智能建造的技术体系及应用模式研究

刘二虎 王鹏洲 徐涛 赵琛

中国建筑第四工程局有限公司 广东 广州 510000

1 研究背景

智能建造是一种新型的、智能化的建造方式，它将计算机技术、人工智能、控制技术、传感器技术、虚拟现实和增强现实技术等高科技技术应用于建筑建造的各个阶段，从而实现智能化、智能联网、精益生产和可持续发展。在当前快速发展的信息化时代，智能建造成为了新建筑技术应用的热点和未来发展的趋势。实现智能建造的关键在于智能技术的应用，尤其是人工智能、物联网和云计算等技术的应用，必须将智能技术与建筑工程的传统方式相结合，从而提高效率、降低成本，并实现建筑工程的质量控制。

2 智能建造的概念界定

2.1 智能建造的特点

智能建造作为新一代建筑业发展趋势，具有多种特点。首先，智能建造是基于数字化和信息化技术的建造方式，采用了计算机辅助设计、虚拟仿真等现代技术手段。其次，智能建造具备高度集成性和协同性，具有较强的生产与管理创新能力。此外，智能建造还具有快速、灵活、可重复性、可持续性等特点，能够满足不同需求和多元化市场的应用要求[1]。智能建造的快速性体现在建筑工程建造周期明显缩短，检测和验收时间大幅缩短，提高了工程建设效率，降低了建设成本。灵活性则表现在智能建造过程中具有多元化的建造方式，能够为建筑业提供更灵活的应对策略，满足不同层次客户的需求。在可重复性方面，智能建造采用现代化管理方式，对建筑建造中的每一个环节都有严格的质量控制，从而保证了建筑质量的一致性。最后，智能建造还具有可持续性，能够实现节能减排、减少建筑废料产生等可持续发展目标，具有响应低碳经济、环境保护等重要意义。综上所述，智能建造具有多种显著的特点，因此在未来的建筑业中具有广泛的应用前景。

2.2 智能建造的主要内容

智能建造是当前建筑行业发展的热点之一，其主要内容可以从多个角度进行划分和描述。其中，从技术应用的角度来看，智能建造的主要内容可包括以下几个方面。首先是数字化建造技术。数字化建造技术是智能建造的核心，其主要包括BIM技术、机器视觉技术、虚拟现实技术等。其中，BIM技术是当前最为重要、应用广泛的数字化建造技术，它不仅能够实现建筑设计和施工过程中的数字化管理，还可以对建筑物的运营和维护提供支持。而机器视觉技术则可以通过摄像头、激光雷达等传感器对建筑物进行三维扫描和图像识别，从而实现对建筑物的自动化检测和监测。虚拟现实技术则可以实现对建筑物的虚拟仿真和交互式展示，是建筑设计、营销和教育等领域的重要手段[2]。其次是智能施工技术。智能施工技术是数字化建造技术在施工过程中的具体应用，主要包括施工机器人、智能设备、云辅助施工等。其中，施工机器人是当前应用最广泛、最为成熟的智能施工技术，可以实现对建筑物混凝土施工、墙体构建等环节的自动化控制，从而提升施工效率和质量。智能设备则可以通过无线通信、物联网、云计算等技术实现对施工现场的信息化管理和监控。云辅助施工则可以通过互联网和云计算技术实现对施工流程的协同和优化。最后是智能运营技术。智能运营技术是数字化建造技术在建筑物使用阶段的具体应用，主要包括智能能源管理、智能安全管理、智能维保管理等。其中，智能能源管理可以通过智能传感器、建筑自控系统等手段实现对建筑物用电、用水、用气等能源消耗的实时监测和控制。智能安全管理则可以通过视频监控、人脸识别等技术实现对建筑物的安全风险预警和防范。智能维保管理则可以通过物联网、大数据等技术实现对建筑物设施和设备的状态、使用寿命等信息的实时监测和管理。这些技术的应用，可以有效地提高建筑物的安全性、节能性以及运营效率。综上所述，智能建造的主要内容包括数字化建造技术、智能施工技术和智能运营技术。这些技术的应用，可以有效地提升建筑行业的发展水平和建筑物的建设、使用和维护质量。

3 智能建造的技术支撑体系

3.1 智能建造的技术支撑体系模型

智能建造的技术支撑体系模型是智能建造技术体系中至关重要的一部分。通过对该模型的研究，可以更好地理解智能建造技术的运行机制，从而为智能建造技术的应用提供更好的支撑。该模型可以分为三个基本模块：感知模块、决策模块和执行模块。感知模块通过各种传感器来实现工程信息的采集，如温度、湿度、压力等。决策模块则主要是通过智能算法对感知模块所采集的信息进行分析和判断，得出最优的决策，并通过控制指令传递到执行模块。执行模块则对控制指令进行执行，包括机械控制系统、计算机网络控制系统等，从而实现对整个工程建造过程的控制和管理。此外，在模型的应用中还可以考虑一些非常重要的要素，如安全性、高效性、灵活性和可靠性等，使智能建造技术更好地实现对工程建造的全方位支持和保障。总的来说，智能建造技术支撑体系的模型精简而又不失重要，实践证明，采用该模型进行智能建造技术的研究和应用，能够更好地支持和推进工程建造自动化、信息化和智能化的发展，促进工程建造效率的提升，实现对城市建设的快速发展以及人民生活的改善。

3.2 智能建造的技术支撑体系运行机制

智能建造的技术支撑体系运行机制是指智能建造领域中系统的运行和交互过程，包括构建、管理、应用等环节。在智能建造的运作中，技术支撑体系的作用非常重要，因为它将工程生命周期的所有阶段有机地结合在一起，使整个建造过程更加高效、智能化和可控[3]。首先，智能建造的技术支撑体系运行机制需要有高效的通讯和信息传输机制，可以实现不同方面信息的互联互通，方便各单位之间的协作和合作，减少信息传输的时间和成本。其次，技术支撑体系需要建立具有强大计算和分析能力的模型，不断优化模型和算法，实现对系统的智能识别、处理和智能决策。在智能建造的运作中，智能管理系统是不可或缺的，它具有项目管理、生产管理、质量管理、成本管理等多种功能，可实现对工程生命周期的全面管理，提高管理效率和精度。同时，技术支撑体系还需要有智能数据分析和处理能力，可以通过大数据的分析和挖掘，实现对建筑预算、设计、施工等环节的优化和升级，为建筑实现智能化提供加速和支持。在智能建造的支撑体系中，从业人员的培训和管理不可或缺。需要建立一个系统化的培训机制，防止错误信息的传递，提高从业人员的专业素质和技能水平，提高产品整体品质。总体而言，智能建造的技术支撑体系运行机制需要有智能化、信息化、集成化的特点，不断优化更新，确保其能够适应建筑市场的需求和变化，推动建筑行业实现技术创新和转型升级。

4 智能建造的应用模式

4.1 智能建造在建筑设计领域的应用

智能建造是指在建造过程中采用智能化技术手段，以提高建造效率、降低建造成本、提升建筑品质、提高节能环保性能等为目的的建造方法。在建筑设计领域，智能建造的应用涉及到建筑设计的多个方面。首先，在建筑设计的初期，利用BIM技术可以帮助设计师进行三维建模、工程量计算和材料计划，并可以进行虚拟现实演示，这样可以节约建造成本，同时也可以提高设计效率和建筑品质。其次，在建筑设计的实施过程中，采用机器学习、深度学习等技术可以自动化地进行建筑元素参数的计算和模型生成，从而降低出错几率，并且能够实现各种基于智能算法的建筑优化设计，满足建筑设计的高效、快速、精细的要求。此外，智能建造在设计领域还体现在对建筑材料的选择和管理上。通过搭建材料数据库和应用数据分析技术，可以快速准确地选择适合的材料，以及为后续施工、运营和维护做好数据储备和管理。值得注意的是，智能建造在建筑设计领域的应用还需要涉及到很多关键技术的研发和应用，随着技术的不断发展，智能建造在建筑设计领域的应用将会越来越广泛。

4.2 智能建造在施工管理领域的应用

智能建造在施工管理领域的应用，是许多建筑企业关注的领域之一。目前，许多公司正通过引入智能建造技术，优化施工管理流程，提高施工效率，缩短工期，降低成本，提高施工质量。一方面，智能建造技术在施工管理环节的应用，主要体现为：通过智能化的辅助设备、仪器和软件系统，实现施工现场的自动化、信息化和智能化，并通过实时数据交互和分析，进行全面监测和管理施工进程，从而大大提高施工效率和质量。另一方面，智能建造技术在施工管理环节的应用，还包括多方面的管理手段和方法，如建立信息化施工管理平台、引入施工工艺仿真技术、建立现场协同管理体系等。其中，信息化施工管理平台是最常用的手段之一，可以通过信息化手段，实现施工计划的有效制定和执行，施工过程的全面监控和管理，以及施工质量的实时监测和评估。此外，智能建造技术在施工管理中的应用，还涉及到了数据采集和管理，智能机器人和系统的应用，以及智能化施工项目的规划和设计等等。在未来，随着智能建造技术的不断进步和应用，施工管理的智能化与科学化将会成为建筑施工行业的趋势和重要发展方向。综上所述，在当前的建筑施工行业中，智能建造技术的应用带来了诸多优势，并在施工管理流程中具有重要作用。未来，在建筑施工领域进行深度智能化改革，将会改变传统施工管理模式，推动建筑业的可持续发展。

4.3 智能建造在建筑节能领域的应用

智能建造在建筑节能领域的应用建筑节能一直是建筑行业的一项重要任务，传统的建筑节能技术已经无法满足当今的要求。智能建造技术作为一种新兴技术，其在建筑节能领域的应用也成为了当前研究的热点之一。现在，智能建造技术已经被广泛应用于建筑节能领域，达到了让建筑变得更加环保、舒适、节能的目的。首先，基于智能建造技术的建筑节能控制系统具有通过建筑信息采集、数据处理、控制指令输出等方式对建筑进行全方位、精细化的能耗监测和调控的能力，从而实现建筑能耗的最优化控制。例如，在一座大型商业综合体中，建筑物通过感应器、温度探头、光照传感器等多种智能化设备对室内环境进行监测，并且建立了智能化的节能控制系统。控制系统根据环境参数的实时变化，调整室内温度、照明亮度、空气质量等多项因素，实现更加舒适、节能、环保的室内环境。其次，利用智能建造技术的建筑外墙保温系统，在保证建筑外观美观的前提下，是实现建筑节能的一种有效措施。采用智能建造技术设计的外墙保温系统可根据气候环境及建筑耐用性的要求，对建筑所采用的保温材料、保温厚度、保温方式、透气性等建筑细节方面进行精准定制，从而实现保温隔热的效果。比如，采用防火耐火、自清洁、抗紫外线的环保材料，进行耐用性和保温效果的双重保障，从而实现了建筑的高效节能。再次，利用智能建造技术实现建筑太阳能、风能、水能等可再生资源的利用，是建筑节能领域的重要手段。以太阳能利用为例，在采用智能建造技术的建筑中，太阳能电池板可以通过先进的控制技术实现对太阳能的最大化利用。建筑物中的太阳能电池板可以通过光敏器件进行能源转换，生成电能供建筑物使用。采用智能建造技术优化太阳能供电系统电源管理，能实现最大化利用可再生能源，从而提高建筑的能源效率。最后，在建筑节能领域应用智能建造技术与大数据技术结合，实现建筑信息的数字化、可视化管理，是达到节能目标的重要手段。通过智能化的数据传输、数据分析和数据应用等技术手段，管理人员可以实时获取建筑能耗情况、环境参数、设备运行状况、物料使用量、生产效率等信息，对建筑进行全过程监督，及时预警和调整。这不仅有利于保证建筑物的节能效果，同时也有助于提高建筑的使用效率和运营效益。综上所述，智能建造技术在建筑节能领域的应用，对于提高建筑的能源利用效率、节能效果和使用效益具有重要的意义。

5 总结

在本研究中，我们对智能建造的现状、关键技术和未来发展进行了全面系统的综述和分析。在总结部分，我们从以下三个方面对研究结果进行了总结。第一，智能建造在推进智慧城市、工业转型升级、社会可持续发展等方面具有重要意义。本研究鲜明地表明了智能建造在推进产业升级和城市发展等方面的巨大潜力，能够提高建筑节能、环境保护等方面的效率，进一步推动智慧城市建设的能力。第二，智能建造的核心技术主要包括物联网、云计算和人工智能，这三个技术领域的不断创新和发展将在未来的智能建造领域扮演至关重要的角色。物联网、云计算和人工智能三者相辅相成，可以大幅提高建筑物的智能化水平和智能运维的效率，进一步提升智能建造的可持续发展性。第三，智能建造在未来将面临着许多机遇和挑战。一方面，随着技术的不断推进，智能建造将逐渐应用于更多领域和业务，如智慧医疗和智慧社区等，将为人类创造更美好的生活。另一方面，智能建造的普及和推广还受到地域、资源、人才等多方面制约。因此，在未来的发展过程中，需要不断完善相关政策和规范，进一步加强国际合作和技术交流，推动智能建造的可持续发展。