摘要

通過文獻調(diào)研與歸納總結(jié)，分析BIM技術在建筑工地的應用情況，綜述BIM融合信息技術在智慧工地中的應用、可實現(xiàn)的功能及解決的工程問題。結(jié)果表明: BIM融合信息技術在異形構(gòu)件施工、進度協(xié)同優(yōu)化、風險管控、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、商務等方面的管理。針對BIM融合信息技術在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享、探索實踐及應用指標化總結(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融合信息技術在智慧工地中的應用

1.在智慧工地各模塊中的應用

1)質(zhì)量管理方面

BIM融合空間信息技術、大數(shù)據(jù)、云技術、人工智能技術等在施工方案制訂、工程測量、施工質(zhì)量檢測等方面各有應用。空間信息技術主要包括衛(wèi)星導航定位技術、衛(wèi)星遙感技術、地理信息系統(tǒng)技術等,與BIM技術融合應用可使施工質(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，進而對工程建設周期中各指標進行管理。此外，BIM融合3D打印、3D激光掃描技術、VR技術可更好地解決施工技術、檢測、監(jiān)測等問題。如將BIM模型轉(zhuǎn)換成對應有限元軟件格式后進行受力分析及優(yōu)化設計，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，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技術的WBS工作分解結(jié)構(gòu)的基礎上，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)化方面已有較多應用。王永泉等利用遺傳算法結(jié)合BIM技術，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)工地無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)技術可實現(xiàn)施工智能跟蹤定位、應力監(jiān)測、安全預警等功能。利用RFID技術、ZigBee技術、傳感器等，采集人員、機械及施工關鍵部位信息，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、遺傳算法、知識圖譜等技術，融合BIM技術可搭建由感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、算法層、功能應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)等技術可以延伸和擴展出新的安全管理應用模式與價值。

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、推理技術及多種算法等人工智能技術可實現(xiàn)能耗管理、成本預測等多種功能，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)技術及空間信息技術可準確實現(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融合信息技術在材料、構(gòu)件的全壽命周期中正逐漸得到廣泛應用。

5)商務管理方面

BIM承載信息的特點與區(qū)塊鏈可保證信息安全、快速、準確共享的優(yōu)勢相得益彰，BIM融合區(qū)塊鏈技術可有效解決施工現(xiàn)場多方、多專業(yè)信息共享的難題。融合應用區(qū)塊鏈與BIM技術使眾多參與主體聯(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用

BIM集成新一代信息技術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。

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、需要何種技術實現(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過程中需要考慮的問題。依據(jù)目前存在的研究及工程應用實例，分析目前BIM融合信息技術的研究應用進展，BIM融合不同信息技術實現(xiàn)的功能對比如表1所示。

BIM融合信息技術存在的問題

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

在BIM融合信息技術中涉及多種數(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)絡之間的通信等問題，而與信息技術相關的應用軟件交互的數(shù)據(jù)標準及體系仍不完善，進行BIM融合信息技術的應用需要的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準、編碼標準、插件接口及穩(wěn)定的網(wǎng)絡傳輸等問題有待深入研究。

2)BIM融合信息技術在實踐中探索性不足

智慧工地的建立需要新技術的不斷應用實踐，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用效果產(chǎn)生較大影響；區(qū)塊鏈應用了密碼學技術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融合多項信息技術的應用無指標化

BIM融合信息技術解決同一問題所融合的技術路徑及種類有很多種，對各項技術融合后方案的技術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融合信息技術并未形成具體的技術體系，開發(fā)的管理平臺智慧程度各有不同，多項信息技術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、技術標準、工作標準、應用等級、系統(tǒng)升級也有待于完善。

相關建議

1)統(tǒng)一數(shù)據(jù)及技術標準，采用穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡通信方式

工程數(shù)據(jù)的采集存儲、不同格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、技術標準的統(tǒng)一關系到數(shù)據(jù)挖掘與應用。采用先進傳感設備、計算機硬件設備及 5G 技術可保證數(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出及技術標準的統(tǒng)一可以以IFC標準統(tǒng)一管理，在不斷的工程實踐中逐步建立相關的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換插件與接口，建立 BIM 融合信息技術交互的數(shù)據(jù)標準，最大限度地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2)加強BIM融合信息技術的實踐，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，可實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的挖掘分析及可視化，為領導者提供決策依據(jù)。企業(yè)應依據(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，逐漸應用自動化及機器人技術，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加強多項信息技術的融合應用，明確各技術的優(yōu)劣勢，充分利用信息技術，將理論研究付諸于實踐，在技術利用過程中聯(lián)合研發(fā)單位不斷優(yōu)化融合技術，明確各技術的優(yōu)勢，注重分析融合技術的優(yōu)劣勢及效益對比。在形成企業(yè)技術體系后，建立以 BIM 融合信息技術為核心的智慧工地標準，對技術、施工、平臺的標準進行制定，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，山東建筑大學黨委副書記、校長

【作者簡介】呂慶，青島理工大學

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

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