數(shù)字孿生驅(qū)動的智能建造全生命周期管理與實踐應用-第3章-智能建造全生命周期管理

第三章智能建造全生命周期管理目錄目錄理論研究闡述全生命周期管理相關(guān)研究數(shù)字孿生與智能建造全生命周期智能建造關(guān)鍵技術(shù)體系智能建造全生命周期管理135421.1智能建造的提出背景我國建筑業(yè)四階段階段名稱具體內(nèi)容①20世紀80年代前以手工業(yè)為主的現(xiàn)場施工階段該階段通過紙質(zhì)、口頭的方式來傳遞資料，施工周期長、機械化程度較低、效率低下②機械與施工相結(jié)合的建筑機械化階段我國引進眾多高科技施工軟件，以工程機械化、管理科學化的思想指導施工，正式步入機械化綜合施工時期③以BIM為主導的信息化建設階段隨著計算機網(wǎng)絡與通信技術(shù)的發(fā)展，在3D信息技術(shù)的指導下，使得工程施工建設更加高效安全④信息化發(fā)展的智能建造階段以智慧平臺為基礎，融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能設備，建造過程信息化實現(xiàn)了以更少的人力獲得更快的項目進度、更高的項目質(zhì)量，同時兼顧環(huán)境保護，促進建筑行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展隨著工業(yè)4.0時代的到來，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算為代表的新一代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)正日益廣泛地應用于工程項目建設中，從而衍生出了“智能建造”的概念。實現(xiàn)智能建造模式被廣泛地認為是工業(yè)4.0背景下建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路智能建造發(fā)展要求傳統(tǒng)建造與智能建造對比表內(nèi)容傳統(tǒng)建造智能建造應用范圍應用于以施工、設計等單一階段為主應用于全生命周期所有階段技術(shù)支撐依靠CAD、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等傳統(tǒng)計算機技術(shù)主要依靠BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)4D可視化等新興信息技術(shù)的集成應用組織形式組織形式松散、冗長，根據(jù)具體管理任務建立的臨時組織組織結(jié)構(gòu)扁平化，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，各參與方集成管理信息傳遞方式過紙質(zhì)文檔、會議、傳真、郵件、物流等方式基于BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息實時交互與共享，數(shù)據(jù)自動采集、錄入、存儲、處理和分析目標完成項目合同信息化、智能化、綠色化信息共享信息孤島與斷層，數(shù)據(jù)失真，溝通不暢全生命周期數(shù)據(jù)共享與信息化管理，高效協(xié)同，數(shù)據(jù)互聯(lián)互通參建方相互交織，錯綜復雜需多方協(xié)同工作成本管理被動參與，事后控制，相互獨立能夠主動控制，事前預警，集成管理1.1智能建造的提出背景智能建造是建造技術(shù)與管理理論逐步標準化和體系化的過程，為設計企業(yè)與建筑公司提供技術(shù)指導，有助于提高工程項目質(zhì)量效率，是建筑業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實現(xiàn)綠色現(xiàn)代化的重要工具智能建造為建造各參與方，如業(yè)主、設計方、施工方、監(jiān)理方等提供了統(tǒng)一的信息上傳渠道，使各方的溝通方式更為簡便高效，有助于促進各方對建筑構(gòu)建的參與認識，避免信息孤島現(xiàn)象智能建造對于項目方案優(yōu)化及項目技術(shù)的提升，有助于縮短工期、節(jié)約資源、控制成本，進而提升項目經(jīng)濟可行性利用在施工現(xiàn)場安裝的監(jiān)控設備，使現(xiàn)場施工控制全面智能化監(jiān)管，有利于減少人員、設備、技術(shù)及管理的漏洞失誤，實現(xiàn)高效統(tǒng)一管理技術(shù)層面社會層面經(jīng)濟層面安全層面智能建造1.2智能建造的內(nèi)涵智能建造的本質(zhì)是將設計與管理相結(jié)合以實現(xiàn)動態(tài)配置的生產(chǎn)方式，進而對施工方式進行改造和升級2BLM的內(nèi)涵及優(yōu)勢BLM理念的內(nèi)涵序號BLM的內(nèi)涵具體方法1BLM目的是使項目增值通過解決信息的創(chuàng)建、管理和共享以便更好地服務于管理者從而實現(xiàn)成本節(jié)約、周期縮短、達到項目增值的目的2BLM是一個綜合性的管理概念BLM理念實施過程中涉及項目的方方面面，包括文件管理、流程管理、價值管理和信息管理等管理活動3BLM的核心是信息管理項目信息量大且易于變化導致難以對信息進行管理，但是通過BLM理念可解決項目全過程中的信息創(chuàng)建、管理和共享等難題4通過PIP技術(shù)可以是BLM實現(xiàn)共享通過PIP技術(shù)對BIM模型中的基礎數(shù)據(jù)的調(diào)用有利于實現(xiàn)BLM理念的信息共享，可為用戶建立統(tǒng)一的共享平臺BLM理念的優(yōu)勢序號BLM理念的優(yōu)勢具體表現(xiàn)1更好地創(chuàng)建信息在數(shù)字化的形勢下利用BIM技術(shù)創(chuàng)建建設工程設計信息，可以保證信息的數(shù)字化形式、減少信息的重復輸入，確保信息有用和準確無誤2更好地管理信息①BLM的實現(xiàn)過程是以數(shù)字化的形式創(chuàng)建和保存信息②通過有效制度的建立實現(xiàn)數(shù)字化信息的跟蹤過程③實現(xiàn)多方面的信息關(guān)聯(lián)④為項目相關(guān)用戶提供賬戶登錄界面3更好地共享信息①借助PIP技術(shù)為各種不同需求的用戶提供對應不同權(quán)限的信息入口②通過有效的數(shù)據(jù)交換機制使得各相關(guān)方之間建立起暢通的信息交流通路3.1數(shù)字孿生與智能建造全生命周期關(guān)系數(shù)字孿生與智能建造全生命周期關(guān)系圖03040102數(shù)智字能孿建生造概念-基礎技術(shù)-有效手段空間-關(guān)鍵功能-核心內(nèi)容01數(shù)字孿生技術(shù)是智能建造不斷深化的重要環(huán)節(jié)、深入發(fā)展的必然階段、推進抓手和運行體現(xiàn)數(shù)字孿生空間中的建筑進行三維仿真，實現(xiàn)對實體建造全過程中所涉及的施工數(shù)據(jù)管理的優(yōu)化和實時模擬數(shù)字孿生是數(shù)字技術(shù)與實體工程相結(jié)合的產(chǎn)物，也是智能建造的核心技術(shù)手段之一數(shù)字孿生將其與實際施工情況相結(jié)合，實現(xiàn)設計與施工無縫銜接，提升建筑施工質(zhì)量、降低成本并提高經(jīng)濟效益可視化呈現(xiàn)：由于虛擬數(shù)字空間中的模型是根據(jù)現(xiàn)實物理世界進行搭建的，因此可以通過BIM模型、有限元模型、三維點云模型將建筑物實體的相關(guān)性能做可視化呈現(xiàn)，實現(xiàn)現(xiàn)實同虛擬的一一映射描述智能診斷：在虛擬映射的基礎上，由孿生模型中的數(shù)據(jù)層，進行建筑物的信息處理，實現(xiàn)對建造過程中風險的智能診斷診斷科學預測：孿生模型可以根據(jù)已獲取的數(shù)據(jù)擬合出建筑物的性能函數(shù)，從而準確預測安全風險的影響程度以及引起風險的作用機理，保障建造的科學性和可行性預測輔助決策：通過對現(xiàn)實數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進行綜合分析后，可結(jié)合建造過程中的相關(guān)性能限值，對建造過程進行指導，從而輔助施工、科學決策決策3.2數(shù)字孿生在智能建造中的應用價值BIM技術(shù)是建造數(shù)字建模+仿真交互的重要基礎，為工程項目全生命周期、全參與方、全要素提供了一個各階段工程信息數(shù)據(jù)可實現(xiàn)流通、轉(zhuǎn)換、交換和共享的平臺，使得工程項目管理更加精細化、科學化數(shù)字化建模依據(jù)仿真結(jié)果對建造設計施工方案進行修改、優(yōu)化，提升方案可行性，從而進一步控制項目質(zhì)量、進度和成本，提高建造品質(zhì)數(shù)字化設計與仿真通過BIM+VR、BIM+AR等應用實時渲染，建造場景可視化呈現(xiàn)，為使用者提供新型建造表達方式數(shù)字可視化4智能建造關(guān)鍵技術(shù)體系數(shù)字建模+仿真交互：主要體現(xiàn)在數(shù)字化建模、數(shù)字化設計與仿真、數(shù)字可視化技術(shù)三方面感知技術(shù)感知技術(shù)是通過物理、化學和生物效應等手段，基于不同環(huán)境狀態(tài)下材料的電化學性質(zhì)的變化，將感知的狀態(tài)輸出為模擬數(shù)字信號，通過轉(zhuǎn)換算法轉(zhuǎn)換為物理狀態(tài)，獲取被感知建造項目的狀態(tài)、特征、方式和過程的一種信息獲取與表達技術(shù)網(wǎng)絡技術(shù)作為支撐智能建造信息溝通的媒介，網(wǎng)絡技術(shù)將互聯(lián)網(wǎng)上分散的資源融為有機整體，實現(xiàn)資源的全面共享和有機協(xié)作。借此用戶可按需獲取資源信息平臺技術(shù)平臺技術(shù)通過將與工程建造領域相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)設備與建筑業(yè)全生命周期建造活動的各環(huán)節(jié)相互融合，實現(xiàn)了信息感知、數(shù)據(jù)采集、知識積累、輔助決策、精細化施工與管理0102034智能建造關(guān)鍵技術(shù)體系泛在感知+寬帶物聯(lián)：主要體現(xiàn)在感知技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、平臺技術(shù)三方面4智能建造關(guān)鍵技術(shù)體系工程制造+機器施工：主要體現(xiàn)在工廠化預制技術(shù)和現(xiàn)場智能施工技術(shù)兩方面0102工廠化預制技術(shù)是現(xiàn)場智能施工的基礎前提，該技術(shù)系統(tǒng)由部品構(gòu)件數(shù)字建模、虛擬研發(fā)系統(tǒng)、生產(chǎn)制造與自動化系統(tǒng)、工廠運行管理系統(tǒng)、產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)和智能物流管控系統(tǒng)組成工廠化預制技術(shù)現(xiàn)場智能施工技術(shù)現(xiàn)場智能施工技術(shù)利用BIM平臺和建造機器人、采用裝配式的技術(shù)方案，高效智能地完成現(xiàn)場施工。智能建造不僅要求構(gòu)件、部品滿足工廠化、機械化、自動化制造，還要適應建筑工業(yè)4.0的要求，建立基于BIM的工業(yè)化智能建造體系智能規(guī)劃智能決策智能設計智能規(guī)劃指基于狀態(tài)空間搜索、定理證明、控制理論和機器人技術(shù)等，針對帶有約束的復雜建造場景、建造任務和建造目標，對若干可供選擇的路徑及所提供的資源限制和相關(guān)約束進行推理，綜合制定出實現(xiàn)目標的動作序列，每一個動作序列即稱為一個規(guī)劃智能決策由決策支持系統(tǒng)與專家系統(tǒng)相結(jié)合，把數(shù)據(jù)倉庫、聯(lián)機分析處理、數(shù)據(jù)挖掘、模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫結(jié)合起來，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用，從數(shù)據(jù)中獲取輔助決策信息和知識，做到定性分析和定量分析的有機結(jié)合與實施4智能建造關(guān)鍵技術(shù)體系人工智能+輔助決策：主要體現(xiàn)在智能規(guī)劃、智能設計和智能決策三方面智能設計指采用計算機模擬人類思維的設計活動。智能設計系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括設計過程的再認識、設計知識表示、多專家系統(tǒng)協(xié)同設計、再設計與自學習機制、多種推理機制的綜合應用、智能化人機接口等綠色施工綠色建筑再生建筑綠色施工是指在工程建設中，以質(zhì)量、安全等要求為前提，通過科學化管理和先進技術(shù)手段，最大限度地節(jié)約資源、減少對環(huán)境危害的施工建造活動，全面實現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保綠色建筑在全生命周期內(nèi)，節(jié)約資源、保護環(huán)境、減