【专题连载】智慧建造技术发展分析报告(中)

【专题连载】智慧建造技术发展分析报告（中） 3、智慧建造的信息化解决方案 实现智慧建造需要信息化手段来支撑，需要结合建筑行业特点和核心业务规划适用的解决方案。智慧建造的信息化解决方案就是以PM（项目管理）为核心，以BIM为支撑，以DM为持续改进和提升的基础，充分利用云计算和移动应用、物联网等先进技术，实现智慧建造的过程，使建设项目效益最大化，最终实现智慧建筑。即智慧建造信息化应用架构4MC。图3-1智慧建造信息化应用架构如图3-1所示，智慧建造信息化应用架构4MC主要包括平台层、应用层、终端层三个层。平台层可基于云计算技术（CloudComputing）实现传统平台向云服务平台转化。应用层始终围绕以提升项目管理（ProjcetManagement）这一关键业务为核心，实现项目全生命周期的信息化，实现管理效益的提升。从生产作业的角度来讲，通过 “专业工具软件支撑（BIM）”和“数据服务产品支撑（DM）”的支撑实现项目建造与运维的生产效率提高。终端层实现信息化的人机交互，实现从传统PC终端向移动终端（Mobile）和物联网应用拓展。3.1 4MC—PM 项目全生命周期管理（ProjectManagement） 项目管理业务是建筑行业的核心业务，围绕项目开展生产经营和管理活动是建筑行业业务形态的显著特点。图3-2 参建各方的项目管理对于建筑行业，项目管理水平的好坏决定了企业的发展好坏，决定了行业发展的水平，建筑行业的信息化要围绕项目管理（PM）核心业务开展，才能取得价值的最大化。项目管理业务信息化是基于项目全过程的信息化，也是支持集约化经营和精益化管理思想的落地。3.2 4MC—BIM 建筑信息模型（Building Information Modeling) 在项目建设过程中，单独的项目管理系统很难发挥作用，最大的问题就在于缺乏真实、实时的数据支持，数据之间难以建立有效关系。因此需要BIM技术及产品的支撑，满足作业层的生产需要，并产生真实有效的基础数据。BIM（Building InformationModeling）建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。BIM 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。一个完善的信息模型，能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用。BIM的可视化、参数化、数据化、可模拟化、可优化的特性让建筑项目的管理和交付更加高效和精益。图3-3 BIM技术应用如图3-3所示，基于项目全生命周期的BIM技术应用是以BIM服务器为基础，建模为输入，以协同为方向，实现项目各阶段、不同专业、不同软件产品之间的数据交换、集成与共享，为建设项目目标的实现做有力支撑。3.3 4MC—DM数据管理（Data Management）随着项目管理系统和BIM系统的深入应用，会产生各种各样的结构化和非结构化数据，面对海量的大数据，如何让这些数据进一步发挥价值，需要DM数据管理系统的支撑。如图3-4所示，DM数据管理包括两个层面：一个是数据和知识的复用和分析。我们在工作和生产过程中需要数据的支持和服务，需要复用经验数据，历史案例工程数据，需要对数据进行科学分析，以辅助工作和决策支持。例如需要查询和获取市场材料价格，需要获取工程造价指标支持造价估算，通过数据分析找出管理和生产的问题。另一方面是知识管理。在生产和管理过程中，会积累下很多数据和信息。需要进行加工、处理并形成知识进行复用。应该说建筑行业分散性的特点本身就不利于管理的标准化，各项目的一些好的经验、标准、指标无法有效积累和复用。因此更需数据的管理来支撑企业持续提高，发挥数据的价值。图3-4 项目全过程的DM数据管理3.4 4MC—云平台（CloudComputing）各系统中处理的复杂业务，产生的大模型和大数据如何提高处理效率？这对服务器提供高性能的计算能力和低成本的海量数据存储能力产生了巨大需求。通过云计算与信息化系统及软件的整合，使得建筑的建造过程与运维更加便捷、集约、灵活和高效。云计算是分布式处理、并行处理、网格计算、网络存储和大型数据中心的进一步发展和商业实现。如图3-5所示，基于“云”的服务平台、服务模式以让项目参建各方可以通过公有云和私有云，更自由的访问数据，更高效处理数据，更便捷的协作。图3-5 云平台3.5 移动应用及物联网（Mobile Application）图3-6 移动应用及物联网应用建筑行业的项目分散性、人员的移动性、管理的离散性等特点，对信息化的应用造成了很多障碍。如何有效的进行现场管理、移动办公、数据采集，解决信息化最后“几十米”的问题？可以说以往传统的信息化是“办公室”的信息化，我们需要插上网线，利用PC电脑终端来访问数据和使用软件。尤其建筑施工现场环境复杂，项目管理人员多是在现场作业和管理，抱着笔记本电脑下工地也是不方便的。因此要想实现全面的信息化应用，真正的实现智慧建造，必须关注项目现场的应用问题，利用移动应用技术、物联网等技术切实解决现场人员与信息化系统的交互问题，才能保障数据来源及时、准确。如图3-6所示，通过PAD、手机等移动终端，结合BIM技术手段，在PAD上进行建筑模型和图纸浏览，进行变更洽商、设计交底、施工指导、质量检查、模型浏览、沟通管理、设施管理等都非常高效。充分利用物联网技术提高现场管控能力，针对建筑的全生命周期对各阶段、各部位、各实体，通过RFID、电子标签、测量器、传感器、摄像头等终端设备，实现对项目建设过程和运维管理的实时监控、智能感知、数据采集和有效管理，提高作业现场的管理能力，加强了人与建筑的交互。4 基于建筑全生命周期的智慧建造一个建筑项目建设生命周期主要可以划分为规划设计、施工建造和设施运维三个大的阶段。规划设计解决的是”做什么“的问题，施工建造解决的是”怎么做“的问题，设施运维解决的是”怎么用“的问题。实现智慧建造就需要科学的、合理的和智慧的去解决三个阶段的主要问题，以BIM为载体结合物联网和云计算成为支撑智慧建造的主要模式。BIM（Building InformationModeling）是建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。在建造不同阶段的BIM模型结合物联网及云等技术，会产生很多实际应用，下面针对生命周期各阶段的一些热点应用做一阐述。4.1 规划设计阶段在规划设计阶段，充分利用BIM的可视化、高效协同、虚拟模拟、设计优化和三维出图等技术提高设计的质量和效率。设计阶段的应用主要包括4个方面。第一，在概念设计阶段，设计师充分利用BIM技术平台集成GIS及相关物联网技术，结合相应分析软件对设计条件进行判断、整理、分析，保证在设计最初就能够充分考虑现场环境等条件下，进行各种面积分析、地形分析、场地通风条件及潜力分析、体形系数分析、收益分析、可视度分析和日照轨迹分析及设计条件整合管理等。第二，在方案设计阶段。充分利用BIM技术实现方案的设计优化、方案对比和方案可行性分析等。BIM模型集成了建筑物完整的几何、物理和性能等信息，通过软件自动提取各种分析、模拟和优化所需要的数据进行计算，BIM软件平台可以实现建筑物性能分析、能耗分析、采光分析、日照分析和、通风模拟和疏散分析等，有效的提高了建筑物的宜居和智能化水平。第三，在施工图设计阶段，将BIM模型应如何设计之后，BIM模型作为一个信息平台能够将和专业设计的数据进行统筹管理，实现各种建筑构件被实时调用、统计分析、管理和共享。BIM模型应用主要包括建模和计算，规范校核、三维可视化辅助设计、工程造价信息统计、施工图文档、其他相关信息管理等。第四，在设备专业设计中的应用。建筑机电设备专业属于交叉 学科，在设计中既要考虑管线设备的安装顺序，还要保证足够的安装空间，以及设备和管线的维修和更换要求。传统的二维设计很难解决管线综合问题，引入BIM模型进行设计，有效地解决了空间管线综合及碰撞问题，同时还能够充分利用BIM模型的参数化特征，进行管线路径自动创建和自动计算，具有很高的智能型。4.2 施工建造阶段施工阶段是实现智慧建造最重要的阶段，也是BIM应用范围最广、人员最多、阶段最长的一个阶段。主要包括：第一，在施工方案阶段实现虚拟施工、方案优化。运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型，结合虚拟现实技术，实现虚拟建造，验证施工组织设计方案可行性，并按时间进度进行施工安装方案的模拟和优化。同时，对一些重要的施工环节或采用新施工工艺的关键部位、施工现场平面布置等施工指导措施进行模拟和分析，不断优化方案，以提高计划的可行性，提前可以分析施工过程中的难点、重点以及风险点。第二，在施工设计中进行碰撞检查、减少返工。在传统施工中建筑工程建筑专业、结构专业、设备及水暖电专业等各个专业分开设计，导致图纸中平立剖之间、建筑图和结构图之间、安装与土建之间及安装与安装之间的冲突问题数不胜数，随着建筑越来越复杂这些问题会带来很多严重的后果。通过三维模型，在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突，在施工前快速、全面、准确的检查出设计图纸中的错误、遗漏及各专业间的碰撞等问题，减少由此产生的设计变更和工程洽商，更大大提高了施工现场的生产效率，从而减少施工中的返工，提高建筑质量，节约成本，缩短工期，降低风险。第三，在施工全过程造价管理中实现精确算量、成本控制。工程量统计结合4D的进度控制，即所谓BIM在施工中的5D应用。施工中的预算超支现象十分普遍，缺乏可靠的基础数据支撑是造成超支的重要原因。BIM是一个富含工程信息的数据库，可以真实地提供造价管理需要的工程量信息，借助这些信息，计算机可以快速对各种构件进行统计分析，进行砼算量和钢筋算量。大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误，非常容易实现工程量信息与设计方案的完全一致。通过BIM获得的准确的工程量统计可以用于成本测算、