智慧工地應用教學單元2

2.1智慧工地的背景及現狀

2.2智慧工地的技術支撐

2.3智慧工地的實踐應用

2.4BIM技術與智慧工地

2.5智慧工地的發展對工地信息化建設的影響Contents目錄智能建造是以建造過程中所使用的材料、機械、設備的智能為前提，在建造的設計與仿真、構件加工生產、安裝、測控、結構和人員的安全監測、建造環境感知中采用信息技術與先進建造技術的建造方式。智能建造包括以下多方面的技術和管理體系：三維建模及仿真分析技術。借助BIM技術，可以對復雜的構件進行三維建模，在此基礎上，對其受力特征、建造全過程、與周邊環境的關系進行仿真模擬。工廠預制加工技術。本單元主要介紹智能工地的背景、技術支撐、實踐應用；BIM技術與智慧工地的結合；以及智慧工地的發展對工地信息化建設的影響。學習目標學習要求（1）了解智慧工地的背景和現狀（2）掌握智慧工地的技術支持（3）學習智慧工地的實踐應用（4）理解BIM技術與智慧工地（5）熟練掌握智慧工地的發展對工地信息化建設的影響2.2智慧工地的技術支撐2.2智慧工地的技術支撐2.2.1BIM技術的特點一、可視化可視化即“所見所得”的形式，對于建筑行業來說，可視化的真正運用在建筑業的作用是非常大的，例如經常拿到的施工圖紙，只是各個構件的信息在圖紙上的采用線條繪制表達，但是其真正的構造形式就需要建筑業參與人員去自行想象了。對于一般簡單的東西來說，這種想象也未嘗不可，但是近幾年建筑業的建筑形式各異，復雜造型在不斷的推出，那么這種光靠人腦去想象的東西就未免有點不太現實了。所以BIM提供了可視化的思路，讓人們將以往的線條式的構件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前；建筑業也有設計方面出效果圖的事情，但是這種效果圖是分包給專業的效果圖制作團隊進行識讀設計制作出的線條式信息制作出來的，并不是通過構件的信息自動生成的，缺少了同構件之間的互動性和反饋性，然而BIM提到的可視化是一種能夠同構件之間形成互動性和反饋性的可視，在BIM建筑信息模型中，由于整個過程都是可視化的，所以可視化的結果不僅可以用來效果圖的展示及報表的生成，更重要的是，項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。2.2智慧工地的技術支撐2.2.1BIM技術的特點二、協調性這個方面是建筑業中的重點內容，不管是施工單位還是業主及設計單位，無不在做著協調及相配合的工作。一旦項目的實施過程中遇到了問題，就要將各有關人士組織起來開協調會，找各施工問題發生的原因，及解決辦法，然后出變更，做相應補救措施等進行問題的解決。在設計時，往往由于各專業設計師之間的溝通不到位，而出現各種專業之間的碰撞問題，例如暖通等專業中的管道在進行布置時，由于施工圖紙是各自繪制在各自的施工圖紙上的，真正施工過程中，可能在布置管線時正好在此處有結構設計的梁等構件在此妨礙著管線的布置，這種就是施工中常遇到的碰撞問題，BIM的協調性服務就可以幫助處理這種問題，也就是說BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業的碰撞問題進行協調，生成協調數據，提供出來。當然BIM的協調作用也并不是只能解決各專業間的碰撞問題，它還可以解決例如:電梯井布置與其他設計布置及凈空要求之協調，防火分區與其他設計布置之協調，地下排水布置與其他設計布置之協調等。2.2智慧工地的技術支撐2.2.1BIM技術的特點三、模擬性模擬性并不是只能模擬設計出的建筑物模型，BIM模擬性還可以模擬不能夠在真實世界中進行操作的事物。在設計階段，BIM可以對設計上需要進行模擬的一些東西進行模擬實驗，例如:節能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導模擬等；在招投標和施工階段可以進行4D模擬(三維模型加項目的發展時間)，也就是根據施工的組織設計模擬實際施工，從而來確定合理的施工方案來指導施工。同時還可以進行5D模擬(基于3D模型的造價控制)，從而來實現成本控制；后期運營階段可以模擬日常緊急情況的處理方式的模擬，例如地震人員逃生。2.2智慧工地的技術支撐2.2.1BIM技術的特點四、優化性事實上整個設計、施工、運營的過程就是一個不斷優化的過程，當然優化和BIM也不存在實質性的必然聯系，但在BIM的基礎上可以做更好的優化、更好地做優化。優化受三樣東西的制約:信息、復雜程度和時間。沒有準確的信息做不出合理的優化結果，BIM模型提供了建筑物的實際存在的信息，包括幾何信息、物理信息、規則信息，還提供了建筑物變化以后的實際存在。復雜程度高到一定程度，參與人員本身的能力無法掌握所有的信息，必須借助一定的科學技術和設備的幫助。現代建筑物的復雜程度大多超過參與人員本身的能力極限，BIM及與其配套的各種優化工具提供了對復雜項目進行優化的可能。基于BIM的優化可以做下面的工作:（1）項目方案優化:把項目設計和投資回報分析結合起來，設計變化對投資回報的影響可以實時計算出來；這樣業主對設計方案的選擇就不會主要停留在對形狀的評價上，而更多的可以使得業主知道哪種項目設計方案更有利于自身的需求。2.2智慧工地的技術支撐2.2.1BIM技術的特點（2）特殊項目的設計優化:例如裙樓、幕墻、屋頂、大空間到處可以看到異型設計，這些內容看起來占整個建筑的比例不大，但是占投資和工作量的比例和前者相比卻往往要大得多，而且通常也是施工難度比較大和施工問題比較多的地方，對這些內容的設計施工方案進行優化，可以帶來顯著的工期和造價改進。五、可出圖性BIM并不是為了出大家日常多見的建筑設計院所出的建筑設計圖紙，及一些構件加工的圖紙。而是通過對建筑物進行了可視化展示、協調、模擬、優化以后，可以幫助業主出如下圖紙:（1）綜合管線圖(經過碰撞檢查和設計修改，消除了相應錯誤以后)；（2）綜合結構留洞圖(預埋套管圖)；（3）碰撞檢查偵錯報告和建議改進方案。2.2智慧工地的技術支撐2.2.1BIM技術的特點由上述內容，我們可以大體了解BIM的相關內容。BIM在世界很多國家已經有比較成熟的BIM標準或者制度。BIM在中國建筑市場內要順利發展，必須將BIM和國內的建筑市場特色相結合，才能夠滿足國內建筑市場的特色需求，同時BIM將會給國內建筑業帶來一次巨大變革。六、一體化性基于BIM技術可進行從設計到施工再到運營貫穿了工程項目的全生命周期的一體化管理。BIM的技術核心是一個由計算機三維模型所形成的數據庫，不僅包含了建筑的設計信息，而且可以容納從設計到建成使用，甚至是使用周期終結的全過程信息。七、參數化性參數化建模指的是通過參數而不是數字建立和分析模型，簡單地改變模型中的參數值就能建立和分析新的模型；BIM中圖元是以構件的形式出現，這些構件之間的不同，是通過參數的調整反映出來的，參數保存了圖元作為數字化建筑構件的所有信息。八、信息完備性信息完備性體現在BIM技術可對工程對象進行3D幾何信息和拓撲關系的描述以及完整的工程信息描述。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用一、BIM技術在設計層面的應用（一）場地分析在工程建筑的設計過程中，前期對施工現場的勘查工作，運用BIM技術獲取場地信息并進行分析，能夠更準確地確認建筑周圍的環境現狀、建后的交通流量以及建筑物的空間位置等，有效解決因大量數據處理遲緩而出現諸多弊端的問題，通過虛擬成型構建出理想中的完美建筑與場地布局，對建筑結構的設計進行合理的分析與規劃。（二）方案輔助設計BIM技術作為多維的立體建筑模型，不僅儲備大量的數據信息，而且可以根據信息的改變作出相應的變化，對比傳統的建筑設計，BIM技術在工程建筑中的設計更具多元化，工程師可以通過計算機將原來的建筑圖紙立體化，并通過觀察方案中的參數變化，了解建筑結構的有效信息，對網絡的建筑形態進行調整，從而設計出最合適的建筑方案。建筑性能分析在設計前期，設計師可以根據建筑方案的要求，通過BIM技術對其實施不同的方案。例如，在建設商場時，BIM技術會對其進行建筑的美觀、高度以及內部設置、采光、能耗等多方面的分析，給予設計師精準有用的數據，從而合理進行方案的調整。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用（三）BIM技術在工程建筑設計中對不同專業的協調應用在工程建筑的設計中，BIM技術可以利用數字化和唯一模擬信息化建筑模型，跨專業進行網絡技術的處理，如建筑結構專業、水、暖、電等系統之間的相互轉換，工程師可以將信息共享，讓不同分工的工程師了解不同專業在BIM技術下的呈現效果，并根據所看到的模型內容進行溝通與探討，最終研究出最系統、最科學、最完善的設計方案。這種方式的出現，不僅可以促進施工企業、制造商以及建筑設計師之間的交流協商工作，而且也保證了所有參與方都共享到建筑模型的信息，對建筑結構有所了解，以便后期協同合作，促進工程質量的提高與工程進度的效率。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用二、BIM技術在施工階段的應用（一）智慧工地應用于施工現場安全管理的必然性建筑行業的特點主要有建筑物變化大、產品固定以及施工形狀不規則等，另外在實際進行施工的時候，其工作條件相對較差，同時還可能會出現一系列的安全隱患，對于安全事故的預防也具有較大的難度，施工過程當中影響安全施工的原因眾多。作為勞動密集型產業之一，建筑行業在建設期間需要用到大量的施工人員，而除了一些管理層的人員以外，從事基礎施工的大多為農村務工人員，這部分人員由于缺乏專業的培訓，在工作期間安全施工意識和自我保護意識不強，操作不夠規范，再加上施工企業對于安全管理工作不夠重視，施工現場當中條件千變萬化、危險因素眾多等，導致了一系列安全隱患的產生，在對施工企業造成嚴重經濟損失的同時還危及施工人員的生命安全。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用近些年來，隨著信息技術的不斷發展以及創新時代的來臨，我國在各行各業取得了前所未有的發展，也為施工現場安全管理工作帶來了新的契機。智慧工地系統的誕生使當下施工現場當中所存在的一些安全管理問題得到了有效解決。施工現場質量管理、生產、施工技術以及人員安全等都屬于現場安全管理的內容，相關人員在對其進行管理的過程當中需要對以下三點做到充分重視。1、綜合性在實際管理施工現場的時候，在有效確保工程建設安全的基礎上，還需要結合建設成本對施工進度做到合理控制，在同一場景下，在管理施工人員規范操作的同時，還要對工程建設所用到的材料進行質量把控。2、流動性從事一線工作的施工人員通常具有較強的流動性。在安全工人進場的時候需要結合工程進度實行分批、分專業的方式。另外由于建筑行業涉及到了多個專業，因此可能會產生較多的專業分包情況，如此以來就大大提高了工程總包管理的難度。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用3、有效性確保施工現場安全管理的有效性。在施工現場當中，人員、材料設備等方面的綜合性管理具有一定的難度，作為管理人員尤其要注意。（二）基于智慧工地的施工現場安全監管體系基于“智慧工地”理念構建施工現場的安全監管體系，是將基于物聯網、虛擬現實等技術的智能設備應用于施工現場安全管理，實現對“人的不安全行為”“物的不安全狀態”和“環境的不安全因素”的全面監管，預防安全事故的發生，實現安全建造。（如表2.1所示）表

2.1施工現場安全監管

人勞務實名制管理系統VR安全教育系統智能安全帽系統特種作業人員管理系統物塔吊安全監控系統深基坑檢測系統高支模監控系統環境生活區智能限電系統2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用（三）施工進度的科學管理化BIM技術在工程施工階段，主要扮演著管理的角色。通過相關工序模板等編輯器，對不同的施工階段進行劃分，提高工程的施工進度。在對建筑結構的加固中，BIM技術根據建筑模型的形態，給予合適的加固方法，例如，公路、橋梁的工程體積龐大，工作量大，可以通過外包鋼的加固法對建筑結構進行加固，這種方法的優點就是構件的承載能力大，施簡便，現場工作量較小。（四）資源材料的動態管理化BIM技術可以實現在工程建設過程中資源、材料等的動態跟蹤管理。根據工程實施中材料、工具的損耗情況，預測工程造價清單，使施工單位了解資源、材料的去向，從而減少資源、資金的支出，控制資源成本，最大限度地提高資源利用率。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用（五）施工質量的安全管理化BIM技術在工程施工過程中，還能夠對工程施工質量進行監測。施工單位與監測單位通過對比BIM數據，及時發現質量問題與需要改進的地方。BIM技術的數據精度非常高，使得施工安全管理的數據真實可靠，從而迫使施工單位在出現質量問題之前，就會努力提高施工質量，減少行業造假行為，有利于營造良好的施工氛圍，以提高整個工程的安全質量。三、智能建造理念下的BIM運用模式分析智能建造管理推動BIM運用。通過把BIM技術應用到建筑工程中，不僅可以優化施工設計工作，而且可以提高工程運行發展水平。然而，BIM技術在施工階段所發揮的作用并不大。追究其原因發現，應用BIM技術所構建的施工管理環境相對封閉，不能夠及時地與外界施工活動進行緊密聯系。當前，缺乏基于BIM技術下的管理理論、管理實踐經驗等，不利于加強施工管理工作。智慧建設管理為基于BIM技術下的管理工作既提供了先進的管理理念，而且強化了管理技術。在智慧建設管理快速發展的背景下，BIM技術的應用價值不斷提高。（如圖2.2所示）2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用（三）施工進度的科學管理化BIM技術在工程施工階段，主要扮演著管理的角色。通過相關工序模板等編輯器，對不同的施工階段進行劃分，提高工程的施工進度。在對建筑結構的加固中，BIM技術根據建筑模型的形態，給予合適的加固方法，例如，公路、橋梁的工程體積龐大，工作量大，可以通過外包鋼的加固法對建筑結構進行加固，這種方法的優點就是構件的承載能力大，施簡便，現場工作量較小。

圖2.2

智慧工地管理平臺架構圖2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用基于BIM技術的建筑工程造價管理包括四個階段，首先是找建筑工程造價設計階段的應用，項目各方需要建立BIM模型進行碰撞檢查，反映出了整個建筑工程的整體結構、電氣設計、給排水布置以及消防設施之間的碰撞沖突，提高了建筑工程圖紙的審核效率，實現建筑工程中不同專業領域的協同工作。將BIM技術應用到建筑工程造價設計階段的管理流程，其主要體現在建筑工程成本數據在設計與成本之間的交互作用。BIM設計模型與建筑工程造價之間的數據交互。（如圖2.3所示）圖2.3

BIM設計模型與建筑工程造價的數據交互2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用BIM技術可以促進建筑工程造價設計階段各方的協同工作，傳遞有效信息，防止在建筑工程造價的后期設計中發生變更，實現建筑工程造價管理前置的目標。在建筑工程造價的招投標階段，招標人采用BIM模型控制招標價及工程量清單，投標人利用BIM模型審核建筑工程量清單，實現建筑工程項目的合理報價。招投標階段造價管理流程（如圖2.4所示）。招投標造價管理流程整合了建筑工程所有方的工作流，提高了招投標雙方在建筑工程造價中的效率，招標人可以滿足自身對建筑工程經濟性要求的制定，投標人可以從建筑工程報價中體現出企業的競爭力。圖2.4

招投標造價管理流程2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用建筑工程造價施工階段的管理是在設計階段建立的BIM模型基礎上，結合建筑工程施工階段的工期變化、價格變化，建立建筑工程施工的BIM模型，利用BIM技術的參數化功能，調取建筑工程造價控制所需的各種費用，實現建筑工程造價的有效管理。在建筑工程造價的竣工階段，利用BIM技術建立建筑工程造價的BIM數據庫，將建筑工程造價管理的重心指向以上三個階段，注重建筑工程造價數據信息的收集與處理。結合建筑工程造價合同的有關約定，梳理出竣工結算的BIM模型。建筑工程造價竣工階段的管理流程（如圖2.5所示）。圖2.5建筑工程造價竣工階段的管理流程2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用通過以上應用分析，設計了建筑工程造價管理流程（如圖2.6所示）。綜上所述，通過將BIM技術應用到建筑工程造價管理的四個階段，實現了建筑工程造價的管理。圖2.6建筑工程造價管理流程圖2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用三、BIM技術與智慧工地隨著BIM技術的不斷深入發展，其已應用于各類工程的各個項目的各個階段，BIM技術的優勢也愈加明顯。同時BIM技術可有效解決工程項目所面臨的的各種技術難題，因此在打造智慧工地的過程中，BIM技術將以建設項目全生命周期的各個階段為基點，完成項目精細化管理與建設，為智慧工地關鍵因素控制管理提供技術支持。BIM和智慧工地兩個核心技術，共同構建項目數字化的基礎。BIM提供施工策劃數據3D可視化、以模型為載體的跨業務數據關聯與集成。智慧工地提供了施工實際數據、實時采集、以BIM為核心的業務數據集成。以此為基礎，提出了數字項目的概念，即“BIM+智慧工地”整合升級。將數字項目的定義豐富為，利用BIM相關技術，通過對項目的實體數字化、施工要素的數字化以及項目全過程的數字化，實現對項目現場作業的可控、項目指揮的高效及企業決策的精準，從而最終實現企業的數字化轉型。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用BIM+智慧工地，以進度為主線、以成本為核心，利用BIM、大數據、AI等核心技術，集成項目軟、硬件系統，實時匯總數據，實現建筑實體、生產要素、管理過程的全面數字化，為項目提供生產提效、管理有序、成本節約、風險可控的項目數字化解決方案。BIM技術幫助項目實現建筑實體數字化，智慧工地幫助項目實現生產要素數字化，二者共同支撐項目實現管理數字化。在智慧工地管理中應用BIM技術，可以提升咨詢服務水平。BIM咨詢服務模式主要包括四大類別，即企業級BIM咨詢、項目級BIM咨詢、基于BIM的項目管理解決方案咨詢服務、BIM培訓咨詢服務。類型多樣的BIM咨詢服務模式可以對客戶有效服務。弊端包括：在BIM技術下，還未能較好地對施工全流程進行充分地優化，同時整合各項資源的能力也不高尚沒有有效地反饋前期施工階段的信息，進而影響工程指導、管理效果；在BIM技術下所形成的管理環境對封閉，缺乏及時更新施工現場信息；應用BIM技術可對部分施工工作進行精細化管理，但是還不能夠提升項目工程整體管理效果。隨著以后的改進，在智慧建設管理快速發展的背景下，BIM技術的應用價值會越來越高。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用BIM模型創建與三維場布，BIM鋼筋建模軟件是在國家建筑規范和相關平法標準圖集的基礎上，使用CAD設計圖紙轉化建模或直接繪圖建模，輸入各種鋼筋量的建模方式。三維場布建模軟件在電腦中建立三維模型，用來科學規劃建設項目的臨時建設設施。1、土建模型創建結構構件創建的基本流程如下：（1）建立軸網：用CAD打開相應圖紙，框選需要的部分后，選擇“帶基點復制”，打開土建軟件選擇“粘貼”，插入點以坐標原點為宜。點擊“CAD轉化”，選擇“轉化主軸”。提取軸線和相關軸符后點擊“轉化”，轉化后軸網創建成功。（2）柱構件創建：粘貼對應的CAD柱圖到土建軟件中后，點擊“CAD轉化”，選擇“轉化柱體狀構件”。轉化成功后，雙擊其中一個柱構件名稱，打開該柱構件的屬性定義。然后依據圖紙中柱的標高來編輯該柱構件的屬性。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用（3）梁構件創建：粘貼對應的CAD梁圖到土建軟件中后，點擊“CAD轉化”，選擇“轉化梁”。轉化成功后，雙擊其中一個梁構件名稱，打開該梁構件的屬性定義。查看該梁的屬性是否與CAD梁圖中的集中標注屬性一致，直至該層所有梁構件都與CAD圖紙上構件所對應的集中標注屬性一致。（4）板構件創建：粘貼對應的CAD結構平面布置圖到土建軟件中后，選擇“樓板樓梯”。然后，依據CAD圖紙中的樓板名稱及屬性，點擊“增加”來創建相應的樓板名稱及屬性。點擊土建軟件左側功能欄的“樓板樓梯”，選擇“繪制樓板”。然后按照圖紙中顯示的樓板名稱及位置繪制好該層所有樓板。（5）墻構件創建：粘貼對應的CAD平面圖到土建軟件中后，選擇“墻”。然后，依據CAD圖紙中墻名稱及屬性，點擊“增加”來創建相應的墻名稱及屬性。點擊“墻體”，選擇“繪制墻”。然后，按照圖紙中顯示的墻名稱及位置繪制好該層所有的墻。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用（6）門窗構件創建：粘貼對應的CAD平面圖到土建軟件中后，在構件屬性欄中選擇“門窗洞口”，在“門窗洞口”中選擇“門”或“窗”并依據CAD圖紙中的門窗表增加名稱及尺寸屬性再依據相關立面展開圖修改門、窗標高屬性。（7）樓梯構件創建：粘貼對應的CAD平面圖到土建軟件中后，在土建軟件左側構件屬性欄中選擇“樓板樓梯”，在“樓板樓梯”中選擇“梯段”。然后，依據CAD圖紙中的樓梯詳圖增加梯段名稱及屬性。2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用2、場布模型創建（1）場地模型創建：在場布軟件功能欄中的“布置”選擇“地形圖”，點擊“場區地貌”來創建場地模型，再依據場布圖紙中的數據及地質情況來編輯場地大小和地貌屬性。（2）道路模型創建：在場布軟件上側功能欄中的“布置”選擇“道路硬化”，選擇“道路”來創建道路模型，再依據場布圖紙中的相關道路名稱和屬性數據來編輯施工道路的名稱和屬性。（3）功能區模型創建：在場布軟件上側功能欄中的“布置”選擇“辦公生活”，點擊“板房、食堂、廁所等設施”來創建辦公生活模型。然后依據場布圖紙中提供的數據來編輯設施的屬性。依據圖紙中設施名稱及位置來布置場地中的所有臨時設施。包括辦公生活、排水排污、安全防護、基坑圍護、臨時用電、消防設施、施工機械、加工設施、材料堆場、綠色文明等。BIM土建及三維場布模型。（如圖2.7所示）2.2智慧工地的技術支撐2.2.2BIM技術應用綜上所述，基于BIM的智慧工地管理模式在保證施工效