现代建筑工程中的智能建筑技术研究

2021-03-15

智能城市 2021年3期

（山西应用科技学院，山西太原 030062）

建筑是人们生产生活中必需的重要设施构造。随着社会发展与时代进步，建筑工程的设计与建设开始大量融入智能技术，以求为用户提供更便捷、更多元的服务。智能建筑技术在现代建筑工程中的应用是推动传统建筑行业转型、产业升级的重要依托，对典型技术的研究具有重要的意义。

1 智能建筑技术概述

智能建筑技术又称智能建造技术，是实现建筑建造技术与信息通信技术间的科学融合，以建筑结构实体作为基础，利用信息智能手段建立智能化的施工建设平台，通过优化设计、管理等不同要素配置建筑要素、改良施工方式的技术。现代社会的智能建筑技术的诞生和推广，基于不同学科成熟技术的交叉融合，确保建筑体的设计、建设、生产、施工、管理、运维等诸多环节均更有条理性，智能建筑技术贯穿于现代建筑工程全周期。探讨智能建筑技术，主要是解决以下问题，满足工程各参与方的需求：（1）施工设计智能建模及仿真验证；（2）施工环节由人工智能系统支配的建筑机器人完成作业，减少人工作业；（3）施工管理强调智能协调，凭借物联网技术实现数据共享；（4）工程运维需要海量数据采集和精准分析。从满足现代建筑建造需求来研究智能建筑技术，即从智能规划与开发设计、智能装备与整合施工、智能设施与科学防灾、智能运维与高效服务四个层面挖掘和提取智能建筑技术，可知主要包括BIM（建筑信息模型）技术、IoT（物联网）技术、3DP（3D打印）技术、大数据及云计算技术、AI（人工智能）技术等。这些智能建筑技术虽具有独立的理论体系，但在实际应用中有所关联，为构建智能建筑技术体系提供支撑。

2 现代建筑工程中的智能建筑技术分析

2.1 BIM技术

BIM技术是当下建筑工程中所运用的新型工具，根据美国NBIMS标准，BIM是以数字化方式表达设施对象的物理与功能特性，作为一类可共享信息的知识体系存储并传递设施对象的信息，为设施的全生命周期各类决策的制定与实施制造依据，BIM体系应兼容相关利益方在不同阶段的信息编辑与更改，保障不同主体履行相应职责，协同完成项目。因此，现代建筑工程中应用BIM技术已成为主流，不断辅助技术人员完成涉及建筑工程项目全周期的智能管理。从世界范围看，美、北欧等国家地区的BIM技术应用起步早且技术发展成熟，强制技术推广应用；英、韩、新等国家地区的BIM技术强制应用进入快车道；日、澳等国家地区未进行强制，但已有本土化的BIM执行标准。我国BIM技术研究较晚，在建筑工程中的应用时间较短，主要体现在施工阶段。国外主要国家和地区的BIM技术应用规定内容如表1所示。

表1 国外主要国家和地区的BIM技术应用规定内容

随着现代建筑工程建设节奏的加快，更多企业对BIM技术保持紧密关注。更多设计类企业利用BIM技术开展方案规划与图纸设计，强调设计重心前移、共享协同设计、深化设计、可视化设计控制等问题落实，以求增加初期设计科学性，统筹在方案创新方面的技术配置。更多施工企业利用BIM技术加强了整体建设力量，可用于检查施工缺陷或直接构建三维模型模拟施工进度与工艺要求，可配合完成知识管理，进一步优化改良施工方案。

2.2 IoT技术

IoT技术属于新时期的创新信息技术，主要在于实现了不同物体之间关联的互联网络。现代建筑工程中引入IoT技术，是IoT技术面向工业领域的重要应用，项目管理人员以及技术人员均可以凭借IoT技术改善优化工作及活动环境。IoT技术最早由美国提出，在《2025年对美国利益潜在影响的关键技术报告》中将IoT技术认定为六种关键技术之一。我国的IoT技术在现代建筑工程中的应用出现在2012年以后，主要的用途是扫描目标建筑物、不同部位的基本构件，完成整体与部件、人员与物品、物品与物品之间的信息化交互。

随着建筑工程智能化建筑IoT技术的推广应用，部分企业获得了可观的经济效益。常见的应用诸如使用RFID技术对建筑项目中的不同材料编码标签，产生可识别的二维码，再利用可靠设备在扫描后准确获取预制构件信息，实施智能化管理，由于预制构件的信息在初期扫描后已经将相关信息进行补充并上传数据库，后期可通过数据库准确定位具体参数的预制构件。智能化建筑IoT技术可以应用构建工程施工管理系统，系统及时跟踪工程进度，对存在的疑点设置异常提醒，辅助技术人员及时纠正和处理，以降低建筑工程的经济损失。预制构件的RFID编码如图1所示。

图1 预制构件的RFID编码

2.3 3DP技术

3DP技术是一类快速成型创新技术，主要是基于数字模型文件，将各种结构体所需要的原材料铺层，实现快速打印生产，尽可能选择具有黏合性的材料，因此，3DP技术也可称增材制造技术。在现代建筑工程建设中，3DP技术是典型性显著的智能建筑技术，其逐层打印的材料主要包括水泥、金属、塑料等不同类粉末。现阶段，很多人将3DP技术视为“第三次工业革命”，其在建筑工程设计规划、建设施工、管理运维等多个方面发挥出独特的自动化、信息化、智能化、高效化特点。在3DP技术应用下，建筑工程设计更灵活，用料更丰富，建筑结构更奇特。

国内外的3DP技术发展相比，国外早于国内，美、德、英等发达国家在制造行业3DP技术应用方面不断增加投入，体现出对3DP技术的高度重视。国外主要国家和地区在3DP技术方面的资金投入情况如表2所示。

表2 国外主要国家和地区在3DP技术方面的资金投入情况

3DP技术可以为设计阶段的建筑提供更多的结构方案，经过计算机对建筑物构造设计并先行打印样本，基于实物再次考究建筑中的关键参数，验证更多方案的可行性。对3DP技术应用在建筑行业的研究取得了一定的成果，如苏州工业园区别墅是科技公司联合建筑企业打造的3D打印建筑代表。

2.4 云计算和大数据技术

云计算是互联网数据用户对资源进行共享的一种新型模式，从服务器到网络、从硬件到软件均可以进行必要的共享，所有资源均可上传至云服务器，虚拟服务器的容量扩展性较强。用户通过云计算可减少交互和管理流程，可快速按照需求找到合理的资源，云计算支配的相关网络系统可实时按照用户需求完成动态部署、配置以及监控。

相关研究表明，2020年我国的私有云计算整体规模产生的效益达976.8亿元。云计算技术的发展需要海量数据的支撑，大数据技术成为前沿技术，通过对庞大数据的采集统计、分析处理等数据整合方式，将实现数据的快速流转，其数据体量、数据类型、价值密度等方面的特征鲜明。在现代建筑工程的智能建筑技术中，云计算和大数据技术融合作用于实际应用领域，首先对标建筑工程项目使用云计算技术构建云服务平台，在平台上灵活借助大数据技术完成项目数据处理分析，配置传感器监测、物联网络来组建运行稳定的建筑项目管理系统，真正在施工现场建立虚拟化管理体系，发挥人脸图像识别、人员流动考勤、施工机械管理、辅助设备管理、工业粉尘监测、风险隐患预警等多种功能。

3 未来的智能建筑技术发展趋势

3.1 技术发展趋势

我国现代建筑工程的智能建筑技术研究和应用目前仍处于初期阶段，部分核心技术依赖从国外引进，需要大量的财力支撑，应加强对技术发展的研究。因此，国内企业在合理借鉴国外企业创新理念的基础上，应强化基础理论再研究和再升级，努力探寻关键技术，积极推动技术创新，结合国内的实际情况开辟新的技术领域，以富有我国特色的智能建筑技术体系来推动现代建筑行业的崛起。

3.2 应用发展趋势

现代建筑工程应智能建筑技术的成功应用发生变革，新技术可在设计、施工、管理、运维等不同阶段发挥强大的功能，可以不拘泥于单一领域，在建筑工程建设全生命周期内发挥出色的技术优势。可以预见，应用领域、应用强度、应用效益的升级突破，将反作用于智能建筑技术的发展，使技术科技含量更强，融合效应更明显，在具体的建筑工程建设程序化、标准化应用中发挥更大的作用。