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智慧施工,逐步实现绿色建造和生态建造

2019-08-13 22:11


  一、什么是智慧施工
 
  新型建造方式施工更具绿色、智慧、工业化的属性特征,通过绿色、智慧的技术和设备等途径更好实现工业化建筑的长远发展。智慧施工是指运用信息化手段,通过三维设计平台对工程项目进行精确设计和施工模拟,围绕施工过程管理,建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈,并将此数据在虚拟现实环境下与物联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析,提供过程趋势预测及专家预案,实现工程施工可视化智能管理,以提高工程管理信息化水平,从而逐步实现绿色建造和生态建造。
 
  智慧施工将更多人工智慧、传感技术、虚拟现实等高科技技术植入到建筑、机械、人员穿戴设施、场地进出关口等各类物体中,并且被普遍互联,形成“物联网”,再与“互联网”整合在一起,实现工程管理干系人与工程施工现场的整合。智慧工地的核心是以一种“更智慧”的方法来改进工程各干系组织和岗位人员相互交互的方式,以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。如图所示。
  智慧工地全貌图
 
  基于可持续发展理念,绿色施工必须奉行以人为本、环保优先、资源高效利用、精细施工等原则,在绿色施工策划、采购、实施和评价等过程中均遵循相关理念和原则,研发和采用绿色施工技术,才能使整个施工过程实现绿色。
 
  在以装配式混凝土结构这一模式下的住宅产业化的大量实践中,为客户提供定制生产服务是企业主要目标,如企业办公楼、宿舍、厂房以及市政工程等预制构件产品接单生产等。这种模式是对传统建造模式的改进,在采用工业化建造技术方法的同时仍然保留了原有建设过程中的参与人员。这种模式,既采用了新技术、新方法,满足了住宅产业化发展的要求,又继承了现有广泛采用的商业模式,保障了项目的顺利实施,降低了推广难度。
 
  目前,我国建筑企业给予了工程技术人员充分的重视,但是却忽略了项目管理人员。工程技术人员在工程项目中发挥着很大的作用,需要对现场施工进行指导,使工程项目的质量达到一定的要求。但是,管理人员的作用也是不可忽视的,管理人员需要对整个工程项目进行熟练的把握,同时对各个环节进行有效的协调。如果管理人员足够专业,那么其将在有效控制成本、提高经济效益方面发挥积极的作用。同时,我国的建筑行业属于劳动密集型企业,农民工占一线施工人员的绝大比例,他们没有接受过系统培训,具有较低的施工素质,从而在一定程度上阻碍了工程质量的提升。在实际工作中,一些具有较低素质的人员为了节省劳动力常常违章操作,工程项目的安全和质量便得不到有效的保证。
 
  传统建筑施工管理方法粗放,工程质量细节难以提升,资源浪费情况普遍。新型建造方式下的施工管理要求推行“精细化”管理,由管理精细化到施工精细化再到产品精细化。施工管理人员必须对涉及工程的各种因素实施全过程、无缝隙的管理,形成一环扣一环的管理链,严格遵守技术规范和操作规程,优化各工序施工工艺,克服各个细节质量缺陷,保证整体工程的高质量。
 
  二、智慧施工的品质要求
 
  新型建造方式中的施工品质需先进的设备技术和信息管理手段进行配备和实施,在智慧工地中的云端大数据依托遍布项目所有岗位的应用端(pc/移动/穿戴/植入等)产生的海量数据,通过云储存,在系统进行数据计算,实现整个施工过程可模拟、施工风险预见、施工过程调整、施工进度控制、施工各方可协同的智慧施工过程。如图4.28所示。
 
  智慧工地整体架构
 
  在工业化建筑发展的进程中,传统的施工工艺及机械设备仍存在很大的升级改进空间。
 
  三、智慧施工工艺改进的要求
 
  新型建造方式中的预制装配式建造方式,施工现场取消外架,取消了室内、外墙抹灰工序,钢筋由工厂统一配送,楼板底模取消,铝合金模板取代传统木模板,现场建筑垃圾可大幅减少。预制构件在工厂预制,构件运输至施工现场后通过大型起重机械吊装就位。操作工人只需进行扶板就位,临时固定等工作,大幅降低操作工人劳动强度。门窗洞预留尺寸在工厂已完成,尺寸偏差完全可控。室内门需预留的木砖在工厂完成,定位精确,现场安装简单,安装质量易保证。取消了内外粉刷,墙面均为混凝土墙面,有效避免开裂,空鼓、裂缝等墙体质量通病,同时平整度良好,可采用反打贴砖或采用彩色混凝土作为饰面层,避免外饰面施工过程中的交叉污损风险。如图4.29所示。
 
  窗框定型定尺及窗洞口上下鹰嘴预留
 
  四、施工装备性能改进的要求
 
  新型建造方式是机械化程度不高和粗放式生产的生产方式升级换代的必然要求。目前国内劳动力成本在不断增加,工程机械产品的运用日益广泛,行业需求受劳动力成本上升拉动显著。国家先后发布一系列政策,鼓励发展装备制造业,建筑产业机械化得到拉动。建筑装备升级,在满足多样化需求的同时,建筑装备向高度的设备集成化、智能化方向发展,配合传统设备的升级改造,以进一步提高劳动生产率,加快建设速度,降低建设成本,改善施工质量。如图4.30所示。
 
  超高层顶升模架
 
  五、智慧施工的安全要求
 
  新型建造方式符合国家“绿色、创新、可持续”的发展战略,创新的智慧建造技术在施工过程中的应用可涉及到BIM、物联网、大数据、人工智能、移动通讯、云计算和虚拟现实等信息技术和相关设备。从智能技术一般发展规律,“智慧建造”技术的发展可分为三个阶段,即“感知阶段、替代阶段、智慧阶段”。“感知阶段”就是借助智慧建造技术手段,起到扩大工程技术人员的视野、扩展感知能力以及增强人的某部分技能的作用,例如:借助物联网传感器来感知设备的运行状况、感知施工人员的安全行为等,借助智能机具增强施工人员的技能等。“替代阶段”就是借助智慧建造技术部分替代人,帮助完成以前无法完成或风险很大的工作,例如:智能砌砖机器人、智能焊接机器人等。“智慧阶段”就是随着智慧建造技术不断发展,借助其“类人”思考能力,大部分替代人在建筑生产过程和管理过程的参与,由一部“建造大脑”来指挥和管理智能机具、设备,完成整个建造过程。如图4.31,图4.32所示。
 
  在建筑材料方面也提出了在保证质量安全的前提下应用新工艺、新材料的要求。目前,行业所用材料大多难以重复利用,使用寿命达不到建筑使用寿命,造成资源浪费,环境污染。新型建造方式下,应研发使用寿命长、节能环保、符合使用环境、成本低廉的新型建筑材料。例如适用于钢筋混凝土结构工程的高强钢筋,将HRB400高强钢筋作为结构的主力配筋,在高层建筑柱与大跨度梁中积极推广HRB500高强钢筋,可节省钢筋使用量约12%~18%。
 
  六、智慧施工的节能环保要求
 
  通过对工业化建筑绿色施工的各环节、各流程、施工阶段、主要工艺、施工技术等进行系统的研究,从而找出工业化建筑的施工规律和施工特征,分析影响工业化绿色施工各环节的主要因素,运用先进的绿色施工技术、智能设备、信息化管理手段进行施工流程的技术分析,改进施工方案和施工工艺,从而推进工业化建筑的绿色化建造。如图4.33所示。
 
  模拟施工
 
  1.绿色施工在线监控技术
 
  (1)通过物联网技术对建筑工地实施24小时监控并实时传输数据;
 
  (2)系统由数据采集器、传感器、视频监控系统、无线传输系统、后台处理系统及信息监控平台组成;
 
  (3)系统可对用电设备、用水设备、噪声、扬尘等数据采集点进行自动采集,并对环境PM2.5与PM10、环境温湿度、风速风向等分别监控与监测;
 
  (4)系统防水防雨防尘、可自由设定采集时间间隔、高灵敏度液晶显示、支持无线传输及在多个终端设备访问;
 
  (5)通过对数据采集分析,可对水电消耗和环境指标情况进行统计分析,对环境监测发出预警信号,当扬尘超标时智能系统将会报警;
 
  (6)采集数据真实可靠,促进项目精细化管理。
 
  2.远程监控管理技术
 
  采用物联网、计算机网络通信、视频数字压缩处理和视频监控等技术,通过安装在施工作业现场的各类传感装置,购置智能监控和防范体系,实现对人、机、料、法、环的全方位实时监控。该技术的施工要点在于监控设备的选型和监控点的布置,实用性及安全性强,易管理及维护,避免物料丢失造成的工程成本增加。
 
  3.建筑信息模型(BIM)技术
 
  运用BIM技术,建立工程全专业模型,用于技术管理与项目管理。在技术管理方面用于项目施工组织设计与方案优化、辅助图纸会审与深化设计、施工场地布置、机电管线碰撞检查与优化、施工过程模拟控制,优化细部设计等;在项目管理方面用于进度管理、成本管理、材料管理、质量管理与工程验收。BIM技术应用中应倡导BIM信息模型从设计、施工到运维的全过程,提高BIM技术应用的效率与技术水平。
 
  七、智慧施工的效率要求
 
  作为广义上的工地信息化,智慧工地以“美丽中国”和“新型城镇化”为大背景,以工地大模型、工地大数据、工地大协同、应用碎片化为标准,积极布局钢筋翻样、精细管理、材料管理等成熟领域,开拓三维工地、模架产品、劳务验收、云资料等孵化产品,并延伸到智能安全帽、工地平板等施工业务硬件领域。以此实现智慧工地系统互联、互通,施工现场数字化、精细化、绿色化和智慧化的生产和管理,最终达到提高施工现场的生成效率、管理效率和决策能力。
 
  1.数据交换标准技术
 
  要实现智慧工地,就必须要做到不同项目成员之间、不同软件产品之间的信息数据交换,由于这种信息交换涉及的项目成员种类繁多、项目阶段复杂且项目生命周期时间跨度大、以及应用软件产品数量众多,只有建立一个公开的信息交换标准,才能使所有软件产品通过这个公开标准实现互相之间的信息交换,才能实现不同项目成员和不同应用软件之间的信息流动,这个基于对象的公开信息交换标准格式包括定义信息交换的格式、定义交换信息、确定交换的信息和需要的信息是同一个东西三种标准。
 
  2.BIM技术
 
  BIM技术在建筑物使用寿命期间可以有效地进行运营维护管理,BIM技术具有空间定位和记录数据的能力,将其应用于运营维护管理系统,可以快速准确定位建筑设备组件。对材料进行可接入性分析,选择可持续性材料,进行预防性维护,制定行之有效的维护计划。BIM与RFID技术结合,将建筑信息导入资产管理系统,可以有效地进行建筑物的资产管理。BIM还可进行空间管理,合理高效使用建筑物空间。
 
  3.可视化技术
 
  可视化技术能够把科学数据,包括测量获得的数值、现场采集的图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在管理者面前,使他们能够观察、模拟和计算。该技术是智慧工地能够实现三维展现的前提。
 
  4.3S技术
 
  3S技术是遥感技术(Remotesensing,RS)、地理信息系统(Geographyinformationsystems,GIS)和全球定位系统(Globalpositioningsystems,GPS)的统称,是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合,多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术,是智慧工地成果的集中展示平台。如图4.34所示。
 
  3S技术
 
  5.数字化施工系统
 
  数字化施工系统是指依托建立数字化地理基础平台、地理信息系统、遥感技术、工地现场数据采集系统、工地现场机械引导与控制系统、全球定位系统等基础平台,整合工地信息资源,突破时间、空间的局限,而建立一个开放的信息环境,以使工程建设项目的各参与方更有效地进行实时信息交流,利用BIM模型成果进行数字化施工管理。如图4.35所示。
 
  数字化施工系统
 
  6.信息管理平台技术
 
  信息管理平台技术的主要目的是整合现有管理信息系统,充分利用BIM模型中的数据来进行管理交互,以便让工程建设各参与方都可以在一个统一的平台上协同工作。如图4.36所示。
 
  BIM信息管理平台技术
 
  随着施工规模的不断扩大,工程量不断增加,建筑机械自动化的应用也越来越广泛,为了能有效保证工程的质量及速度,建筑工程对于机器的要求也不断提高,需要更加自动化的机械设备来保质保量地完成项目的施工。通过建立一个比较完善的控制程序,使机械自动化水平得到相应的提升,对其独立性和完整性有着较高的要求,自动化系统在运行的过程中,各组件就会独立完成相应的运作,不仅可以在很大程度上提高工作的效率,还可以保证在工作的过程中系统的稳定性。