数字孪生驱动的智能建造全生命周期管理与实践应用-第3章-智能建造全生命周期管理

第三章智能建造全生命周期管理目录目录理论研究阐述全生命周期管理相关研究数字孪生与智能建造全生命周期智能建造关键技术体系智能建造全生命周期管理135421.1智能建造的提出背景我国建筑业四阶段阶段名称具体内容①20世纪80年代前以手工业为主的现场施工阶段该阶段通过纸质、口头的方式来传递资料，施工周期长、机械化程度较低、效率低下②机械与施工相结合的建筑机械化阶段我国引进众多高科技施工软件，以工程机械化、管理科学化的思想指导施工，正式步入机械化综合施工时期③以BIM为主导的信息化建设阶段随着计算机网络与通信技术的发展，在3D信息技术的指导下，使得工程施工建设更加高效安全④信息化发展的智能建造阶段以智慧平台为基础，融合物联网技术与智能设备，建造过程信息化实现了以更少的人力获得更快的项目进度、更高的项目质量，同时兼顾环境保护，促进建筑行业绿色可持续发展随着工业4.0时代的到来，以物联网、大数据、云计算为代表的新一代信息技术与人工智能技术正日益广泛地应用于工程项目建设中，从而衍生出了“智能建造”的概念。实现智能建造模式被广泛地认为是工业4.0背景下建筑业转型升级的必由之路智能建造发展要求传统建造与智能建造对比表内容传统建造智能建造应用范围应用于以施工、设计等单一阶段为主应用于全生命周期所有阶段技术支撑依靠CAD、互联网、数据库等传统计算机技术主要依靠BIM技术、物联网、云计算、大数据4D可视化等新兴信息技术的集成应用组织形式组织形式松散、冗长，根据具体管理任务建立的临时组织组织结构扁平化，统一协调，各参与方集成管理信息传递方式过纸质文档、会议、传真、邮件、物流等方式基于BIM与物联网技术的信息实时交互与共享，数据自动采集、录入、存储、处理和分析目标完成项目合同信息化、智能化、绿色化信息共享信息孤岛与断层，数据失真，沟通不畅全生命周期数据共享与信息化管理，高效协同，数据互联互通参建方相互交织，错综复杂需多方协同工作成本管理被动参与，事后控制，相互独立能够主动控制，事前预警，集成管理1.1智能建造的提出背景智能建造是建造技术与管理理论逐步标准化和体系化的过程，为设计企业与建筑公司提供技术指导，有助于提高工程项目质量效率，是建筑业结构调整、实现绿色现代化的重要工具智能建造为建造各参与方，如业主、设计方、施工方、监理方等提供了统一的信息上传渠道，使各方的沟通方式更为简便高效，有助于促进各方对建筑构建的参与认识，避免信息孤岛现象智能建造对于项目方案优化及项目技术的提升，有助于缩短工期、节约资源、控制成本，进而提升项目经济可行性利用在施工现场安装的监控设备，使现场施工控制全面智能化监管，有利于减少人员、设备、技术及管理的漏洞失误，实现高效统一管理技术层面社会层面经济层面安全层面智能建造1.2智能建造的内涵智能建造的本质是将设计与管理相结合以实现动态配置的生产方式，进而对施工方式进行改造和升级2BLM的内涵及优势BLM理念的内涵序号BLM的内涵具体方法1BLM目的是使项目增值通过解决信息的创建、管理和共享以便更好地服务于管理者从而实现成本节约、周期缩短、达到项目增值的目的2BLM是一个综合性的管理概念BLM理念实施过程中涉及项目的方方面面，包括文件管理、流程管理、价值管理和信息管理等管理活动3BLM的核心是信息管理项目信息量大且易于变化导致难以对信息进行管理，但是通过BLM理念可解决项目全过程中的信息创建、管理和共享等难题4通过PIP技术可以是BLM实现共享通过PIP技术对BIM模型中的基础数据的调用有利于实现BLM理念的信息共享，可为用户建立统一的共享平台BLM理念的优势序号BLM理念的优势具体表现1更好地创建信息在数字化的形势下利用BIM技术创建建设工程设计信息，可以保证信息的数字化形式、减少信息的重复输入，确保信息有用和准确无误2更好地管理信息①BLM的实现过程是以数字化的形式创建和保存信息②通过有效制度的建立实现数字化信息的跟踪过程③实现多方面的信息关联④为项目相关用户提供账户登录界面3更好地共享信息①借助PIP技术为各种不同需求的用户提供对应不同权限的信息入口②通过有效的数据交换机制使得各相关方之间建立起畅通的信息交流通路3.1数字孪生与智能建造全生命周期关系数字孪生与智能建造全生命周期关系图03040102数智字能孪建生造概念-基础技术-有效手段空间-关键功能-核心内容01数字孪生技术是智能建造不断深化的重要环节、深入发展的必然阶段、推进抓手和运行体现数字孪生空间中的建筑进行三维仿真，实现对实体建造全过程中所涉及的施工数据管理的优化和实时模拟数字孪生是数字技术与实体工程相结合的产物，也是智能建造的核心技术手段之一数字孪生将其与实际施工情况相结合，实现设计与施工无缝衔接，提升建筑施工质量、降低成本并提高经济效益可视化呈现：由于虚拟数字空间中的模型是根据现实物理世界进行搭建的，因此可以通过BIM模型、有限元模型、三维点云模型将建筑物实体的相关性能做可视化呈现，实现现实同虚拟的一一映射描述智能诊断：在虚拟映射的基础上，由孪生模型中的数据层，进行建筑物的信息处理，实现对建造过程中风险的智能诊断诊断科学预测：孪生模型可以根据已获取的数据拟合出建筑物的性能函数，从而准确预测安全风险的影响程度以及引起风险的作用机理，保障建造的科学性和可行性预测辅助决策：通过对现实数据和模拟数据进行综合分析后，可结合建造过程中的相关性能限值，对建造过程进行指导，从而辅助施工、科学决策决策3.2数字孪生在智能建造中的应用价值BIM技术是建造数字建模+仿真交互的重要基础，为工程项目全生命周期、全参与方、全要素提供了一个各阶段工程信息数据可实现流通、转换、交换和共享的平台，使得工程项目管理更加精细化、科学化数字化建模依据仿真结果对建造设计施工方案进行修改、优化，提升方案可行性，从而进一步控制项目质量、进度和成本，提高建造品质数字化设计与仿真通过BIM+VR、BIM+AR等应用实时渲染，建造场景可视化呈现，为使用者提供新型建造表达方式数字可视化4智能建造关键技术体系数字建模+仿真交互：主要体现在数字化建模、数字化设计与仿真、数字可视化技术三方面感知技术感知技术是通过物理、化学和生物效应等手段，基于不同环境状态下材料的电化学性质的变化，将感知的状态输出为模拟数字信号，通过转换算法转换为物理状态，获取被感知建造项目的状态、特征、方式和过程的一种信息获取与表达技术网络技术作为支撑智能建造信息沟通的媒介，网络技术将互联网上分散的资源融为有机整体，实现资源的全面共享和有机协作。借此用户可按需获取资源信息平台技术平台技术通过将与工程建造领域相关的物联网、大数据、云计算、移动互联网等技术设备与建筑业全生命周期建造活动的各环节相互融合，实现了信息感知、数据采集、知识积累、辅助决策、精细化施工与管理0102034智能建造关键技术体系泛在感知+宽带物联：主要体现在感知技术、网络技术、平台技术三方面4智能建造关键技术体系工程制造+机器施工：主要体现在工厂化预制技术和现场智能施工技术两方面0102工厂化预制技术是现场智能施工的基础前提，该技术系统由部品构件数字建模、虚拟研发系统、生产制造与自动化系统、工厂运行管理系统、产品全生命周期管理系统和智能物流管控系统组成工厂化预制技术现场智能施工技术现场智能施工技术利用BIM平台和建造机器人、采用装配式的技术方案，高效智能地完成现场施工。智能建造不仅要求构件、部品满足工厂化、机械化、自动化制造，还要适应建筑工业4.0的要求，建立基于BIM的工业化智能建造体系智能规划智能决策智能设计智能规划指基于状态空间搜索、定理证明、控制理论和机器人技术等，针对带有约束的复杂建造场景、建造任务和建造目标，对若干可供选择的路径及所提供的资源限制和相关约束进行推理，综合制定出实现目标的动作序列，每一个动作序列即称为一个规划智能决策由决策支持系统与专家系统相结合，把数据仓库、联机分析处理、数据挖掘、模型库、数据库、知识库结合起来，充分发挥数据的作用，从数据中获取辅助决策信息和知识，做到定性分析和定量分析的有机结合与实施4智能建造关键技术体系人工智能+辅助决策：主要体现在智能规划、智能设计和智能决策三方面智能设计指采用计算机模拟人类思维的设计活动。智能设计系统的关键技术包括设计过程的再认识、设计知识表示、多专家系统协同设计、再设计与自学习机制、多种推理机制的综合应用、智能化人机接口等绿色施工绿色建筑再生建筑绿色施工是指在工程建设中，以质量、安全等要求为前提，通过科学化管理和先进技术手段，最大限度地节约资源、减少对环境危害的施工建造活动，全面实现四节一环保绿色建筑在全生命周期内，节约资源、保护环境、减