摘要

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研與歸納總結(jié)，分析BIM技術(shù)在建筑工地的應(yīng)用情況，綜述BIM融合信息技術(shù)在智慧工地中的應(yīng)用、可實(shí)現(xiàn)的功能及解決的工程問(wèn)題。結(jié)果表明: BIM融合信息技術(shù)在異形構(gòu)件施工、進(jìn)度協(xié)同優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)管控、數(shù)字信息處理等方面有良好的可行性，并可實(shí)現(xiàn)智慧工地在質(zhì)量、進(jìn)度、安全、物資、商務(wù)等方面的管理。針對(duì)BIM融合信息技術(shù)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享、探索實(shí)踐及應(yīng)用指標(biāo)化總結(jié)等方面提出問(wèn)題與建議，以期為智慧工地的實(shí)現(xiàn)做出更多貢獻(xiàn)。

BIM融合信息技術(shù)在智慧工地中的應(yīng)用

1.在智慧工地各模塊中的應(yīng)用

1)質(zhì)量管理方面

BIM融合空間信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、人工智能技術(shù)等在施工方案制訂、工程測(cè)量、施工質(zhì)量檢測(cè)等方面各有應(yīng)用。空間信息技術(shù)主要包括衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)等,與BIM技術(shù)融合應(yīng)用可使施工質(zhì)量得到保證。BIM融合大數(shù)據(jù)則可通過(guò)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘，進(jìn)而對(duì)工程建設(shè)周期中各指標(biāo)進(jìn)行管理。此外，BIM融合3D打印、3D激光掃描技術(shù)、VR技術(shù)可更好地解決施工技術(shù)、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)等問(wèn)題。如將BIM模型轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)有限元軟件格式后進(jìn)行受力分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而拆分BIM模型、分塊打印、制作混凝土構(gòu)件，有效解決了異形構(gòu)件施工重難點(diǎn)。

2)進(jìn)度管理方面

通過(guò)BIM集成數(shù)據(jù)庫(kù)、遺傳算法、模擬退火算法、圖像識(shí)別等技術(shù)，施工進(jìn)度編制、管理、資源分配、進(jìn)度優(yōu)化等方面取得眾多研究成果。如李雁忠等在分析基于BIM技術(shù)的WBS工作分解結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化施工部署與進(jìn)度影響因素，通過(guò)平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，管理者能實(shí)時(shí)對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行掌控；另外，人工智能算法在研究施工進(jìn)度、資源優(yōu)化方面已有較多應(yīng)用。王永泉等利用遺傳算法結(jié)合BIM技術(shù)，優(yōu)化了網(wǎng)架工程的進(jìn)度與費(fèi)用問(wèn)題，解決了工程量與資源安排問(wèn)題等。BIM集成不斷迭代的信息技術(shù)在施工進(jìn)度管理方面的研究會(huì)不斷突破，基于“BIM ”的進(jìn)度管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)、智慧化的管理，為智慧工地的進(jìn)度管控提供更多發(fā)展空間。

3)安全管理方面

智慧工地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工地?zé)o法實(shí)時(shí)對(duì)信息進(jìn)行處理并反饋結(jié)果的缺點(diǎn)。BIM融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)施工智能跟蹤定位、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、安全預(yù)警等功能。利用RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、傳感器等，采集人員、機(jī)械及施工關(guān)鍵部位信息，結(jié)合BIM模型進(jìn)行安全數(shù)據(jù)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)定位、協(xié)同、預(yù)警、更新等功能，提高了施工整體安全管理水平。人工智能包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、知識(shí)圖譜等技術(shù)，融合BIM技術(shù)可搭建由感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、算法層、功能應(yīng)用層組成的智能安全管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一套全面有效的識(shí)別、預(yù)警、決策管理機(jī)制，為智慧工地安全管理體系提供新參考。BIM融合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)可以延伸和擴(kuò)展出新的安全管理應(yīng)用模式與價(jià)值。

4)物資管理方面

BIM融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可監(jiān)控物資全生命周期，降低工程成本。BIM融合專家知識(shí)庫(kù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、推理技術(shù)及多種算法等人工智能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)能耗管理、成本預(yù)測(cè)等多種功能，有效為傳統(tǒng)工地轉(zhuǎn)型為智慧工地助力。BIM融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及空間信息技術(shù)可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)批量采購(gòu)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)構(gòu)件的生產(chǎn)及運(yùn)輸過(guò)程、實(shí)現(xiàn)按進(jìn)度計(jì)劃精確發(fā)料及下料等功能，有效解決了施工現(xiàn)場(chǎng)因材料問(wèn)題造成的成本增加問(wèn)題。另外，利用“BIM ”技術(shù)也解決了裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)與裝配問(wèn)題。BIM融合信息技術(shù)在材料、構(gòu)件的全壽命周期中正逐漸得到廣泛應(yīng)用。

5)商務(wù)管理方面

BIM承載信息的特點(diǎn)與區(qū)塊鏈可保證信息安全、快速、準(zhǔn)確共享的優(yōu)勢(shì)相得益彰，BIM融合區(qū)塊鏈技術(shù)可有效解決施工現(xiàn)場(chǎng)多方、多專業(yè)信息共享的難題。融合應(yīng)用區(qū)塊鏈與BIM技術(shù)使眾多參與主體聯(lián)系在一起，解決了信息監(jiān)管、信任、安全、共享等難題，為工程商務(wù)辦公管理體系及工程質(zhì)量管理體制建立提供了新方案。

2.在智慧工地管理平臺(tái)方面的應(yīng)用

BIM集成新一代信息技術(shù)可全面廣泛地管理建筑工地，有效消除各種安全隱患及不穩(wěn)定因素。靈活運(yùn)用“BIM ”技術(shù)開(kāi)發(fā)智慧工地系統(tǒng)、智慧工地管理平臺(tái)更能充分利用工地現(xiàn)場(chǎng)信息，保證各方信息暢通，使工程數(shù)據(jù)價(jià)值得到充分挖掘。同時(shí)，打造智慧工地也是為智慧建造、智慧城市的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

3.在智慧工地實(shí)現(xiàn)功能的對(duì)比

具體工程的施工特點(diǎn)各不相同，BIM融合不同信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種不同功能，解決同一施工問(wèn)題的效率與效益也存在差異。是否需要依靠“BIM ”技術(shù)、需要何種技術(shù)實(shí)現(xiàn)何種功能來(lái)解決工程實(shí)際中遇到的問(wèn)題等是在實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題。依據(jù)目前存在的研究及工程應(yīng)用實(shí)例，分析目前BIM融合信息技術(shù)的研究應(yīng)用進(jìn)展，BIM融合不同信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)的功能對(duì)比如表1所示。

BIM融合信息技術(shù)存在的問(wèn)題

1)BIM融合信息技術(shù)融合時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享問(wèn)題

在BIM融合信息技術(shù)中涉及多種數(shù)據(jù)格式及編碼方式，直接影響到數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、海量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定接收、不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信等問(wèn)題，而與信息技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用軟件交互的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及體系仍不完善，進(jìn)行BIM融合信息技術(shù)的應(yīng)用需要的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)、編碼標(biāo)準(zhǔn)、插件接口及穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸等問(wèn)題有待深入研究。

2)BIM融合信息技術(shù)在實(shí)踐中探索性不足

智慧工地的建立需要新技術(shù)的不斷應(yīng)用實(shí)踐，人工智能包含遺傳、粒子群、蟻群、模擬退火等多種算法，算法選擇及改進(jìn)會(huì)對(duì)應(yīng)用效果產(chǎn)生較大影響；區(qū)塊鏈應(yīng)用了密碼學(xué)技術(shù)且融合了高度密集的算法，在信息采集存儲(chǔ)效率與安全方面仍可提高；自動(dòng)化及機(jī)器人的應(yīng)用也并不多見(jiàn)于現(xiàn)代施工工地中，對(duì)在施工工地中的機(jī)器人應(yīng)用的控制算法、系統(tǒng)研究、平臺(tái)管理也需要不斷實(shí)踐。

3)BIM融合多項(xiàng)信息技術(shù)的應(yīng)用無(wú)指標(biāo)化

BIM融合信息技術(shù)解決同一問(wèn)題所融合的技術(shù)路徑及種類(lèi)有很多種，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)融合后方案的技術(shù)及效益評(píng)估研究相對(duì)較少。在建立以“BIM ”為核心的智慧工地及智慧建造管理平臺(tái)過(guò)程中，BIM融合信息技術(shù)并未形成具體的技術(shù)體系，開(kāi)發(fā)的管理平臺(tái)智慧程度各有不同，多項(xiàng)信息技術(shù)融合的理論研究還未實(shí)踐，對(duì)智慧工地及智慧建造管理平臺(tái)的效益評(píng)估、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用等級(jí)、系統(tǒng)升級(jí)也有待于完善。

相關(guān)建議

1)統(tǒng)一數(shù)據(jù)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)通信方式

工程數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)、不同格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一關(guān)系到數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用。采用先進(jìn)傳感設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備及 5G 技術(shù)可保證數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)姆€(wěn)定及精確，同時(shí)，智慧工地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)容量也可以逐漸采用 5G 支持的云存儲(chǔ)模式擴(kuò)充容量，以支持后續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，數(shù)據(jù)格式的匯入?yún)R出及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一可以以IFC標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一管理，在不斷的工程實(shí)踐中逐步建立相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換插件與接口，建立 BIM 融合信息技術(shù)交互的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2)加強(qiáng)BIM融合信息技術(shù)的實(shí)踐，不斷進(jìn)行探索與創(chuàng)新

大數(shù)據(jù)對(duì)施工生產(chǎn)方式、企業(yè)管理方式的轉(zhuǎn)變起著至關(guān)重要的作用，施工企業(yè)建立大數(shù)據(jù)體系并不斷升級(jí)優(yōu)化，融合人工智能算法及其他信息技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的挖掘分析及可視化，為領(lǐng)導(dǎo)者提供決策依據(jù)。企業(yè)應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況與研發(fā)單位合作，嘗試算法改進(jìn)，解決局部收斂問(wèn)題，加快收斂速度，實(shí)現(xiàn)工程資源的最優(yōu)調(diào)度等實(shí)際問(wèn)題。企業(yè)要看清未來(lái)發(fā)展形勢(shì)，逐漸應(yīng)用自動(dòng)化及機(jī)器人技術(shù)，解決施工中可替代的勞動(dòng)力問(wèn)題，為企業(yè)轉(zhuǎn)型做探索。

3)建立智慧工地體系，不斷優(yōu)化建造管理平臺(tái)

建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)智慧工地及智慧建造應(yīng)加強(qiáng)多項(xiàng)信息技術(shù)的融合應(yīng)用，明確各技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)，充分利用信息技術(shù)，將理論研究付諸于實(shí)踐，在技術(shù)利用過(guò)程中聯(lián)合研發(fā)單位不斷優(yōu)化融合技術(shù)，明確各技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，注重分析融合技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)及效益對(duì)比。在形成企業(yè)技術(shù)體系后，建立以 BIM 融合信息技術(shù)為核心的智慧工地標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)技術(shù)、施工、平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定，為后續(xù)項(xiàng)目施工提供參考依據(jù)，為行業(yè)發(fā)展起到示范作用。

【作者簡(jiǎn)介】于德湖，山東建筑大學(xué)黨委副書(shū)記、校長(zhǎng)

【作者簡(jiǎn)介】呂慶，青島理工大學(xué)

全文刊載于《施工技術(shù)（中英文）》2021年第20期。《BIM融合信息技術(shù)在智慧工地中的應(yīng)用研究》，作者：呂慶,崔維久,于德湖,蓋彤彤.

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