智慧工地应用 教学单元 91课件讲解

智慧工地应用教学单元2

2.1智慧工地的背景及现状

2.2智慧工地的技术支撑

2.3智慧工地的实践应用

2.4BIM技术与智慧工地

2.5智慧工地的发展对工地信息化建设的影响Contents目录智能建造是以建造过程中所使用的材料、机械、设备的智能为前提，在建造的设计与仿真、构件加工生产、安装、测控、结构和人员的安全监测、建造环境感知中采用信息技术与先进建造技术的建造方式。智能建造包括以下多方面的技术和管理体系：三维建模及仿真分析技术。借助BIM技术，可以对复杂的构件进行三维建模，在此基础上，对其受力特征、建造全过程、与周边环境的关系进行仿真模拟。工厂预制加工技术。本单元主要介绍智能工地的背景、技术支撑、实践应用；BIM技术与智慧工地的结合；以及智慧工地的发展对工地信息化建设的影响。学习目标学习要求（1）了解智慧工地的背景和现状（2）掌握智慧工地的技术支持（3）学习智慧工地的实践应用（4）理解BIM技术与智慧工地（5）熟练掌握智慧工地的发展对工地信息化建设的影响2.2智慧工地的技术支撑2.2智慧工地的技术支撑2.2.1BIM技术的特点一、可视化可视化即“所见所得”的形式，对于建筑行业来说，可视化的真正运用在建筑业的作用是非常大的，例如经常拿到的施工图纸，只是各个构件的信息在图纸上的采用线条绘制表达，但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象了。对于一般简单的东西来说，这种想象也未尝不可，但是近几年建筑业的建筑形式各异，复杂造型在不断的推出，那么这种光靠人脑去想象的东西就未免有点不太现实了。所以BIM提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前；建筑业也有设计方面出效果图的事情，但是这种效果图是分包给专业的效果图制作团队进行识读设计制作出的线条式信息制作出来的，并不是通过构件的信息自动生成的，缺少了同构件之间的互动性和反馈性，然而BIM提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视，在BIM建筑信息模型中，由于整个过程都是可视化的，所以可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。2.2智慧工地的技术支撑2.2.1BIM技术的特点二、协调性这个方面是建筑业中的重点内容，不管是施工单位还是业主及设计单位，无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各有关人士组织起来开协调会，找各施工问题发生的原因，及解决办法，然后出变更，做相应补救措施等进行问题的解决。在设计时，往往由于各专业设计师之间的沟通不到位，而出现各种专业之间的碰撞问题，例如暖通等专业中的管道在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题，也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来。当然BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题，它还可以解决例如:电梯井布置与其他设计布置及净空要求之协调，防火分区与其他设计布置之协调，地下排水布置与其他设计布置之协调等。2.2智慧工地的技术支撑2.2.1BIM技术的特点三、模拟性模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，BIM模拟性还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验，例如:节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等；在招投标和施工阶段可以进行4D模拟(三维模型加项目的发展时间)，也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟(基于3D模型的造价控制)，从而来实现成本控制；后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟，例如地震人员逃生。2.2智慧工地的技术支撑2.2.1BIM技术的特点四、优化性事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程，当然优化和BIM也不存在实质性的必然联系，但在BIM的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。优化受三样东西的制约:信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做不出合理的优化结果，BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度，参与人员本身的能力无法掌握所有的信息，必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限，BIM及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。基于BIM的优化可以做下面的工作:（1）项目方案优化:把项目设计和投资回报分析结合起来，设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来；这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对形状的评价上，而更多的可以使得业主知道哪种项目设计方案更有利于自身的需求。2.2智慧工地的技术支撑2.2.1BIM技术的特点（2）特殊项目的设计优化:例如裙楼、幕墙、屋顶、大空间到处可以看到异型设计，这些内容看起来占整个建筑的比例不大，但是占投资和工作量的比例和前者相比却往往要大得多，而且通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方，对这些内容的设计施工方案进行优化，可以带来显著的工期和造价改进。五、可出图性BIM并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸，及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后，可以帮助业主出如下图纸:（1）综合管线图(经过碰撞检查和设计修改，消除了相应错误以后)；（2）综合结构留洞图(预埋套管图)；（3）碰撞检查侦错报告和建议改进方案。2.2智慧工地的技术支撑2.2.1BIM技术的特点由上述内容，我们可以大体了解BIM的相关内容。BIM在世界很多国家已经有比较成熟的BIM标准或者制度。BIM在中国建筑市场内要顺利发展，必须将BIM和国内的建筑市场特色相结合，才能够满足国内建筑市场的特色需求，同时BIM将会给国内建筑业带来一次巨大变革。六、一体化性基于BIM技术可进行从设计到施工再到运营贯穿了工程项目的全生命周期的一体化管理。BIM的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，不仅包含了建筑的设计信息，而且可以容纳从设计到建成使用，甚至是使用周期终结的全过程信息。七、参数化性参数化建模指的是通过参数而不是数字建立和分析模型，简单地改变模型中的参数值就能建立和分析新的模型；BIM中图元是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。八、信息完备性信息完备性体现在BIM技术可对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述以及完整的工程信息描述。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用一、BIM技术在设计层面的应用（一）场地分析在工程建筑的设计过程中，前期对施工现场的勘查工作，运用BIM技术获取场地信息并进行分析，能够更准确地确认建筑周围的环境现状、建后的交通流量以及建筑物的空间位置等，有效解决因大量数据处理迟缓而出现诸多弊端的问题，通过虚拟成型构建出理想中的完美建筑与场地布局，对建筑结构的设计进行合理的分析与规划。（二）方案辅助设计BIM技术作为多维的立体建筑模型，不仅储备大量的数据信息，而且可以根据信息的改变作出相应的变化，对比传统的建筑设计，BIM技术在工程建筑中的设计更具多元化，工程师可以通过计算机将原来的建筑图纸立体化，并通过观察方案中的参数变化，了解建筑结构的有效信息，对网络的建筑形态进行调整，从而设计出最合适的建筑方案。建筑性能分析在设计前期，设计师可以根据建筑方案的要求，通过BIM技术对其实施不同的方案。例如，在建设商场时，BIM技术会对其进行建筑的美观、高度以及内部设置、采光、能耗等多方面的分析，给予设计师精准有用的数据，从而合理进行方案的调整。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用（三）BIM技术在工程建筑设计中对不同专业的协调应用在工程建筑的设计中，BIM技术可以利用数字化和唯一模拟信息化建筑模型，跨专业进行网络技术的处理，如建筑结构专业、水、暖、电等系统之间的相互转换，工程师可以将信息共享，让不同分工的工程师了解不同专业在BIM技术下的呈现效果，并根据所看到的模型内容进行沟通与探讨，最终研究出最系统、最科学、最完善的设计方案。这种方式的出现，不仅可以促进施工企业、制造商以及建筑设计师之间的交流协商工作，而且也保证了所有参与方都共享到建筑模型的信息，对建筑结构有所了解，以便后期协同合作，促进工程质量的提高与工程进度的效率。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用二、BIM技术在施工阶段的应用（一）智慧工地应用于施工现场安全管理的必然性建筑行业的特点主要有建筑物变化大、产品固定以及施工形状不规则等，另外在实际进行施工的时候，其工作条件相对较差，同时还可能会出现一系列的安全隐患，对于安全事故的预防也具有较大的难度，施工过程当中影响安全施工的原因众多。作为劳动密集型产业之一，建筑行业在建设期间需要用到大量的施工人员，而除了一些管理层的人员以外，从事基础施工的大多为农村务工人员，这部分人员由于缺乏专业的培训，在工作期间安全施工意识和自我保护意识不强，操作不够规范，再加上施工企业对于安全管理工作不够重视，施工现场当中条件千变万化、危险因素众多等，导致了一系列安全隐患的产生，在对施工企业造成严重经济损失的同时还危及施工人员的生命安全。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用近些年来，随着信息技术的不断发展以及创新时代的来临，我国在各行各业取得了前所未有的发展，也为施工现场安全管理工作带来了新的契机。智慧工地系统的诞生使当下施工现场当中所存在的一些安全管理问题得到了有效解决。施工现场质量管理、生产、施工技术以及人员安全等都属于现场安全管理的内容，相关人员在对其进行管理的过程当中需要对以下三点做到充分重视。1、综合性在实际管理施工现场的时候，在有效确保工程建设安全的基础上，还需要结合建设成本对施工进度做到合理控制，在同一场景下，在管理施工人员规范操作的同时，还要对工程建设所用到的材料进行质量把控。2、流动性从事一线工作的施工人员通常具有较强的流动性。在安全工人进场的时候需要结合工程进度实行分批、分专业的方式。另外由于建筑行业涉及到了多个专业，因此可能会产生较多的专业分包情况，如此以来就大大提高了工程总包管理的难度。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用3、有效性确保施工现场安全管理的有效性。在施工现场当中，人员、材料设备等方面的综合性管理具有一定的难度，作为管理人员尤其要注意。（二）基于智慧工地的施工现场安全监管体系基于“智慧工地”理念构建施工现场的安全监管体系，是将基于物联网、虚拟现实等技术的智能设备应用于施工现场安全管理，实现对“人的不安全行为”“物的不安全状态”和“环境的不安全因素”的全面监管，预防安全事故的发生，实现安全建造。（如表2.1所示）表

2.1施工现场安全监管

人劳务实名制管理系统VR安全教育系统智能安全帽系统特种作业人员管理系统物塔吊安全监控系统深基坑检测系统高支模监控系统环境生活区智能限电系统2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用（三）施工进度的科学管理化BIM技术在工程施工阶段，主要扮演着管理的角色。通过相关工序模板等编辑器，对不同的施工阶段进行划分，提高工程的施工进度。在对建筑结构的加固中，BIM技术根据建筑模型的形态，给予合适的加固方法，例如，公路、桥梁的工程体积庞大，工作量大，可以通过外包钢的加固法对建筑结构进行加固，这种方法的优点就是构件的承载能力大，施简便，现场工作量较小。（四）资源材料的动态管理化BIM技术可以实现在工程建设过程中资源、材料等的动态跟踪管理。根据工程实施中材料、工具的损耗情况，预测工程造价清单，使施工单位了解资源、材料的去向，从而减少资源、资金的支出，控制资源成本，最大限度地提高资源利用率。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用（五）施工质量的安全管理化BIM技术在工程施工过程中，还能够对工程施工质量进行监测。施工单位与监测单位通过对比BIM数据，及时发现质量问题与需要改进的地方。BIM技术的数据精度非常高，使得施工安全管理的数据真实可靠，从而迫使施工单位在出现质量问题之前，就会努力提高施工质量，减少行业造假行为，有利于营造良好的施工氛围，以提高整个工程的安全质量。三、智能建造理念下的BIM运用模式分析智能建造管理推动BIM运用。通过把BIM技术应用到建筑工程中，不仅可以优化施工设计工作，而且可以提高工程运行发展水平。然而，BIM技术在施工阶段所发挥的作用并不大。追究其原因发现，应用BIM技术所构建的施工管理环境相对封闭，不能够及时地与外界施工活动进行紧密联系。当前，缺乏基于BIM技术下的管理理论、管理实践经验等，不利于加强施工管理工作。智慧建设管理为基于BIM技术下的管理工作既提供了先进的管理理念，而且强化了管理技术。在智慧建设管理快速发展的背景下，BIM技术的应用价值不断提高。（如图2.2所示）2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用（三）施工进度的科学管理化BIM技术在工程施工阶段，主要扮演着管理的角色。通过相关工序模板等编辑器，对不同的施工阶段进行划分，提高工程的施工进度。在对建筑结构的加固中，BIM技术根据建筑模型的形态，给予合适的加固方法，例如，公路、桥梁的工程体积庞大，工作量大，可以通过外包钢的加固法对建筑结构进行加固，这种方法的优点就是构件的承载能力大，施简便，现场工作量较小。

图2.2

智慧工地管理平台架构图2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用基于BIM技术的建筑工程造价管理包括四个阶段，首先是找建筑工程造价设计阶段的应用，项目各方需要建立BIM模型进行碰撞检查，反映出了整个建筑工程的整体结构、电气设计、给排水布置以及消防设施之间的碰撞冲突，提高了建筑工程图纸的审核效率，实现建筑工程中不同专业领域的协同工作。将BIM技术应用到建筑工程造价设计阶段的管理流程，其主要体现在建筑工程成本数据在设计与成本之间的交互作用。BIM设计模型与建筑工程造价之间的数据交互。（如图2.3所示）图2.3

BIM设计模型与建筑工程造价的数据交互2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用BIM技术可以促进建筑工程造价设计阶段各方的协同工作，传递有效信息，防止在建筑工程造价的后期设计中发生变更，实现建筑工程造价管理前置的目标。在建筑工程造价的招投标阶段，招标人采用BIM模型控制招标价及工程量清单，投标人利用BIM模型审核建筑工程量清单，实现建筑工程项目的合理报价。招投标阶段造价管理流程（如图2.4所示）。招投标造价管理流程整合了建筑工程所有方的工作流，提高了招投标双方在建筑工程造价中的效率，招标人可以满足自身对建筑工程经济性要求的制定，投标人可以从建筑工程报价中体现出企业的竞争力。图2.4

招投标造价管理流程2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用建筑工程造价施工阶段的管理是在设计阶段建立的BIM模型基础上，结合建筑工程施工阶段的工期变化、价格变化，建立建筑工程施工的BIM模型，利用BIM技术的参数化功能，调取建筑工程造价控制所需的各种费用，实现建筑工程造价的有效管理。在建筑工程造价的竣工阶段，利用BIM技术建立建筑工程造价的BIM数据库，将建筑工程造价管理的重心指向以上三个阶段，注重建筑工程造价数据信息的收集与处理。结合建筑工程造价合同的有关约定，梳理出竣工结算的BIM模型。建筑工程造价竣工阶段的管理流程（如图2.5所示）。图2.5建筑工程造价竣工阶段的管理流程2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用通过以上应用分析，设计了建筑工程造价管理流程（如图2.6所示）。综上所述，通过将BIM技术应用到建筑工程造价管理的四个阶段，实现了建筑工程造价的管理。图2.6建筑工程造价管理流程图2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用三、BIM技术与智慧工地随着BIM技术的不断深入发展，其已应用于各类工程的各个项目的各个阶段，BIM技术的优势也愈加明显。同时BIM技术可有效解决工程项目所面临的的各种技术难题，因此在打造智慧工地的过程中，BIM技术将以建设项目全生命周期的各个阶段为基点，完成项目精细化管理与建设，为智慧工地关键因素控制管理提供技术支持。BIM和智慧工地两个核心技术，共同构建项目数字化的基础。BIM提供施工策划数据3D可视化、以模型为载体的跨业务数据关联与集成。智慧工地提供了施工实际数据、实时采集、以BIM为核心的业务数据集成。以此为基础，提出了数字项目的概念，即“BIM+智慧工地”整合升级。将数字项目的定义丰富为，利用BIM相关技术，通过对项目的实体数字化、施工要素的数字化以及项目全过程的数字化，实现对项目现场作业的可控、项目指挥的高效及企业决策的精准，从而最终实现企业的数字化转型。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用BIM+智慧工地，以进度为主线、以成本为核心，利用BIM、大数据、AI等核心技术，集成项目软、硬件系统，实时汇总数据，实现建筑实体、生产要素、管理过程的全面数字化，为项目提供生产提效、管理有序、成本节约、风险可控的项目数字化解决方案。BIM技术帮助项目实现建筑实体数字化，智慧工地帮助项目实现生产要素数字化，二者共同支撑项目实现管理数字化。在智慧工地管理中应用BIM技术，可以提升咨询服务水平。BIM咨询服务模式主要包括四大类别，即企业级BIM咨询、项目级BIM咨询、基于BIM的项目管理解决方案咨询服务、BIM培训咨询服务。类型多样的BIM咨询服务模式可以对客户有效服务。弊端包括：在BIM技术下，还未能较好地对施工全流程进行充分地优化，同时整合各项资源的能力也不高尚没有有效地反馈前期施工阶段的信息，进而影响工程指导、管理效果；在BIM技术下所形成的管理环境对封闭，缺乏及时更新施工现场信息；应用BIM技术可对部分施工工作进行精细化管理，但是还不能够提升项目工程整体管理效果。随着以后的改进，在智慧建设管理快速发展的背景下，BIM技术的应用价值会越来越高。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用BIM模型创建与三维场布，BIM钢筋建模软件是在国家建筑规范和相关平法标准图集的基础上，使用CAD设计图纸转化建模或直接绘图建模，输入各种钢筋量的建模方式。三维场布建模软件在电脑中建立三维模型，用来科学规划建设项目的临时建设设施。1、土建模型创建结构构件创建的基本流程如下：（1）建立轴网：用CAD打开相应图纸，框选需要的部分后，选择“带基点复制”，打开土建软件选择“粘贴”，插入点以坐标原点为宜。点击“CAD转化”，选择“转化主轴”。提取轴线和相关轴符后点击“转化”，转化后轴网创建成功。（2）柱构件创建：粘贴对应的CAD柱图到土建软件中后，点击“CAD转化”，选择“转化柱体状构件”。转化成功后，双击其中一个柱构件名称，打开该柱构件的属性定义。然后依据图纸中柱的标高来编辑该柱构件的属性。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用（3）梁构件创建：粘贴对应的CAD梁图到土建软件中后，点击“CAD转化”，选择“转化梁”。转化成功后，双击其中一个梁构件名称，打开该梁构件的属性定义。查看该梁的属性是否与CAD梁图中的集中标注属性一致，直至该层所有梁构件都与CAD图纸上构件所对应的集中标注属性一致。（4）板构件创建：粘贴对应的CAD结构平面布置图到土建软件中后，选择“楼板楼梯”。然后，依据CAD图纸中的楼板名称及属性，点击“增加”来创建相应的楼板名称及属性。点击土建软件左侧功能栏的“楼板楼梯”，选择“绘制楼板”。然后按照图纸中显示的楼板名称及位置绘制好该层所有楼板。（5）墙构件创建：粘贴对应的CAD平面图到土建软件中后，选择“墙”。然后，依据CAD图纸中墙名称及属性，点击“增加”来创建相应的墙名称及属性。点击“墙体”，选择“绘制墙”。然后，按照图纸中显示的墙名称及位置绘制好该层所有的墙。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用（6）门窗构件创建：粘贴对应的CAD平面图到土建软件中后，在构件属性栏中选择“门窗洞口”，在“门窗洞口”中选择“门”或“窗”并依据CAD图纸中的门窗表增加名称及尺寸属性再依据相关立面展开图修改门、窗标高属性。（7）楼梯构件创建：粘贴对应的CAD平面图到土建软件中后，在土建软件左侧构件属性栏中选择“楼板楼梯”，在“楼板楼梯”中选择“梯段”。然后，依据CAD图纸中的楼梯详图增加梯段名称及属性。2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用2、场布模型创建（1）场地模型创建：在场布软件功能栏中的“布置”选择“地形图”，点击“场区地貌”来创建场地模型，再依据场布图纸中的数据及地质情况来编辑场地大小和地貌属性。（2）道路模型创建：在场布软件上侧功能栏中的“布置”选择“道路硬化”，选择“道路”来创建道路模型，再依据场布图纸中的相关道路名称和属性数据来编辑施工道路的名称和属性。（3）功能区模型创建：在场布软件上侧功能栏中的“布置”选择“办公生活”，点击“板房、食堂、厕所等设施”来创建办公生活模型。然后依据场布图纸中提供的数据来编辑设施的属性。依据图纸中设施名称及位置来布置场地中的所有临时设施。包括办公生活、排水排污、安全防护、基坑围护、临时用电、消防设施、施工机械、加工设施、材料堆场、绿色文明等。BIM土建及三维场布模型。（如图2.7所示）2.2智慧工地的技术支撑2.2.2BIM技术应用综上所述，基于BIM的智慧工地管理模式在保证施工效