智能建造技术城市更新探索

引言：近年来，随着全面推进城市更新工作的部署，老旧小区的改造成为当前热点。但相较于传统工程，城市更新项目设计、建设、运维难度都高于基础土建工程。在现代科技不断发展的时代背景下，我国更加注重智慧化建筑施工过程，因此，信息化技术的融合推动了建筑业迈向建筑信息模型（BIM）与5G、大数据、人工智能［1］等现代产业新兴技术为支撑的智能建造新道路，也为城市更新提供了新思路。本文基于我国目前城市更新的发展情况，结合各地的相关体制政策，综合考虑引入智能建造关键技术，进行城市更新的全周期应用分析，探讨智能建造关键技术在城市更新系统化、精细化管理上的优势。1智能建造关键技术在城市更新中应用本文所指的智能建造关键技术是采用大数据、建筑信息模型、数字化设计与施工，提高设计与施工效率，统一建筑方案，实现各阶段数据的流通。具体场景包括利用倾斜摄影测量技术⑶对城市更新中复杂区域进行测量；应用BIM技术对复杂建筑进行三维建模；借用软件模拟三维模型的受力情况；施工过程中新型建筑材料与智能设备的使用；使用智能建造机器人等设备对复杂构件或有危险性的施工过程实施现场安装；施工全过程实现施工过程的可视化管理。交付后，城市更新项目还可立足于智能物业实现安防、能耗、设施设备等综合平台管理。2智能设计阶段倾斜摄影测量技术该阶段城市更新项目可利用倾斜摄影技术测量获取建筑量，根据基础数据实现三维建模设计。针对城市更新中出现的建筑物集中分布，周边建筑影响多，监测器环境复杂等特点，以及现有数据测量效率低，精度不高等问题，利用倾斜摄影测量技术，通过设备搭载的摄像头，多方位获取影像，结合外业数据采集与内业数据处理技术，快速获取并处理同名点信息，采用多基元、多视影像匹配算法，得到各点云数据，从而处理得到三维模型。倾斜摄影技术⑵也可对更新区域实行三维实时化监控，快速获取更新区域建筑量，推动更新项目进展。该方法具有提高工作效率与精度，降低人工成本，同时对城市更新基础数据的调查提供新途径的优势。三维建模过程对更新项目进行建筑信息模型的运用，协同建筑、结构、水电等多领域的工作，通过三维建模与计算机辅助设计，针对不同季节，不同时段的特点，加载环境参数，模拟建筑物的自然采光与通风情况，实现精准建模，如图1所示。除此之外，基于Revit软件的碰撞检测方式也可对模型进行自动冲突检查，生成冲突报告并对冲突位置进行修改，优化管线排布方案，降低结构设计师工作量，进而提高项目更新的工程进度。尤其是随着建筑构件数量的增加，该方法的检测速度明显优于传统方法。同时使用漫游技术可观察建筑物中细节部分，以动态交互的方式使后期施工人员更深入理解设计者意图。结合小区模型，将建筑物的桩、柱、墙使用情况及其规格、数量输出表格数据，根据参数化对象的活化设计，建立建筑物的形状、材料、物理特性等信息建立类别，并根据其关联性等逻辑关系建立参数化建筑模型，从而在计算机中仿真不同参数下建筑的模型，配合建模全生命周期不同需求的动态化管理。3智能施工阶段1）施工生产要素智能设备的应用使得城市更新施工生产要素更为智能化，如BIM放样机器人可负责施工现场控制点的捕捉，自动建立现场坐标系，结合装配式建筑施工，提高预制构件安装的精准率，提高施工效率。整个施工层仅需1至2名人员完成，减少人力资源的投入，每层构件的安装平均工期可缩短近30%o2）更新建造过程与现浇方式相比，装配式建筑构件由工厂加工完成后运输到施工现场进行装配。同时通过创建数字化模型，实现信息交互，统筹装配式建筑全过程。经由该统一平台，管理者可对施工场地进行模拟布置，合理安排现场，防止安装过程出现钢筋、管道碰撞，实现有限空间管线的合理布局，并可以在平台将所需购买进场的材料录入，便于供应商提前生产，提高建造效率，进一步缩短建造周期。3）实施监测技术城市更新项目多处于城市中心地带或人口密集区，周围施工环境复杂。相对于传统施工存在的作业面交错，物料管理混乱等现象，智能监测技术的应用可根据施工状态及其安全情况，对建筑物进行受力分析，建立施工过程的时变结构分析模型。利用RFID技术⑷进行探测实现工程管理与现场施工交互，尤其是BIM可视化特性可对潜在危险进行分析，提高建筑物的安全性，降低对周围建筑物的施工影响。实现施工数据采集的自动化、实时化。4）项目信息化管理智慧工地系统利用信息化技术，将人工智能、虚拟现实、RFID技术等高新技术互联，实现工程管理与现场施工交互，使施工管理更为智能化。在建造过程中，运用信息技术提高建筑成本管理水平，精准确定工程量、价格数据与消耗量等工作o城市更新项目全周期过程变动多,尤其是数量、位置、价格调整时，可根据内置算法自动计算造价，实时更新，利于项目持续推进。BIM技术在伴随施工进度的推进时，可提前应用5D技术模拟施工进度，预估各阶段施工成本，达到进度与成本相对应，具有实时性和可靠性特征。4智能运维阶段运维作为城市更新全生命周期的最后阶段，主要由安防管理、空间管理、能耗管理、设施设备管理四方面组成。城市更新本质是提高人民生活质量，在有限空间内最大化的实现居住环境地升级改造，故整体更新运维过程应体现以人为本的准则。因城市更新的对象用户多为年龄较大的当地居民，项目完工后运维管理上要重点以安全、高效、舒适为目的进行配套的建设。可在充分利用物联网、传感器等高新技术的基础上，建立具备管理、安防、环境、通信功能的系统⑸。该系统分为基础构建层、管理服务层、综合应用层、业主使用层四个层面。其中基础构建层作为智能运维系统的核心，主要由感知识别层与网络构建层组成，网络识别层通过传感器获取城市更新小区内的设施设备状态并进行实时监测，网络构建层主要由互联网、无线宽带网、移动通信网络传递各种信息、；管理服务层侧重于建筑的主体维护、设施维护、居民服务反馈等方面，通过对收集到信息的加工处理，传送给相关部门进行决策，旨在于解决居民生活问题；综合应用层是联系居民和管理方的基础，尤其针对居住群体老年人，可提供个性化服务，解决日常困难并达到丰富其生活的目的；业主使用层作为面向多层主体用户的纽带，包括系统管理人员、小区管理员工、业主等，可应用App、公众平台、小程序等实现各层用户的互联互通。5智能建造技术应用优势信息传递加速整个城市更新过程，包括设计、预算、施工运维过程，经由智能建造关键技术的应用将使传统的全生命周期中等待交接的时间大幅下降，如图2所示。通过梳理设施设备系统，以BIM模型为载体，统筹管理建筑物全生命周期信息，建立BIM模型数据库，可进一步提升设施设备管理能力，减少建筑信息在各个阶段的损失，实现设计、施工、运维信息数据一体化。安防管理智能化通过智能监控设备，以物联网应用为核心，监测更新后小区的实时动态，其中包括小区道路通行情况、消防设备实时状态、视频联动等。考虑到更新项目居住主体老年人占比较大，投入红外探测器可对小区人员进出进行监测，提高老年人居住环境及其安全性。搭建居民社区网络，通过一键报警功能提醒住户危险发生的定位及状况，保障住户尤其是独居老人的人身财产安全。更新后的小区运维时可建立本小区安全管理平台，将各类设施包括电表使用、天然气表数据等各类生活数据传输至平台，通过建立自学习模型，探究居民出行规律，结合图像识别技术，对车辆进出入、小区危险地段进行监控，对异常情况实时给予上报，及时发现并处理问题。能耗管理可视化在碳达峰、碳中和的背景下，城市更新过程也应将减少能源消耗列为指标之一。能耗管理主要应用BIM技术，运用电力传感器、压力传感器、流量传感器等设备，进行数据获取、统计、分析。智能建造技术采用物联网、云计算、数字传感等高新技术，准确实时地获取各类异常能耗数据，并利用人工智能技术分析并制定节能方案。6结语本文基于城市更新的特征与以人为本的建设要求，通过将城市更新全过程基于智能建造关键技术应用，进一步提升