該技術(shù)應(yīng)用到施工現(xiàn)場管理是必要的。數(shù)字化施工監(jiān)控廣泛應(yīng)用于建筑工程中，在建筑施工中，主要對混凝土的輸送、澆搗、養(yǎng)護(hù)、模板安裝、鋼筋安裝及綁扎、施工人員安全帽、安全帶佩戴、建筑物的安全網(wǎng)設(shè)置、外腳手架及落地竹腳手架的架設(shè)、纜風(fēng)繩固定及使用、吊籃安裝及使用、吊盤進(jìn)料口和

7、樓層卸料平臺防護(hù)、塔吊和卷揚(yáng)機(jī)安裝及操作以及樓梯口、電梯口、井口防護(hù)、預(yù)留洞口、坑井口防護(hù)、陽臺、樓板、屋面等臨邊防護(hù)和作業(yè)面臨邊防護(hù)等部位進(jìn)行施工監(jiān)控，以保證施工質(zhì)量安全。為了加強(qiáng)建筑工地的安全文明施工管理，數(shù)字化施工監(jiān)控系統(tǒng)有針對性地設(shè)置工地文明施工的重點(diǎn)監(jiān)控，主要對工地圍擋、建筑材料堆放、工地臨時(shí)用房、防火、防盜、施工標(biāo)牌設(shè)置等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控，目的是加強(qiáng)安全管理工作。3 數(shù)字化施工技術(shù)在工程中的發(fā)展趨勢建筑空間信息與可視化、建筑設(shè)備監(jiān)管數(shù)字化和數(shù)字化施工監(jiān)控技術(shù)在建筑工程中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，隨著信息管理技術(shù)的發(fā)展，建筑系統(tǒng)仿真計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、多智能體施工技術(shù)也漸漸引入建筑工程中，這將是數(shù)

8、字化施工技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。3. 1 建筑系統(tǒng)仿真計(jì)算系統(tǒng)仿真技術(shù)是以相似性原理、系統(tǒng)工程方法、信息技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)等設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實(shí)的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)研究的一門多學(xué)科的綜合技術(shù)。國外從 20 世紀(jì) 70 年代開始將仿真技術(shù)應(yīng)用到工程施工過程仿真，以循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件為代表的一系列軟件已廣泛應(yīng)用在隧洞施工、土石方開挖、橋梁施工、管道施工等工程施工領(lǐng)域。中國的仿真技術(shù)相對國外而言起步較晚，應(yīng)用范圍不廣。目前，相關(guān)科研單位在隧道施工、水利水電施工、港口工藝方案設(shè)計(jì)和土方運(yùn)輸?shù)确矫孢M(jìn)行了仿真研究。建筑系統(tǒng)仿真計(jì)算將廣泛應(yīng)用到建筑工程中，將是數(shù)字化施工技術(shù)的未

9、來發(fā)展趨勢。3. 2 虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高新科技生成逼真的集視覺、聽覺、觸覺與嗅覺為一體的特定范圍的模擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)首先在軍事、航天等高科技領(lǐng)域及娛樂漫游等方面獲得成功的應(yīng)用，目前在建筑工程領(lǐng)域也得到應(yīng)用。如利用虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化特性，檢驗(yàn)施工組織設(shè)計(jì)方案的可行性，或者通過實(shí)時(shí)交互修改參數(shù)來對不同施工方案進(jìn)行比較; 又如利用廣聯(lián)達(dá)圖形算量軟件建?？旖萦?jì)算出工程量等應(yīng)用。可見，該技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中也得到了廣泛應(yīng)用。拓展該技術(shù)的廣度和深度是目前的重要任務(wù)，如BIM 技術(shù)的研發(fā)。建筑虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展是數(shù)字施工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。3. 3 多智能體施工隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷

10、發(fā)展和新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)，工程建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模不斷擴(kuò)大、形式日益復(fù)雜，工程建設(shè)過程涉及的單位和個(gè)人也越來越多，因而對建設(shè)工程管理的統(tǒng)籌性、協(xié)調(diào)性、時(shí)效性提出的要求就越來越高。對于建筑工程這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)用多智能體技術(shù)保證工程建設(shè)任務(wù)的順利進(jìn)行是必要的。智能體是指為了實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)或任務(wù)而獨(dú)立自主的運(yùn)行，能適應(yīng)自身所處的環(huán)境，并能不斷地從環(huán)境中獲取知識以提高自身能力，具有學(xué)習(xí)和推理功能的智能實(shí)體。多智能體系統(tǒng)是由多個(gè)可計(jì)算的智能體組成的集合，其中每個(gè)智能體是一個(gè)物理的或抽象的實(shí)體，能作用于自身和環(huán)境，并與其他智能體通信。多智能體技術(shù)是人工智能技術(shù)的一次質(zhì)的飛躍。多智能體技術(shù)

11、具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性，并具有自組織能力、學(xué)習(xí)能力和推理能力。采用多智能體系統(tǒng)解決實(shí)際應(yīng)用問題，具有很強(qiáng)的可靠性。總的來說，目前多智能體技術(shù)在建設(shè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用和研究有限，有待進(jìn)一步拓展其應(yīng)用的深度和廣度。隨著人們對房屋功能的多樣性要求，智能建筑是工程領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢，多智能體施工也將是數(shù)字化施工技術(shù)的必然發(fā)展趨勢。4 數(shù)字化施工技術(shù)在工程中的注意事項(xiàng)1) 對于數(shù)字化施工監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)工程位于偏遠(yuǎn)山區(qū)時(shí)，要注意監(jiān)控設(shè)備安裝位置。安裝位置要確保信號良好使監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)輸入輸出連續(xù)，同時(shí)建設(shè)單位要做好“電通”，保證電源連續(xù)供給，對監(jiān)控部位進(jìn)行實(shí)時(shí)、全過程的監(jiān)管，另外工作人員要定時(shí)對監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行

12、檢查、維修、更新以確保監(jiān)控設(shè)備的正常使用。2) 對于建筑空間信息技術(shù)，在應(yīng)用時(shí)要確保數(shù)據(jù)的正確性。對信息進(jìn)行空間分析與可視化之前輸入的數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確，確保后期信息分析處理正確。3) 對于建筑系統(tǒng)仿真技術(shù)，在應(yīng)用時(shí)要注意實(shí)際建筑與仿真建筑的差異。通過建筑系統(tǒng)仿真計(jì)算出的工程量考慮實(shí)際與模擬形成的差異，才是最終需要的工程量。4) 對于建筑虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在應(yīng)用時(shí)要確保虛擬現(xiàn)實(shí)軟件為正版。很多人在工程中使用相關(guān)盜版軟件，這可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。5) 對于建筑多智能體施工技術(shù)，在應(yīng)用時(shí)注意多個(gè)智能體施工的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。5 結(jié)束語總的來說，數(shù)字化施工技術(shù)的發(fā)展本身是一個(gè)漫長而復(fù)雜的過程，它需要各種相關(guān)知識、技術(shù)的共同提高，硬件環(huán)境與軟件環(huán)境并重。在硬件環(huán)境方面，要在工程施工區(qū)內(nèi)布置高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)，大量的