不土不木智造革命

庞博

新兴技术在改变着土木行业，这个有着几千年历史的传统行业不再“土”更不再“木”。

如今，砌砖机器人、3D混凝土打印、GIS定位吊装、建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）都已走进施工场地，

智慧建造、智慧工地兴起，酝酿着一场建筑业革命，

我认为它将超越“秦砖汉瓦”和“钢筋混凝土”这两次人类建筑建造方式的革命。

基于BIM技术的智慧建造，可以将所有资料，如设计、施工、成本、运营的信息全部体现在3D模型中，实现从建筑设计、结构设计到暖通、机电设计的一体化、无纸化信息交流。

我們可以用“感知、替代、智能”来总结智慧建造的特点。感知，是运用传感器、监控器、定位仪来扩大人的视野、扩展人的感知范围，比如通过施工机械上安装的传感器和GIS定位系统，就可以准确定位构件的吊装位置。替代，就是借助机械手臂或机器人完成人类无法完成或者风险较高的工作，比如智能砌砖机器人、智能机械手臂。智能，则是以“感知”收集的数据为基础，由智能系统通过神经元网络学习、模拟计算，找到最优建造方案。

在导师的带领下，我们与中铁建设集团有限公司合作了一个关于施工BIM的研究课题。在研究中我了解到，在实际的施工策划过程中，通过BIM技术动态模拟施工的全过程，已经可以模拟人力、材料机械等资源配置情况的资源曲线，事先预估资源需求量可能突然增加的时间点，在事故发生前进行调整，避免因资源配置不平衡导致的风险，从而实现材料和成本的管控。

与此同时我也发现，虽然施工策划阶段运用了BIM5D技术，但在协调管理过程中依然存在不少问题。比如在施工过程中，由于施工现场中人员组织（人）、机械租赁（机）、物料分配（料）、施工方法（法）和现场环境（环）的数据类型庞杂、数据量庞大，BIM无法进行统一的管理和计算。这让我明白了，采集数据、传输数据只是智能建造的基础，搭建起BIM模型与建筑实体之间的桥梁，完成数据集成和分析，寻找优化管理的途径，才是智慧建造的最终目标。根据我掌握的资料，目前尚未有统一的标准来规定数据格式、衡量数据质量，这就好比缺失了统一的度量衡标准，导致数据无法在跨平台、跨专业之间交互融合。

为了分析造成这一问题的原因，我翻阅了相关文献，并与导师进行了探讨。我们发现，除了目前我国施工管理模式之外，数据来源不同导致的数据异构性是最主要的问题。比如有些信息由GIS定位系统获取，有些信息由二维码扫描获取，有些由监控器采集获取。这些信息的数据格式和内容存在较多差异，无法进行数据集成、挖掘和分析，也就无法体现协同化、智能化、精细化管理的优势。

随着工程项目日益复杂，在一些超大型项目中使用基于BIM的协同管理平台已成为必然，其中优秀的案例有很多，比如北京CBD核心区“中国尊”在设计和施工管理中就深度应用了BIM和协同管理，包括：Autodesk Revit（搭建建筑设计的BIM模型）、 Autodesk Navisworks（实现施工过程的可视化和仿真）、 Autodesk Ecotect（进行可持续设计及分析）、RIB ITWO管理平台（对施工进程和成本进行管控）等。此外还有国家体育场（鸟巢）、上海世博场馆建设工程、上海迪士尼工程、广州东塔等。

不过，在分析这些项目的实施中我也发现，虽然基于BIM的协同管理系统种类繁多，但依然缺少专业的集成软件或集成平台，导致数据在不同软件之间传输其准确性难以保障。因此我认为，目前我国BIM技术在智慧建造的应用上属于起步阶段，只有建立起业界广泛认可的数据标准，并提高集成平台与现有设计软件之间的交互性、提升软件功能，才能从根本上提高建筑行业的信息化管理水平。

未来的建筑图景是这样的：嘈杂的施工现场消失了，一部分构件转移到工厂预制，在工地现在会看到大量的机械手臂、智能机器人像搭积木一样把房子建起来，同时通过信息化手段将施工数据传递给管理平台，管理者只要在办公室里就能全面感知施工现场进度。甚至在施工结束后，建筑进入运营维护阶段，埋在构件中的射频系统依然起到对构件的实时监控作用，遇到结构损坏迹象及时预警，做到及时报修、及时维护，进而实现从材料生产、施工过程到运营维护的全生命周期的数字化、精细化管理。