摘要

通過文獻調(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、可實現(xiàn)的功能及解決的工程問題。結(jié)果表明: BIM融合信息技術(shù)在異形構(gòu)件施工、進度協(xié)同優(yōu)化、風(fēng)險管控、數(shù)字信息處理等方面有良好的可行性，并可實現(xiàn)智慧工地在質(zhì)量、進度、安全、物資、商務(wù)等方面的管理。針對BIM融合信息技術(shù)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享、探索實踐及應(yīng)用指標(biāo)化總結(jié)等方面提出問題與建議，以期為智慧工地的實現(xiàn)做出更多貢獻。

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、工程測量、施工質(zhì)量檢測等方面各有應(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)則可通過對收集的數(shù)據(jù)進行分析與挖掘，進而對工程建設(shè)周期中各指標(biāo)進行管理。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、監(jiān)測等問題。如將BIM模型轉(zhuǎn)換成對應(yīng)有限元軟件格式后進行受力分析及優(yōu)化設(shè)計，進而拆分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。

2)進度管理方面

通過BIM集成數(shù)據(jù)庫、遺傳算法、模擬退火算法、圖像識別等技術(shù)，施工進度編制、管理、資源分配、進度優(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)化施工部署與進度影響因素，通過平臺對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)進行分析，管理者能實時對施工狀態(tài)進行掌控；另外，人工智能算法在研究施工進度、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)架工程的進度與費用問題，解決了工程量與資源安排問題等。BIM集成不斷迭代的信息技術(shù)在施工進度管理方面的研究會不斷突破，基于“BIM ”的進度管理平臺可以實現(xiàn)更精細、智慧化的管理，為智慧工地的進度管控提供更多發(fā)展空間。

3)安全管理方面

智慧工地彌補了傳統(tǒng)工地?zé)o法實時對信息進行處理并反饋結(jié)果的缺點。BIM融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)施工智能跟蹤定位、應(yīng)力監(jiān)測、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、機械及施工關(guān)鍵部位信息，結(jié)合BIM模型進行安全數(shù)據(jù)比對，實現(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，實現(xiàn)一套全面有效的識別、預(yù)警、決策管理機制，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)可以延伸和擴展出新的安全管理應(yīng)用模式與價值。

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融合專家知識庫、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)可實現(xiàn)能耗管理、成本預(yù)測等多種功能，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)確實現(xiàn)批量采購、實時監(jiān)測構(gòu)件的生產(chǎn)及運輸過程、實現(xiàn)按進度計劃精確發(fā)料及下料等功能，有效解決了施工現(xiàn)場因材料問題造成的成本增加問題。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承載信息的特點與區(qū)塊鏈可保證信息安全、快速、準(zhǔn)確共享的優(yōu)勢相得益彰，BIM融合區(qū)塊鏈技術(shù)可有效解決施工現(xiàn)場多方、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。靈活運用“BIM ”技術(shù)開發(fā)智慧工地系統(tǒng)、智慧工地管理平臺更能充分利用工地現(xiàn)場信息，保證各方信息暢通，使工程數(shù)據(jù)價值得到充分挖掘。同時，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.在智慧工地實現(xiàn)功能的對比

具體工程的施工特點各不相同，BIM融合不同信息技術(shù)可以實現(xiàn)多種不同功能，解決同一施工問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)實現(xiàn)何種功能來解決工程實際中遇到的問題等是在實際項目建設(shè)過程中需要考慮的問題。依據(jù)目前存在的研究及工程應(yīng)用實例，分析目前BIM融合信息技術(shù)的研究應(yīng)用進展，BIM融合不同信息技術(shù)實現(xiàn)的功能對比如表1所示。

BIM融合信息技術(shù)存在的問題

1)BIM融合信息技術(shù)融合時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享問題

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)傳輸等問題有待深入研究。

2)BIM融合信息技術(shù)在實踐中探索性不足

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，算法選擇及改進會對應(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，在信息采集存儲效率與安全方面仍可提高；自動化及機器人的應(yīng)用也并不多見于現(xiàn)代施工工地中，對在施工工地中的機器人應(yīng)用的控制算法、系統(tǒng)研究、平臺管理也需要不斷實踐。

3)BIM融合多項信息技術(shù)的應(yīng)用無指標(biāo)化

BIM融合信息技術(shù)解決同一問題所融合的技術(shù)路徑及種類有很多種，對各項技術(shù)融合后方案的技術(shù)及效益評估研究相對較少。在建立以“BIM ”為核心的智慧工地及智慧建造管理平臺過程中，BIM融合信息技術(shù)并未形成具體的技術(shù)體系，開發(fā)的管理平臺智慧程度各有不同，多項信息技術(shù)融合的理論研究還未實踐，對智慧工地及智慧建造管理平臺的效益評估、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用等級、系統(tǒng)升級也有待于完善。

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、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。采用先進傳感設(shè)備、計算機硬件設(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，智慧工地數(shù)據(jù)存儲容量也可以逐漸采用 5G 支持的云存儲模式擴充容量，以支持后續(xù)的數(shù)據(jù)計算與分析，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)，最大限度地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2)加強BIM融合信息技術(shù)的實踐，不斷進行探索與創(chuàng)新

大數(shù)據(jù)對施工生產(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)體系并不斷升級優(yōu)化，融合人工智能算法及其他信息技術(shù)，可實現(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)實際情況與研發(fā)單位合作，嘗試算法改進，解決局部收斂問題，加快收斂速度，實現(xiàn)工程資源的最優(yōu)調(diào)度等實際問題。企業(yè)要看清未來發(fā)展形勢，逐漸應(yīng)用自動化及機器人技術(shù)，解決施工中可替代的勞動力問題，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

建筑業(yè)實現(xiàn)智慧工地及智慧建造應(yīng)加強多項信息技術(shù)的融合應(yīng)用，明確各技術(shù)的優(yōu)劣勢，充分利用信息技術(shù)，將理論研究付諸于實踐，在技術(shù)利用過程中聯(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，注重分析融合技術(shù)的優(yōu)劣勢及效益對比。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)，對技術(shù)、施工、平臺的標(biāo)準(zhǔn)進行制定，為后續(xù)項目施工提供參考依據(jù)，為行業(yè)發(fā)展起到示范作用。

【作者簡介】于德湖，山東建筑大學(xué)黨委副書記、校長

【作者簡介】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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