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行业观察丨降低建筑能耗、提高智能建筑水平,是持续提升建筑工业化水平的关键

广东建筑工业化展     2022-08-10     839

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相对于传统建筑业,建筑工业化技术含量高,可节省材料、缩短工期、提高工程质量、减少环境污染。目前,中国建筑工业化正处于快速发展阶段,整体工业化程度低、标准规程不足、生产耗能高,智能化技术的兴起能够在科技提升、成本节约和效率提高等多方面助力建筑工业化的高质量发展,也是未来建筑信息化和智能化发展的趋势。

本文分析了建筑智能化系统、企业信息化管理、建筑信息模型(BIM)技术运用、项目绿色施工等的研究热点及发展趋势,并在国家政策和市场层面提出了相应建议。

解决建筑能耗过高、持续提高智能建筑水平是实现建筑工业化水平的持续提升的关键所在。将智能化的研究成果融入建筑工程的产业链中,对建筑工业化的发展能起到重要推动作用

筑智能化工程就是依据建筑物为平台,给人们展示出了建筑物的安全、高效率、快捷、节能等内容的建筑分部工程,它是具备了信息化系统、通信化系统、建筑物设备管理系统等,并综合了基础结构、系统功能、服务、管理等优化组合的一个集合体。

中国建筑智能化研究趋势

中国建筑工业化起步较晚,先后经历了“探索期(1956—1990年)”“低潮期(1990—2000年)”“快速发展期(2000至今)”3个阶段。

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中国建筑工业化发展历程

随着科技的发展和国家政策的提出,中国建筑智能化正迅速发展并逐步完善。建筑智能化系统、企业信息化管理、建筑信息模型(BIM)技术运用、项目绿色施工等关键技术,贯穿了整个智能化建筑的发展。

智能化技术趋势

智能化技术在建筑业中的应用体现在提升建筑工程本身的科技感和智能化水平,通过高效智能的管理手段有效组织建筑的建造过程,并利用自动监控、无人巡检、机器视觉等技术对项目进行全面的信息搜集和分析反馈,达到建筑全过程的信息化和智能化。

在学术研究方面,从2000年开始对建筑智能化的研究开始增多,这与国家出台的相关政策密不可分。

建设部产业技术政策领导小组和工作小组于2000年撰写完成了建设部产业技术政策,其中第10项专题是“智能化建筑技术政策要点”。2013年又颁布了《智能建筑工程质量验收规范》(GB50339—2013)。

2000年左右发文量增长并不明显,到2007年才出现较为明显的增长,2017-2019年论文量达到峰值,可见国家层面政策的落地需要一个过程,行业对技术的接受和应用也同样需要一个过程。

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智能化建筑相关研究年发文量

研究要点

对智能化建筑的研究要点进行统计,可以看出目前智能化的研究主要集中在建筑智能化系统、施工、BIM技术、工程应用等方面。此外,绿色节能建筑以及新型材料在智能化建筑中的研究也较为广泛。

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通过研究要点聚类图可以看到不同关键词之间的关联性。建筑智能化系统、应用、BIM技术、施工等关键词贯穿整个智能化建筑的发展,这些研究要点之间关联性较高,说明在这个领域中地位重要。

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研究要点聚类

智能化系统集成

通常情况下,智能化系统集成是对各种不同类型设备当中现有的通信子网进行合理的利用,促使计算机网络可以实现系统内部各种设备相互之间的有效连接。

智能建筑系统集成的特点是其先进与实用性,具体功能是对建筑智能化系统的全面监控、资源管理与信息共享,使建筑各功能协调运作,实现安全性及高效的目标。

通信自动化系统

通信自动化系统(CAS)是智能建筑的核心,它是向建筑提供如数据、话音、图像、多媒体等信息的一套系统,是反映大楼的信息化和智能化的最重要标志之一

CAS中电话网络、计算机网络、有线电视网络的合理物理连接,保证了网络的相互连通、无缝覆盖业务上相互影响。

楼宇自动化系统

楼宇自动化系统(OPC)具有集成特性,将电器设备与建筑物通过集成控制方式进行管理,包括暖通空调系统、配电系统、安全防范系统等。

楼宇自动化系统中关键点包括设计系统框架和选者合适的开发工具,它可以实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制,能源管理,水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化等。

办公自动化系统

办公自动化系统(OAS)也叫信息化应用系统,可分为事务型OAS、管理型OAS、决策型OAS、集成一体化OAS等。

OAS的主要功能有文字处理、模式识别、图像处理、统计分析、计算机辅助设计、电子账务、电子邮件、来访接待、会议电视、同声传译等。

BIM技术在建筑工业化中的应用

BIM是一个设施物理和功能特性的数字化表达,能够共享信息资源从而为其生命周期的各种决策构成一个可靠的基础。BIM技术可以为设计方、建筑承建方、物业主、经营者建立沟通的桥梁,提供处理工程项目所需要的即时相关信息。

基于BIM的施工智能化

BIM施工应用技术

BIM应用的技术框架包括接口层、数据层、平台层、模型层和应用层。在接口层中,BIM技术可以实现非IFC格式信息转换,将不同格式的数据源及模型传输到系统中;应用层提供了基于BIM和网络的4D施工进度、资源、质量、成本和场地管理,4D安全与冲突分析。

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BIM技术应用框架

BIM施工整体结构

BIM在施工过程中的结构包括:施工建模系统、工程项目动态管理系统、施工安全与冲突系统、施工优化系统、项目综合管理系统

其中,建模系统以AutoCAD为图形平台开发了建筑施工BIM建模系统(BIMMS);动态管理系统可快捷完成施工段划分,形成4D动态现场管理;安全与冲突系统可动态检测、分析碰撞;优化系统可实现多个方案的比选,实现施工进度、资源和优化场地的模拟;管理系统为管理人员提供依据和支持。

BIM+物联网

物联网技术通过有效采集现实数据并且导入BIM模型中,可融合虚拟模型和实际情况,实现上层管理与基础层之间的信息联通。

BIM+物联网管理平台由基础层、资源层、支撑层及应用层构成,在建筑物资采购过程中可以实现物联网植入、BIM协同设计、BIM方案优化。

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BIM+物联网物资采购平台流程

基于BIM技术的绿色建筑

建筑工业化发展的趋势中,绿色建筑是未来主要发展方向和现代化建筑的重要组成。中美合作的迪士尼项目中采用的一体化项目实施(IPD)的管理模式和业主方主导的BIM技术无纸化应用,体现了BIM的绿色技术,为施工设计绿色化发展提供新思路。

工程应用

工程中常见的智能化技术

随着建筑工业化和数字化技术发展,地理信息系统(GIS)、BIM、物联网和虚拟/增强现实(VR/AR)等技术逐步进入土木工程领域。

常见的道路基础设施的管理和维护需要记录大量维护日志和现状数据,采用BIM+GIS的方式能够非常精准处理和记录这些数据,节省人力物力,且很容易进行项目的后期数据管理。

BIM+三维扫描技术是一种实景复制技术,在不破坏建筑物的基础上可以获得建筑物的三维信息,对古建筑的复建、维修、保护等有着重大的意义。

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BIM+三维扫描技术扫描图

BIM与AR结合,可对整体的施工状况和施工现场布置进行模拟。但目前仍处于初步探索阶段,两者结合不深,且存在信息不匹配的问题。

建筑工程各阶段的智能化应用

BIM项目应用具有真实性、代表性、突破性等优点,已应用到建筑工程、桥梁公路及设备安装工程等项目中,并贯穿工程项目的设计阶段、施工阶段、运维阶段。

利用BIM可视化进行深入设计,判断各个位置的设计是否合理,极大地提高了设计的效率和速度。将BIM技术和4D技术应用到实际工程中去,可以实现施工动态模拟、综合调试模拟、综合调试模拟。通过总结运维阶段的管理现状,可引入BIM技术解决运维阶段信息处理过程。

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智能化技术的应用案例

亚洲最大的发电厂采用BIM技术工期节省了9个月;珠海歌剧院借助BIM技术解决了寿命全周期问题;广州周大福金融中心通过MagiCAD、GBIMS施工管理系统等BIM产品应用取得良好成效;国家会展中心主体结构采用BIM建模,提高了设计效率和优化效果;苏州中南中心则是搭建了BIM组织协同管理平台,实现跨专业跨组织协同工作;天津117大厦实现专业模型及信息化集成,实现项目精细化管理。

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BIM在建筑中的应用

结 论

智能建筑在建筑工业化中占据重要地位,根据发文量量可以看出近几年建筑工业化的研究处于上升趋势。智能化系统集成、BIM技术以及工程应用是当前研究的热点问题。针对现存的一些问题提出以下建议:

(1)在国家政策方面:伴随着一些国家政策的提出,建筑工业化已经得到重视,但是相关规范和标准还不完善,完善相关标准体系对建筑工业化的发展至关重要。

(2)在市场方面:存在市场不规范、管理制度不严格等问题,应建立智能化监督管理体系。

本文作者:李水生,周泉,何君,马可
作者简介:李水生,中国建筑第五工程局有限公司,研究员,研究方向为绿色建筑与智能建造;周泉(通信作者),中国建筑第五工程局有限公司,高级工程师,研究方向为建筑工业化与绿色建造。
论文全文发表于《科技导报》2022年第11期,原标题为《智能化技术在建筑工业化中的应用进展》,本文有删减,欢迎订阅查看。
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2022年展会预告

第11届广东新型建筑工业化与装配式建筑展览会
暨绿色智能建造与智慧工地技术设备展览会

时间:2022年11月21-23日
地点:广州广交会展馆

更宏大的规模、更精彩的呈现
2022年11月  广州再见
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