人工智能在土木建筑领域的应用

陈力攀

【摘  要】 人工智能技术在土木建筑领域有着很大的应用潜力，人工智能应用于工程项目设计，可以降低设计的时间成本和人力成本；人工智能应用于建筑施工，能够提高工程项目的施工效率，提高工程施工质量，减少事故发生，保障施工人员的安全；人工智能应用于建筑工程维护和运营，能够提高建筑环境的舒适性，降低建筑物的能源消耗，提高建筑维护的质量，降低人工维护成本。

【关键词】 人工智能；土木建筑；工程项目设计；建筑施工；运营维护

土木建筑行业作为我国国民经济的重要支柱，在快速发展的同时也面临着很多难题，例如，土木建筑领域的信息化水平比较低、劳动生产效率不高、缺乏科技创新以及投资利润率低于社会平均水平等一系列问题。目前人工智能技术取得了重大突破，人工智能技术在不少行业得到较好的应用，极大提高了劳动生产效率。为实现我国土木建筑行业的健康稳定发展，需要将人工智能技术应用到土木建筑领域的各个环节中。利用先进人工智能技术对传统的土木建筑领域进行改造升级，提高劳动生产效率，降低成本和提高收益，这是一个非常有价值的研究课题。

一、人工智能在工程项目设计领域的应用

（一）人工智能在建筑设计领域中的应用

随着人工智能技术的不断完善，人工智能技术也开始应用到建筑设计领域，人工智能可以从经验数据中识别出规律性并总结归纳，经过大量数据的训练与自我学习以及建立算法模型，人工智能可以对后面输入的信息做出判断。人工智能技术应用到建筑设计行业，能够降低设计工作时间和设计成本，会极大提高工作效率工作。建筑设计师只需将容积率、建筑密度、场地位置等参数输入到相关软件界面，经过软件的运算与评估，软件可以将最佳的成果方案推荐给建筑设计师，极大地降低投入设计工作的时间成本和人力成本。另外人工智能设计能够在较短时间内生成多个方案，在满足各种指标的前提下快速创造利润最大化的设计方案，减少各种硬性指标对建筑设计方案构思和创意的束缚。当下利用人工智能技术创作建筑方案还停留在初级阶段，未来人工智能技术还可能学习建筑师设计手法和设计风格，将建筑设计师的设计风格和智慧进行归纳总结，协助建筑设计师完成建筑设计方案创作。

（二）人工智能在结构设计领域中的应用

目前建筑结构设计已经发展成熟，常规的建筑结构设计已经形成了固定的工作模式，但是也面临着结构设计人员劳动强度大、工作效率低的问题，难以满足结构优化设计需求等问题，同时无法有效利用已经积累的大量结构设计数据。利用人工智能可以通过对现有的建筑结构设计数据的学习，掌握建筑结构设计的规律，可以在设计阶段快速生成新的建筑结构设计方案，利用人工智能还可以进行结构设计优化，通过结构优化设计可以提高建筑结构的安全性，同时降低建筑结构的造价。传统的建筑结构优化设计需要进行大量的计算和试错，消耗时间多且效果不理想。应用人工智能技术，通过建立高效的算法模型，可以提高建筑结构分析准确性和速度，实现自动化的建筑结构优化设计，极大降低结构设计的时间成本和人力成本。

二、人工智能在建筑施工领域的应用

（一）人工智能在建筑施工计划编制中的应用

人工智能技术能够在建筑施工计划编制中发挥重要的作用。首先，利用人工智能技术分析建筑施工的历史数据，能够比较准确地预测建筑施工所需时间和资源，有利于工程项目管理团队制定比较合理的建筑施工计划，尽量避免工期延误和资源浪费。其次，可以利用人工智能技术来优化建筑施工计划，提高建筑施工效率和质量。例如，通过比较不同施工任务之间的优先级与依赖关系，人工智能能够自动调整建筑施工顺序，确保建筑施工過程的连贯与顺利进行。此外，利用人工智能技术还能够实时监控建筑施工进度，识别潜在的施工风险和问题，并提供具有针对性的解决方案。人工智能技术结合建筑施工管理系统使用，能够实现自动化的建筑施工计划编制与管理，提高工程项目的施工效率。

（二）人工智能在施工质量控制中的应用

工程质量控制是建筑施工领域中非常重要的环节，基于人工智能技术的质量检测技术可以利用各种摄像头和传感器获得大量的数据，然后对这些数据进行分析处理，这些数据包含建筑施工现场的声音、图像、温度等各种信息，应用人工智能技术可以对数据进行深度学习，可以准确快速地判断工程施工质量是否符合相关规范要求，基于人工智能的工程质量检测技术能够实现下面功能：

缺陷检测：通过对获取的工程施工现场的图像资料进行分析，人工智能系统能够自动识别工程施工过程中出现的缺陷，例如开裂、渗漏等问题，及早发现出现的问题并尽快修复，以免造成更大的工程质量隐患。

成果检验：在工程施工完成后，人工智能系统能够对建筑物的图像等数据进行分析，判断工程质量是否符合质量标准。例如，墙面平整度检测、色差检测等，确保建筑物的质量是否符合相关质量标准。

过程监测：通过人工智能系统能够对工程施工现场相关数据进行实时监控，发现工程施工中出现的各种异常情况。例如，检测工程施工进度是否出现延误、工程施工工艺是否符合相关规范等，保证工程施工质量和工期并降低相关风险。

报告分析生成：基于人工智能技术的工程质量检测能够自动分析并生成质量检测报告，提供详细的工程质量数据和，方便工程管理人员分析和决策。这样能够极大提高工作效率。

通过推广基于人工智能的工程质量检测技术，工程施工领域能够实现工程质量控制的智能化，极大提高工程施工质量和效率。

（三）人工智能在施工安全管理中的应用

利用人工智能技术能够对实时监测数据与历史数据进行分析，预测工程施工过程中有可能出现的各种安全隐患，同时通过在工程施工场地布置安装监控摄像头和各种传感器，人工智能能够实时监测工程施工现场实时情况，人工智能利用深度学习算法能够对工程施工现场的各种数据进行分析，识别出各种安全风险隐患，并发出警报信息，以便工程管理人员及时采取对应的措施，防止事故发生，保障施工人员的安全。

三、人工智能在建筑运营维护中的应用

（一）人工智能在建筑智能照明系统中的应用

应用智能照明系统能够有效地管理建筑物的各种照明设备，提高建筑物能源利用效率。通过利用传感器技术与人工智能算法，智能照明系统能够实现对建筑照明设备进行智能化控制和管理。首先，通过布置在建筑物各区域的各种传感器，人工智能系统能够实时感知相关人员的存在和活动状况，智能地调节照明设备的开关状态和亮度，提高建筑物能源利用效率与照明效果。其次，智能照明系统能够通过对采集到的数据进行分析，为建筑管理者提供建筑能源消耗的实时监测分析报告，通过对建筑物能源数据的深入分析，能够发现建筑物能源浪费状况和潜在的节能空间，进而采取针对性的节能措施。最后，智能照明系统还能够利用手机实现远程监控与控制，让建筑业主能够随时通过手机对智能照明设备进行控制与调节，提高管理智能照明系统的便利性。

（二）人工智能在建筑智能供暖与通风系统中的应用

人工智能技术应用于建筑供暖与通风系统，能够更加高效进行节能管理。利用传感器可以实时监测建筑物内部的湿度、温度和空气质量等相关数据，利用自主学习算法对这些数据进行分析，然后对系统进行调控和优化。在建筑智能供暖方面，根据建筑物内部及外部的温度、季节等数据，利用人工智能技术可以控制供暖设备的温度调节和开关，从而达到最好的舒适度，并提高能源利用效率。智能供暖系统通过学习业主的使用习惯和建筑物内部的热传输特性，能够自动调节供暖策略，提供个性化的服务。在建筑智能通风系统方面，利用传感器獲得建筑内外的湿度、二氧化钛浓度等数据，建筑智能通风系统可以控制通风设备的风量调节和开关，保持建筑物内的空气质量，根据建筑的人流量等数据，能够智能调节通风策略，实现节约能源的目的。建筑智能供暖与通风系统通过应用人工智能技术，能够有效地管理建筑物的能源，提升建筑环境的舒适度，降低建筑物能源消耗，人工智能技术在建筑智能供暖与通风系统方面的应用中具有非常好的前景。

（三）人工智能在建筑智能监控与预警系统中的应用

目前人工智能技术在建筑智能监控与预警系统的应用发展迅速，利用各种传感器和人工智能算法，可以实时监测并分析建筑物的各种数据，可以预测各种潜在的安全风险和隐患，并及时提供预警信息。建筑智能监控与预警系统能够全方位监测建筑结构的安全。通过布置在建筑物外部和内部的各种传感器，智能系统可以实时感知到建筑结构的振动、变形、位移等信息数据，还能监测到建筑环境的温度、湿度等环境参数。利用人工智能算法对这些数据进行分析，智能系统能够准确评估建筑结构的健康状况，发现潜在的各种安全风险。例如，如果智能系统监测到建筑结构的裂缝、位移过大等异常情况，会马上发出预警，提醒管理人员采取必要补救措施，确保建筑结构的安全。此外，建筑智能监控与预警系统通过对建筑物实时监测数据和历史数据和分析，能够预测建筑物未来的潜在风险和维护需求，例如设备故障、能耗异常等，能够根据建筑物使用情况，对建筑物进行综合评估，以减少潜在的各种风险。

（四）人工智能在建筑自动化消防系统中的应用

人工智能技术在建筑自动化消防系统中的应用具有很高的潜力和重要性，通过利用人工智能技术，建筑自动化消防系统能够实现感知、分析与决策等功能，对建筑物发生火灾的风险实时监测并处理，该智能系统可以监测并识别火灾迹象，然后快速启动建筑灭火设备，同时向有关人员发出警报信号。首先，建筑自动化消防系统利用各种传感器，监测建筑物的温度、烟雾等指标，当指标超出规定的安全范围时，智能系统能够判断是否已经发生火灾，并做出快速反应。其次，该智能系统能够与其他系统进行衔接。例如，当火灾发生时，智能系统可以快速切断电源和液化气源，确保火灾不会发生蔓延风险。最后，建筑自动化消防系统能够进行智能化报警，当智能系统监测到火灾迹象时，会立刻向有关人员发送警报信息，包括火灾状况和最佳逃生路线等信息。同时，智能系统还能够与消防部门进行连接，实现实时求助。

（五）人工智能在建筑工程维修与保养中的应用

随着人工智能技术突破，智能机器人在建筑工程维修与保养中的应用日益广泛。一方面，智能机器人在建筑工程维修和保养中具有精确性和高效性的优势。智能机器人利用传感器技术，能够实时监测建筑工程设备运行情况，并采用相应的维修与保养措施，有效提升建筑工程维护的质量和效率。另一方面，智能机器人应用于建筑行业带来了更高的安全性，智能机器人能够承担比较危险的工程维修和保养任务，避免人工操作可能发生的伤害。智能机器人还能够根据建筑工程设备的实际情况，及时把相关数据信息反馈给工程管理者，供其进行决策，实现对建筑工程设备的有效管理。随着人工智能技术突破，智能机器人将在建筑工程的维修与保养领域发挥更加重要的作用。

四、结语

随着人工智能技术的发展，人工智能在工程项目设计、建筑施工、建筑运营与维护等方面都得到了应用，目前人工智能在土木建筑领域的发展还处于初级阶段，在土木建筑领域中的大规模实际运用还需要一段时间，从已有的研究来看，人工智能在土木建筑领域具有很大的应用潜力。

1. 人工智能技术应用于建筑设计和建筑结构设计，可以降低工程项目设计的时间成本和人力成本。

2. 人工智能技术应用于建筑施工领域，能够实现自动化的建筑施工计划编制与管理，提高工程项目的施工效率；能够实现工程质量控制的智能化，极大地提高工程施工质量和效率；能够减少事故发生，保障施工人员的安全。

3. 人工智能技术应用于建筑维护和运营领域，能够提高建筑环境的舒适性，降低建筑物的能源消耗，提高建筑维护的质量，降低人工维护成本，防止火灾等各种风险隐患。

4. 目前人工智能技术在土木建筑领域的应用存在一些问题，例如，人工智能系统简单，人工智能应用比较单一，人工智能系统之间缺少协调合作等，这些问题需要进行更深入研究。

参考文献：

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