数字技术助力建筑施工路径探索

摘要：数字技术对建筑行业产生的影响愈加深远，当前在建筑施工领域中的数字技术应用，已经从计算机辅助绘图发展到计算机辅助设计及分析阶段。多年以来，伴随着建筑信息模型及建筑工程生命周期管理的概念提出，我国建筑行业面临着技术转型。数字技术对于建筑施工的应用，从方案设计到施工图纸设计，再到设计施工贯穿到建筑建成的整个过程。基于此，本文从行业发展历程出发，对当前所应用程度进行分析、总结，希望能够为未来建筑行业的发展提供助力。

关键词：数字技术；建筑施工

自20世纪60年代开始，数字技术逐渐渗透到建筑施工领域当中，为当今建筑行业带来意想不到的能量。不论是设计理念还是审美表达，都在数字技术的革新下走入转型轨道当中。然而部分西方传统理论者对于数字技术助推建筑施工的意识程度还不够高，并对数字技术介入到建筑施工中抱着悲观的态度，其认为非物质性的数字技术与物质性的建筑之间存在着明显的对立关系。但是时至今日，我们能够看到数字与建筑并非真正对立，而是彼此相融，数字时代下建筑施工的特征已经逐渐形成，并且持续稳定发展。

一、数字技术助力建筑行业历程

数字技术助力建筑行业，在最早期是以计算机作为辅助的，其中牵涉较广，包含计算机科学、建筑科学、人工智能等多个领域。建筑行业的发展伴随着计算机技术的持续进步，同时也助推着数字技术的多个分支在建筑行业中的应用。

20世纪中叶，人类史上第一台计算机问世，标志着数字技术时代开始。在1958年，有人初次装置一台电子计算机并将其用于建筑设计之中，这也是数字技术助力建筑行业的开端。

20世纪60年代，是数字技术在建筑行业应用的起步阶段，是人们逐渐探索的过程。1963年，美国一位博士生发表的学术论文，首次采用计算机的图形终端，实现用光笔绘制、修改图形并控制图形的缩放，此项工作的完成被认为是计算机在图形学方面的开创性路程，为后续数字技术辅助各行各业的发展奠定理论基础。与此同时，还出现CCAD系统，是以刷新式显示器为基础的辅助绘图系统，其中包含的数据库及软件，还相对比较原始，功能较为有限。

20世纪70年代，CCAD技术已经得到跨越式发展，此时系统已经较为专业，但还是以二维为主，采用传统的平面图、立面图、剖面图来传达建筑设计，并以图纸为依据进行技术交流。在1978年，美国一位教授出版的《计算机辅助建筑设计》中，系统的总结CCAD的发展成果，并较为全面的介绍CCAD技术理论、研究内容及开发理论等，为数字技术助力建筑行业奠定基础。

二、数字技术助力建筑施工的特性

（一）自动化施工监管

数字技术时代的建筑施工已经不再是工人手持图纸及对讲机进行监测的时代，而是通过数字模型来掌控施工现场，其中包含数字化系统的应用，目前使用范围较广的是CATIA系统以及BIM系统。

CATIA系统源于自法国，起初是一个飞机公司的工程软件。在建筑施工过程中，工人可以依据 CATIA系统建立出三维模型，能够对施工进行直观调控。由于该模型的精准度远优于图纸及传统教学建筑模型，因此利用它来监管施工可以提升现场装配的准确度，简化装配过程。而BIM系统则是以三维数字技术为基础，依据可视化模型对各个环节进行控制，其在施工阶段能够提供建筑质量进度及成本信息，提高材料设备供应的透明度，帮助工人对施工材料进行合理控制。例如：利用BIM系统，工人可以优化下料，减少因为材料损耗而造成的资金浪费，还能同步各方面的施工信息，避免某一环节缺失而导致的工程滞后。除此之外，业主也能够通过系统随时随地了解工程的施工进度。这两个系统虽然各有不同，但都对于监控、工程规划、建造成本等多个方面进行了优化，实现传统媒介所不能达到的施工精准化、经济化。

（二）自动化施工定位

在数字技术应用于建筑施工的过程中，使建筑定位逐渐远离卷尺及标杆，能够采用电子仪器进行精准定位。在毕尔巴鄂古根海姆博物馆的施工进程中，每一部分的建筑构件都在横截面贴有条形码，使之能够利用CATIA系统构建精准定位并进行数字化模拟，以更加快速及准确地确定每一个部件的放置位置。除此之外，GPS也被应用到建筑施工之中，用来校正各个部件之间的位置及关系，帮助解放人的肢体劳动，在一定程度上提升施工质量，减少误差。

（三）自动化施工操作

手工时代及工业时代的建筑施工都有物理性介入。而数字技术的应用是自动化的，其施工技术使人们终于摆脱繁杂的操作流程，使施工操作具有跨时代的特征。数字技术帮助施工操作自动化，是由各领域技术协同作用而得以实现的，其中一个主要代表就是施工机器人。在日本，这一工具的使用范围已经得到有效扩大，例如：强壮的杰克能够用于放置较重的钢梁等，混凝土处理者则能够用混凝土进行现场浇筑。

在数字技术的推动下，建筑施工环节已经具备实现全自动化施工的可能性，从监控、定位到操作，人们逐渐摆脱具体劳动环节。而数字技术作为我们这一代人的智慧产物，不仅能够延伸人的劳动能力，还能延伸人的决策及辨识能力，彰显鲜明的时代特征。

三、传统设计方式与建筑施工中的问题

长久以来，建筑设计与建筑施工的深层关系没有能够在前期设计中得到体现。设计师们普遍认为只要完成前期设计就已经结束了，没有实际考虑在具体施工的过程中可能会遇到的问题。而事实上，设计与施工需要紧密相连，才能保证设计图纸能够真正应用到施工环节中。除了设计之外，從建筑材料的选择到企业制造加工，再到施工现场的装配，都是能决定建筑最终完成质量的基础性工作。

从过去对于建筑行业的研究能够看出，建筑行业的生产效率及质量提升受到了一定阻碍。而造成这种阻碍的原因，其中包含很多方面：各个部门的联系不够紧密；设计与施工单位产生割裂甚至对立；各个部门负责人的专业交流混乱等。简而言之，造成这种困境的重要因素，就是各部门之间受到传统媒介的制约而缺少交流沟通，导致设计与实际施工方没有达成一致。而数字技术能够助力建筑施工，使之在计算机的辅助之下形成信息技术系统，为设计及施工方之间的沟通搭建桥梁。

四、数字技术助力建筑施工的体现

（一）文化遗产的虚拟重现

伴随着经济发展速度加快，城市现代化及乡镇城市化建设进程也随之加快。我国各地较为古老的大型建筑受到一定损坏，使得我国历史文化遗产的生存环境形势较为严峻，只能采用修复的方式对其予以保护。但在传统对建筑进行修复的过程中，常采用数字近景摄影测量、三维激光扫描测量、虚拟现实等技术，在对于古建筑测量方面常采用标尺、标杆等，使用人工测量的方式。由于部分古建筑相对较高，只能人工上去测量，不但会影响其精准度，还会对其造成一些损坏，甚至遇到一些较为复杂的建筑如雕刻等，只能束手无策。而将数字技术应用到我国建筑修复之上，能够利用三维激光扫描、计算机图像处理等技术进行整合，对其进行精准分析，以制定出最完善的修复策略计划，构建完整的古建筑保护机制，并将其付诸实践，为古建筑的文化保护作出示范。

（二）电影中的“虚拟建筑”

电影这种艺术表现形式自诞生起，就被各种各样的数字技术所武装。每一次数字技术的革新，都能为电影艺术带来新的生机，为其提供出更加广阔的表现形式及表现空间，并且能够丰富的电影语言文化，更新的发展机遇。在20世纪80年代，特别是90年代中后期，数字技术得到迅速发展，以数字技术为核心的高新科技逐渐渗透到电影艺术之中，为电影艺术带来较大的变革，尤其是美国的数字化电影，就是在其中的代表性产物。当下，美国绝大多数的影视作品都依靠数字技术来完成，使电影的艺术感染力能够达到与其他媒体匹敌的效果，创造人们闻所未闻，见所未见的视听奇观，并且吸引更多观众，为电影市场带来新的繁荣。

数字化电影终归还是电影艺术，要讲故事，并且需要与一些故事情节相匹配的建筑。不论在电影中所出现的建筑是真实存在的，还是在影棚里构建的，都有一个不争的事实，就是电影艺术必须定位于特定的场所，在合适的建筑空间里来讲述故事，为故事搭架子。自古以来，建筑的主要任务就是划分出适合人类所居住、生存的场所，能够让人类在此繁衍生息、生老病死。也正因如此，衍生出电影建筑师这一行业，为电影构造出符合其风格、能够表达出其意境的虚拟建筑。

五、数字技术助力建筑施工路径探索

（一）BMI技术应用

当建筑进入到施工阶段，可以将BIM技术应用到远程管理系统之中，并且将虚拟施工与BIM技术结合，建立协同施工监管平台，让相关管理人员可以通过移动终端随时、随地查看各项数据，并对其进行统筹管理及优化，这样在合理运用碎片化实践的同时，也为工程管理带来一定便捷性，提升整体施工效率。除此之外，还可以依托BIM当前所有的建模技术，建立场地动态模拟机制，帮助建筑施工单位监管施工工人，并在工程完工之后进行验收。

（二）深入推进GPS技术

GPS技术在建筑施工领域具有突破性的进展，其在测量、绘制、施工、定位等阶段都具有十分强大的作用，对于提升施工质量方面有较为突出的意义。第一，在施工前的测量及定位方面，传统的模式没法进行精确采集，需要后续进行多次检验，将误差降到到最小，并删除异常数据。这对于建筑施工来说，会致使其进程减慢，降低施工企业管理效率。特别是如果某一定位出现偏差，就会对整个施工进程造成极大影响，可能导致停滞或者重建。而将GPS系统应用到建筑施工上，就能通过卫星定位对每个标记点进行捕捉，以获得对定位点最精准的数据，并通过无线网络传回基站，通过计算对其作出处理，及时删除错误点或者异常点，完成对坐标的精准定位。

虽然传统的定位模式，能够满足一些较为普通的建筑施工需求，但是在大坝、跨海桥梁及地标性建筑等大型施工项目中，需要更为精准化的定位点，故传统模式不能够再适用。如果采用GPS技术，就能够直接将数字化模型以及精准的定位点发送给施工方及投资方，再经过前期的反复比对，对可能会出现问题的点予以解决，能够提高施工的效率。

（三）建设高效监管体系

在某一个项目工程实际施工的过程中，会受到多种外介因素或者危险因素的影响，而施工技术普遍较为复杂，对于监管、控制要求相对较高，这就致使在建筑施工的进程中，需要构建专业化的监管机制。因此，可以利用数字技术来进行监管，采用远程监控或者多媒体传输的系统，对各个部门、各个位置点的施工进行实时监督，一旦发现有任何异常情况能够快速上报，并快速抵达现场与相关工人进行有效沟通，提升施工效率，有效避免因为现场施工面积过大，而造成管理混乱及管理的效率低下等问题。

除此之外，在建筑施工的安全方面，数字技术也能够发挥起作用，远程监控或者多媒体传输系统，能够通过镜头推进、拍照等多种形式，对于违反相关条例的工人进行取证，同时通知相关管理人员到达现场，以此保障建筑施工的严肃性及权威性，提升施工工人的安全意识，避免在项目上出现任何安全问题，造成资产损失及民事纠纷。

（四）系统管理班组人员

保障建筑施工的质量及效率是这一工作的基础性环节，但是由于效率与质量本身就是一个矛盾体，效率过高可能会产生质量低下，而质量过高则可能会导致效率低下，因此对于这一方面的管理工作，在建筑施工中显得较为困难，但是利用数字技术能够提升管理效率。如：在前期进行工程测绘及地貌抄测的过程中，可以使用数字技术，直接与CAD、天正等软件结合，消除地形、天气等不良因素对建筑施工的影响，从而做到一站式出结果。其中包含定位点及高程等数据，能够即出即读快速构建图三维模型，使得上层管理人员及现场施工人员，能够对整个建筑施工有所把控。除此之外，上层监管人员需要定时到现场对施工环节进行监管，这也会影响施工进程，然而利用Project等专业软件，就能在线上把现场施工进程与原本施工计划进行比对，快速发现各个节点的偏差，并利用AHP等分析模型找出其中会影响进度的关键因素，对其做出拯救计划，实现对建筑施工的有效監控。与此同时，部分建筑施工会采用混凝土或者防水材料，这类特种材料对于过程监督有较高要求，而采用GPS监控仪器，就能够对重点施工位置进行监控，捕捉极为微小的形变并形成数据，并对上层监管人员予以反馈，让其及时对形变原因进行分析，使质量问题在初期就能得到解决及处理，对整个项目施工进程的稳定性有较大帮助。

六、结束语

数字技术依托其高效、精准的特性，在当代建筑施工中的作用及优势越发明显，使得我国建筑工程，目前正处于一个平稳运行且呈上升趋势的阶段。将数字技术应用到建筑施工当中，能够对其进行有效整合并提升管理效率，对我国建筑工程的软实力建设有良好的助推作用。但我们仍要保持推陈出新的态度，积极进行探索及借鉴，持续优化，运用数字技术思维来引导建筑施工，推动我国建筑施工项目迈向一个更高的发展平台。

作者单位：李娆 北京北大纵横管理咨询有限责任公司

澳门科技大学商学院

参  考  文  献

[1]于博远.基于数字技术工具Grasshopper下的Voronoi算法的建筑作品生成[J].工业建筑，2020，50（8）：226.

[2]王仪萍，王波，吴思.BIM技术在大规模建筑群体建设中的应用——评《基于BIM技术的大型建筑群体数字化协同管理》[J].工业建筑，2021，51（07）：235.

[3]“数字建筑”，引领未来——柳州市中房香兰园一期装配式住宅施工BIM技术应用[J].广西城镇建设，2022（03）：72-76.

[4]杜星凌.数字建筑·行业管理篇[J].中华建设，2022（01）：112-115.

[5]徐晨.建筑数字视觉的应用和解决方案[J].建设科技，2020（18）：69-71.

[6]袁正刚.以数字建筑破困局立新势[J].施工企业管理，2019（09）：91-93.

[7]邰侠.“互联网+数字建筑”融合创新[J].住宅与房地产，2019（23）：18-21.