A+

0 引言

当前，我国建筑行业中的建设项目，目前正向大型化方向发展，一些高层、超高层建筑成为常态，特别是一些综合性建筑项目，施工难度大，技术要求高，对资源、能源消耗需求也不断增加。因此，在智慧施工的思想指导下，采用先进的科技手段，对其实施精细管理，可以实现资源的节约，实现建筑行业的协调、可持续发展。张传君，莫言迟，李文元等^[1]认为，我国对于建造行业的建设要求逐步由工业高效提升到了绿色智能，这就导致了现阶段建造行业集中全力完成从信息化时代到智能化时代的更迭。陈玲燕^[2]根据对基于 BIM 的装配式建筑智慧建造可持续发展研究，提出智慧建造可以通过提高资源效率、精细化施工管理和最大限度减少浪费的方式来保持建筑业的良好发展。以大数据、云计算及 BIM 等手段作为技术依托的新型建造理念，可以使信息高效创建、整合、共享、交互，从而缩短工期，提高质量，实现低碳节能。谭博^[3]在对传统建筑工程项目过程数据处理方法的问题分析基础上，提出了大数据技术应用于建筑工程项目管理过程中可以增加进度、降低成本、提升质量。本文在此基础上，以山东某超高层商业综合体项目为研究对象，对智慧建造技术在建筑施工重点应用进行总结，提出了在建筑工程施工项目中多元化应用智慧建造技术、实现应用场景的全覆盖的理念。同时，细分9个应用场景44项智慧建造技术，对大数据、大模型、元宇宙等新技术在智慧建造中的应用进行了合理化分析和具体实践。

1 项目状况

该超高层商业综合体项目，位于山东省济南市中央商务区(CBD)核心地段。济南中央商务区位于济南市东部燕山新区经十路两侧，毗邻山东博物馆、奥体中心。2016年，济南中央商务区正式启动规划建设，片区占地8.9km²，其中核心区3.2km²，总建筑面积约1 000万m²，其中地上800万m²，地下200万m²。

该项目施工地点位于城市中心，周边建筑繁多，施工空间相对紧张，项目周边道路交通繁忙，施工环境较为复杂。该项目效果图如图1所示。该建筑综合体项目占地面积约2.5万m²，建筑面积约40万m²，地下4层；地上3栋塔楼，最高46层，约200m。该建筑的建筑业态包括超甲级写字楼、五星酒店、购物中心等，建成后将成为济南中央商务区的重要地标之一。项目部立足争创安全全国标准化学习交流项目、质量争创鲁班奖，充分利用智慧建造技术，创建BIM移交满足运维要求高精度竣工模型，打造国家级智慧建造示范工程。

图1济南中央商务区效果图

由于该项目具有地理位置独特、设计理念新、工程体量大、施工技术难、工期要求高等特点，履约管理难度较高。为发挥总包管理职能，实现总包管理目标，项目决心充分运用现代信息化技术，打造“技术+管理”双轮驱动的建筑项目施工管理新模式，以智慧建造赋能项目总包管理，达到按期高质量交付的目的。

2 智慧建造技术的概念

2.1 智慧建造技术的时代背景与需求

在信息化时代的高速发展中，越来越多新兴技术的应用，也为建筑行业的发展和生产生态带来了根本性的改变。其中，智慧建造技术的广泛应用，正是其中最显著的变化之一。智慧建造技术特别是智慧施工技术是一种基于高度信息化的新型信息化施工和管理手段，它支撑着建筑建造过程中对人和物的全面感知，实现了全面的施工技术融通、工作互联互通、信息协同共享、决策分析科学化、智能预测风险。一般来说，建筑工程智能施工首先需要搭建智慧建造管理平台，如图2所示。该平台显示的主要内容为：智慧建造管理平台的中心为施工现场，围绕人员管理、施工机械、施工材料、相关管理法规、关键施工环节等建筑施工管理的关键因素，将BIM、物联网、云计算、大数据、移动和智能装置等软、硬件等技术手段融入生产和管理流程中，对施工过程中的生产、人力、商务、物流、技术、进度等管理流程进行数智化变革和人机优化，使建筑工地现场的生产效率、管理效率和决策技能等都得到根本性和颠覆性提升，使工地的数字化、精细化、智慧化管理成为现实。

图2 某建筑工程项目智慧建造管理平台

2.2 智慧建造技术实现信息化技术与生产过程深度融合

智慧建造技术另外一个特点就是保证数据实时获取和共享。数据是智慧建造技术的基础，在具体施工过程中，通过物联网技术、图像识别、定位追踪、大模型等^[4]，对“人事物”等进行实时采集分析，通过云平台进行多方共享，确保信息传达的准确、及时，将各个数据之间进行连接，在横向业务与纵向管理层级之间建立起一个相互联系的数据库，消除信息孤岛与数据盲区，实现数据实时采集、实时分析、安全预警、技术建议等多个生产过程中的智慧化辅助功能。

同时，智慧建造管理平台强大的数据存储和数据处理能力及应用AI技术后的再学习能力，能为整个项目建立起一套可以永久保存、随时调取、随时可查阅的“智慧数字档案”，详细记录生产过程中每一个施工节点的具体状态，整个数据都是立体式的“数据流”，并且提供全周期生产过程中相关的数据智慧分析结果，为后期的管理溯源、安全溯源、建筑运维、相关技术人员学习等提供强大的数据材料和便捷的查阅等，完全颠覆了传统建筑施工项目“表格式”信息化的单一表现形式，弥补了传统建筑施工项目管理的多个弊端和漏洞。

2.3 智慧建造技术充分应用并集成软硬件技术

为了提升互动的明确性、有效性、灵活性和反应性，有必要将新的信息技术融入其中，用“更智慧”的方式改善不同利益相关的组织与工作人员之间的互动。信息技术应用的关键在于：

(1)要利用物联网技术，将传感器植入建筑、机器、穿戴设备、场地入口等各个领域，并将其连接起来，构成“物联网”，然后与“互联网”进行融合，实现所有事物的连接；

(2)将移动技术与云计算技术相结合，将项目管理利益相关者与项目工地有机地结合起来，确保工作的实时协作；

(3)采用智能化施工装备，如采用 GPS、数字摄影测量、物联网等先进测量技术，解决超大、异形、大跨度、超高层等钢结构施工中测量速度、精度、变形等技术难点，达到对其安装精度、质量、安全和施工进度的有效控制。

3 智慧建造体系的构建

具体到该山东省济南市中央商务区(CBD)超高层商业综合体项目，打造智能建造体系，主要是立足于“进度”“人员”“机械”“物资”“技术”“质量”“安全”“环境(能耗)”“综合”9个应用场景，细分出了包括ACEmate进度管理系统、BIM+AR技术、工人实名制管理智慧系统、工人工资支付管理智慧系统、劳务分包信息管理、塔吊检测电梯检测、卸料平台检测、称重影像移动收发及管控平台、危大工程技术管理系统知识管理、BIM技术应用、轨道式焊接机器人、爬壁式焊机机器人、UCL360实测实量机器人、智能靠尺、智能回弹仪、楼板测厚仪虚拟质量样板及交底智慧系统、BIM技术模拟、质量创优管理等在内的44项具体的智慧建造技术应用，通过对“工料机法环”五个生产要素的管理，推进对进度、质量、安全目标的实现，从而实现以信息化、数字化、智能化赋能高品质建造。该智慧建造技术应用体系如表1所示。

4 智慧建造技术的几个关键技术应用和成效分析

该山东省济南市中央商务区(CBD)超高层商业综合体项目的智慧建造技术应用体系搭建并具体应用后，效果良好。下文选取几个关键点进行具体的应用的成效分析。

4.1 人员、物资、工程机械的应用分析

该项目由于建筑体量大，涉及用工人数多，工种复杂。在项目工程施工高峰期，仅仅是劳动力就超过1 800人，流动性大。项目管理方通过BI大屏平台集成属地平台、云筑劳务、项目SPM劳务平台，对工人进行劳务管理，全面普及电子劳务合同，相比于纸质资料极大减轻了劳务管理的工作量，方便实时查阅。通过平台进行分包工资代发率、工资代发占比和人均工资等统计分析，当数据异常时自动预警、及时纠偏，实现了对农民工工资的动态管理，大大降低劳动力风险和工资支付风险。物资管理方面，采用智能称重影像系统，对钢筋、混凝土等主材的进出场进行车车过磅，材料进场数据真实可追溯，精准使用，大大减少了人工成本和材料浪费等现象，有效控制成本，提高了效率。

工程机械方面，由于该综合体层高比较大等因素，需要大型机械设备包括塔吊、电梯、爬模等比较多，如何安全管理和高效利用成为技术关键。本项目通过数字化的监测手段进行智慧管理和监测预警。如图3所示，该项目共有6台动臂塔、4台平臂塔同时作业，因此在具体管理中充分应用塔机监测系统，设置群塔防碰撞BI大屏，直观进行实时监测，实现各类塔吊的自动防碰撞和自动制停功能，同时在驾驶室和吊钩安装AI识别系统，自动识别预警吊钩范围内的人员动态及司机违章作业。

表1 智慧建造技术应用体系的具体场景和项目

4.2 BIM技术的具体应用

本项目的深化设计指在原设计方案完成后，基于工程实际情况、现场施工需要进行的二次设计工作，利用BIM技术可进行全面的工程深化设计。该项目在建筑设计、施工和运营阶段全面应用BIM技术。通过BIM模型，设计师可以更加直观地展示设计意图，施工人员可以更加精确地理解施工方案。此外，BIM技术还能够实现各专业之间的协同设计，避免设计冲突和返工现象的发生。在施工阶段，BIM技术可以帮助管理人员进行施工进度控制、成本控制和质量控制，提高施工效率和质量^[5]。同时，将AR、VR、鹰眼监控、AI识别等技术应用到具体过程中，实现了由智能到智慧的跃进。