先进建造与管理导论教学课件第3章 智能建造

1、 第三章第三章 智能建造智能建造目录目录CONTENTSCONTENTS1智能建造概述智能建造概述234智能建造的主要技术手段智能建造的主要技术手段智能建造的主要装备智能建造的主要装备智慧工地管理系统智慧工地管理系统LOGO 3.1.1 智能建造的概念智能建造的概念目前学术界对智能建造的定义尚未达成统一，表3-1整理了部分学者对智能建造的定义。基于以上定义,可总结出智能建造强调的内容主要有五个方面:一是新技术对建造活动进行智能化赋能;二是面向规划决策、设计、生产、施工和运维全过程,面向建筑业的全参与方和全要素;三是实现建筑产业链的整合与协同升级;四是促进建设过程的能效提升与资源利用;五是交付更安全、更高质量、更绿色节能的建筑产品。序号序号作者作者定定义1Wang Lijia“智能建造”理念要求施工企业在施工过程节约资源、提高生产效率,用新技术代替传统的施工工艺和施工方法,以实现项目管理信息化,促进建筑业可持续发展2丁烈云智能建造是新信息技术与工程建造融合形成的工程建造创新模式,通过规范化建模、网络化交互、可视化认知、高性能计算以及智能化决策支持,实现数字链驱动下的工程立项策划、规划设计

2、、施工生产、运维服务一体化集成与高效率协同3毛志兵智能建造是在设计和施工建造过程中,采用现代先进技术手段,通过人机交互、感知、决策、执行和反馈提高品质和效率的工程活动表3-1智能建造的定义总结LOGO 3.1.2 智能建造的兴起智能建造的兴起从20世纪80年代起, 以建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)为代表的新兴技术受到各国政府和业界企业的高度重视。2016年,John Stokoe提出了智能建造(Intelligent Construction)概念,强调要与时俱进,充分利用先进的数字技术,从全行业角度进行变革创新。他认为智能建造将彻底改变人们对建筑业的普遍看法;无论是在经济上还是在物理上,智能建造都将创造一个动态、有效、高价值行业,吸引投资并成为新的经济驱动力。但是,智能化技术与工程建造的融合仍然不容乐观。据麦肯锡2016年发布的报告想象建造的数字化未来显示,建筑业是美国数字化水平倒数第二的行业,仅高于农牧业,比制造业的数字化水平低得多。因此,工程建造的智能化创新需要向制造业学习,但又无法简单复制制造业的智能化创新成果。因为与工业产品

3、制造相比,工程建造有着自身独有的特点,比如工业产品制造通常是制造工具固定,原材料和在制品保持流动;而工程建造则是建造工具与原材料具有较大的动态性,而产品的位置不动。1 智能建造的发展现状LOGO 3.1.2 智能建造的兴起智能建造的兴起此外,我国建筑业迄今仍未形成完整的工业化建造体系,工程机械领域虽然取得了长足进步,但是在液压传动、数字控制以及生态环保等关键核心技术方面与发达国家的一些工程机械企业相比还有不小的差距;在工程软件方面,80%的设计软件、95%的仿真计算软件和工艺规划软件等核心软件均为国外品牌所占领,我国的工程软件企业屈指可数,且都处于价值链低端。在从业人员方面,我国还缺乏大批经历过与机器磨合考验的产业工人。可以说,我国工程建造是在还没有完成工业化转型,甚至是没有实现机械化的基础上,就直接进入了数字化、智能化竞争时代。目前,以数字化、网络化和智能化为标志的新一代信息技术正在与各产业深度融合,生成新一轮的产业革命。为了实现工程建造的创新发展,各国政府及行业企业正在审视工程建造的现实情况、反思工程建造面临的问题、探索行业发展的数字化未来、抢占工程建造数字化高地。为了抓住这一历史

4、性机遇,我国不仅需要准确把握科技发展智能化前沿,还要夯实自动化、信息化基础,更要同步补上机械化、工业化的功课,积极参与全球竞争,探索一条具有中国特色的工程建造发展的创新道路。1 智能建造的发展现状LOGO 3.1.2 智能建造的兴起智能建造的兴起2 智能建造的相关政策时间机构机构政策文件政策文件内容与意内容与意义2003建设部20032008年全国建筑业信息化发展规划纲要对建筑业信息化起步发展起到了积极的推动作用2011住房和城乡建设部20112015年建筑业信息化发展纲要第一次将BIM纳入信息化标准建设内容,提出要加快BIM、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用2015住房和城乡建设部关于推进建筑信息模型应用的指导意见指导和推动BIM的应用2016住房和城乡建设部20162020年建筑业信息化发展纲要提出要通过发挥信息化驱动力,推进“互联网+”行动计划,拓展建筑业新领域2017国务院办公厅国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见提出要加快先进建造设备、智能设备的研发、制造和推广应用,提高机械化施工程度;还要加快推进BIM技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用,

5、实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理2017住房和城乡建设部等13部委关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见提出要加快推动新一代信息技术与建筑工业化技术协同发展,在建造全过程加大BIM、互联网、物联网、大数据、云计算、移动通信、人工智能、区块链等新技术的集成与创新应用表3-2智能建造相关政策LOGO 3.2.13.2.1BIMBIMBIM的概念最早起源于20世纪70年代,由美国乔治亚理工大学建筑与计算机学院的查克伊斯特曼博士(Dr.Chuck Eastman)提出并给出定义:“建筑信息模型综合了所有的几何性信息、功能要求和构件性能,将一个建设项目整个生命期内的所有信息整合到单独的建筑模型当中,并包括施工进度、建造过程、维护管理等的过程信息。”目前相对比较完整的定义是由美国国家BIM标准(National Building Information Modeling Standard,NBIMS)给出的即“BIM是设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过

6、程;在项目不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映各自职责的协同作业。” 1 BIM的概念图3-1BIM概念图解LOGO 3.2.13.2.1BIMBIM 2 BIM的相关标准BIM标准可以被分为三类,即分类编码标准、数据模型标准以及过程标准。其中,分类编码标准直接规定建筑信息的分类;数据模型标准规定BIM数据交换格式;而过程标准规定用于交换的BIM数据的内容。在BIM标准中,不同类型的应用标准存在交叉使用的情况,例如,在过程标准中需要使用数据模型标准,以便规定在某一过程中提交的数据必须包含数据模型中规定的哪些类型的数据。全生命期不同全生命期不同阶段段主要主要应用点用点规划划阶段段场地分析；建筑策划；方案论证设计阶段段可视化设计；协同设计；性能分析；工程量统计；管线综合施工施工阶段段施工模拟；数字建造；物料跟踪；施工现场配合；竣工模型交付运运维阶段段维护计划；资产管理；空间管理；建筑系统分析；灾害应急模拟拆除拆除阶段段拆除方案确定；拆除成本控制；建筑垃圾处理3 BIM应用 BIM应用贯穿建筑的全生命周期,下表介绍了从规划、设计、施工、运维到拆除这五

7、个阶段BIM在我国的典型应用。表3-3BIM在建筑全生命周期的应用LOGO虚拟现实(Virtual Reality,VR)是一种能够让用户创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术,利用计算机生成一种交互式的三维动态视景,其实体行为的仿真系统能够使用户沉浸到该环境中,并实现人与虚拟世界的交互功能。增强现实(Augmented Reality,AR)是在虚拟现实基础上发展起来的技术,是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术,并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中,从而实现对现实的“增强”。它将计算机生成的虚拟物体或关于真实物体的非几何信息叠加到真实世界的场景之上,实现了对真实世界的增强。混合现实(Mixed Reality,MR)结合了VR和AR的优点,介于没有计算机干预的用户所看到的纯“现实”和纯“虚拟现实(用户与物理世界没有互动的计算机生成环境)”之间。 3.2.23.2.2VR/AR/MRVR/AR/MR 1 VR/AR/MR的概念及其关系图3-2现实-虚拟连续体LOGOVR：虚拟现实的核心三要素在于沉浸性、交互性和多感知性。目前,VR技术可以用于施工安

8、全培训、项目进度控制和建筑项目选址优化,也可以为利益相关者之间更好的合作提供环境;能够使用户更好地理解复杂的设计;识别设计问题;描绘建筑几何图形,以便用户理解项目并做出更好的设计决策;辅助协同决策等。AR：增强现实系统具有三个突出的特点:真实世界和虚拟世界的信息集成;具有实时交互性;在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。目前建筑工程建造行业中使用的AR应用可大致分为七类:可视化或模拟、沟通或协作、信息建模、信息获取或评估、进度监测、教育或培训和安全检查。MR：混合现实是一个多学科的研究领域,需要来自几个领域的知识,比如计算几何、计算机网络、图像处理、三维建模和渲染、语音识别和运动识别。一个完整的MR系统通常需要以下基本要素:空间配准、显示、用户交互、数据存储、多用户协作。在施工阶段,利用MR技术可以实现包括现场监测和检查在内的施工管理。此外,MR还可以用于施工管理过程中的信息检索、传递和共享。 3.2.23.2.2VR/AR/MRVR/AR/MR 2 VR/AR/MR的特点及应用LOGO 3.2.3 物联网物联网物联网(Internet of Thing, IoT)概念最早于1999年由美

9、国麻省理工学院自动识别中心(Auto-ID)提出。2005年国际电信联盟(ITU)发布ITU互联网报告2005:物联网正式提出物联网的概念。中国工业与信息化部在物联网白皮书(2011)中给出了物联网的定义:物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸,它利用感知技术与智能装备对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝衔接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。随着物联网技术的发展,越来越多的研究将物联网应用于建筑领域,以缓解传统建筑业所面临的效率低下、安全生产事故频发等问题。 1 物联网的概念及发展LOGO 3.2.3 物联网物联网 2 物联网网络架构及关键技术图3-3物联网技术体系感知层位于网络架构的最底端,是实现物联网的关键。感知层通过利用各种感知设备实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制,并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。网络层主要功能是实现由感知层获取的信息的传递、路由和控制。网络通信技术作为网络层的重要技术手段发挥着重要作用。应用层位于物联网网络架构的顶端,包括各种技术平台和物联网应

10、用。技术平台为物联网应用提供信息处理、计算等基础服务,并以此为基础实现物联网的各种应用。物联网技术体系如图3-3所示。LOGO20162020年建筑业信息化发展纲要明确将物联网技术作为提高建筑业信息化的核心技术。物联网技术将实现高效的数据采集功能,为施工现场的信息处理和决策分析提供实时的数据支撑,使施工过程更加精益、安全和智能。物联网在智能建造中的主要应用见表3-4。 3.2.3 物联网物联网 3 物联网在智能建造中的应用表3-4 物联网在智能建造中的主要应用阶段段研究研究项目与内容目与内容施工施工阶段段现场施工管理、进度管理、物料管理、施工安全管理、环境监测、施工设备监测等。运运维阶段段设施管理、安全管理、应急管理、环境监测、结构健康监测等。LOGO 3.2.4 计算机视觉计算机视觉计算机视觉(Computer Vision)试图模拟人类的视觉系统,使计算机系统能够自动看到、识别和理解视觉世界。计算机视觉的主要任务是通过对采集到的图像或视频进行处理,自动提取、分析和理解有意义的信息,以实现计算机对视觉世界的自动理解。1 计算机视觉的概念根据计算机视觉的主要任务,深度学习算法可分为图像

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