上海建工四建张铭:全生命期视角下的建筑企业数字化探索

2023-03-27 13:42:00


张铭,上海建工集团股份有限公司副总工程师,上海建工四建集团有限公司副总裁、总工程师,教授级高级工程师。担任上海市建筑学会工程建设专业委员主任、上海市土木工程学会城市更新专业委员会主任上海建筑改造与持续利用工程技术研究中心主任。主要从事文化建筑、城市更新和数字建造方面的研究和工程实践;先后主持或参与了世博会中国馆、上海迪斯尼、上海交响乐团音乐厅、上海大世界改建、玉佛寺改建等工程的建设。获上海市“优秀技术带头人”、“上海市领军人才”称号。


数字化时代已悄然来临,在数字产业化过程中,社会生产方式,人们的生活方式都将发生巨大的变化。我们应该主动拥抱数字文明,提高数字素养和数字技能,以便在数字发展大潮中,做好准备,抓住机遇,创新发展。

一、数字建造应用实践


上海建工四建集团有限公司从最初接触数字化,到现在已有十三个年头,发展历程跨越BIM应用、数字建造、智能建造、智慧建造。从建筑本体数字化表达,到建造过程数字化应用、智能施工装备感知和控制联动,直至机器学习和演化都有所涉及,但还不成熟,有的尚处起步阶段。目前,数字建造主要有八个应用场景:深化设计、虚拟体验、施工策划、数字测绘、工程物联、现场管控、数字交付和协同平台

1.深化设计

机电系统的深化设计、管线综合已经应用得非常成熟。作为施工企业,我们深化设计最佳的应用案例应该是上海迪士尼乐园。最早的设计方案从模型而来,并非通过两维设计图纸进行翻模。通过BIM技术,将各专业的深化设计方案进行整合,在三维可视条件下进行展示、完善和优化,然后出二维图纸,并将可关联的相关信息传输到加工厂的设备上,直接用于加工。上述信息还用于组织现场施工,真正实现了基于BIM的深化设计。

复杂劲性结构节点深化设计与辅助施工
PC结构


机电系统

2.虚拟体验

下文一组图片是浦东东方医院的项目,最左面照片是实景的照片,中间照片是VR模拟。对于设计效果要求比较高的大厅、VIP病房等区域,可以应用VR技术将设计方案进行高真实感的展现,让业主在电脑里面提前体验最终的空间和装饰效果,提高与业主的沟通效率,尽快确定深化设计方案,提升服务满意度。

MR技术是在虚拟环境中引入现实场景信息,让现实世界和虚拟世界产生联动,以增强用户体验的真实感。

MR应用


3.施工策划

这是南京西路上一个城市更新的项目,原先叫锦沧文华大酒店,后来由于功能发生变化,改名锦沧文华大厦。我们对建筑的整体结构做了置换,过程中利用BIM技术进行模拟,把最危险的工况寻找出来,进行结构分析,确保了置换过程的安全。


关于施工现场的策划,比如住宅楼,一个片区的住宅楼可能有几十栋,特别是PC结构,需要用到很多大型的塔吊,而且一定要保证其覆盖率,所以塔吊的排布非常密集,当一栋楼的进度发生变化后,塔吊布置上就会产生很多的问题。以往是靠项目技术人员的经验去解决,但是当塔吊达到一定数量,过程非常紧急的时候,会遇到难题,而借助数字技术可以较为便捷地完成这项工作。

4.数字测绘

山地的测量用传统的手段费时费力,借助无人机的数字测绘可以快捷、高效完成任务。数字测绘技术还可以用于质量管控,辅助现场管理,特别是对精度要求高的工程的质量控制,这是一个质子重离子医院的项目,其对设备的安装精度要求非常高,必须达到毫米级。由于现场布置管线、钢筋数量多,又非常复杂,我们利用三维扫描仪进行扫描,再跟模型进行比对,对于偏差超出标准的地方马上进行调整,然后再进行扫描,直至满足精度要求。

5.工程物联

针对风险较高的施工工序或施工要素,应用智能传感器进行实时监测、上传、分析,为施工管理提供数据支撑。
应用智能摄像头,远程监控现场施工进度;应用智能传感器监测塔吊钢丝绳是否存在损伤,减少塔吊事故;应用五轴姿态监测仪分析汽车吊、登高车等租赁机械的真正工作时长和效率,减少机械租赁费用。越来越多的工地物联网系统将实时采集工地现场数据,为远程化、精细化管理提供数字化手段。

6.现场管控

很多工地利用无人机进行施工现场的安全文明巡查,以及施工进度的识别。利用无人机把信息采集下来,通过数字技术进行进度的管控。

利用无人机倾斜摄影的现场安全文明巡查与进度识别

7.数字交付

数字交付需要检查现场实际做的跟模型是否一致,现实情况是很多项目,模型是模型,现场是现场,工人在施工的时候,并没有按照模型去实施,这是困扰数字化推进一个非常关键的因素。利用MR技术进行现场检查,通过 MR眼镜,可以看到实际做的管线跟模型中的排布有多少偏差。在竣工接管阶段,总包管理人员使用混合现实(MR)眼镜,将BIM模型1:1投射到现场;通过直观对比模型与建筑实体的尺寸和位置信息,分析管线、设备、空间的施工准确性;直接基于模型进行施工误差测量,发起整改单。
最近我们在探索基于全景视频的质量检查技术,如果模型跟现场不匹配,接下来运维阶段就会非常困难,所以目前数字交付是数字化应用中一个非常重要的环节。另外,我们还可以在现场应用iPad,对照模型盘点重要设备的位置、数量和信息,追踪各个管线的走向,提升交付和接管效率。

8.协同平台

BIM模型为数据载体,以智能手机、互联网、物联网为手段收集施工进度、质量、安全、资料等信息,支持建设过程全方位、集成化、精细化管理,提高总承包管理能力。

二、数字建造应用痛点

通过在数字建造领域的一些应用实践,我们总结出六个痛点问题。
第一是建造过程工业化、标准化程度低。据麦肯锡2016年发布的《想象建筑业的数字未来》报告显示,在各行业中建筑业数字化程度排在末尾,仅仅高于农牧业。实际上工业化、标准化、数字化、商业化应该融合发展,如果离开了工业化和标准化去推数字化,现实会困难重重。
第二是正向设计不普及,数据源头质量不高。当前还是二维设计方法为主导,图纸为设计交付物,设计提交的模型往往是由二维图纸翻模而来的。而且,建造的过程中,对最初设计方案的修改是普遍的情况,修改过程中对模型的修改又往往不能及时进行。
第三是施工现场网络覆盖率低,数据采集传输困难。深基坑网络覆盖难,室内作业面网络覆盖成本高、稳定性差。
第四是复杂环境下的数字化装备,技术不成熟。例如目前砌筑机器人的技术非常成熟,但在工地实际使用情况并不理想。机器人在特定环境中的使用效果非常好,但工地实际应用需要解决不少问题。1)工地上都是灰尘,设备防灰是个问题;2)现场砌筑定位不准;3)机器人有一定的作业范围,说形象一点,需要把机器人抬到那里安顿好,定好位,然后开始工作,搬运和定位的过程实际上比传统的要复杂多,但砌筑机器人在做一些造型的技术上有绝对的优势。
第五是工地现场数据不互通。例如塔吊上业主、施工、租赁各自安装传感器,可能最终拿到的只是局部数据,目前仍存在各自为政的现象,数据壁垒重重。还涉及隐私问题,比如人脸识别门禁系统,人脸数据如何共享等问题。
第六是各阶段信息断层严重,全生命数字价值难以实现。没有大数据或是不会利用数据。数字建造推进的可能可能来自于以下几个因素:1)传统作业以手工作业为主,随意性大,不按模型施工甚至不按图施工;2)经验驱动型的传统管理模式与数据驱动型的数字建造模式的矛盾;3)传统管理方式,数字化是BIM工程师的事,仅仅用于解决一些碰撞等技术工作;4)产业生态——赶工。有些工程起初做得非常好,一旦赶工就把数字化的东西全部扔了,往往等模型出来时,房子已经建好。

三、建筑企业数字化转型

目前,建筑业竞争日益激烈、盈利越来越困难;规模扩张、地域扩展带来管控压力;社会对建筑产品要求越来越高、监管越来越严,这些因素促使了产业的转型发展,数字化转型是非常重要的一步。住房和城乡建设部等十三部门联合印发的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》指出,要以大力发展建筑工业化为载体,以数字化、智能化升级为动力,创新突破相关核心技术,加大智能建造在工程建设各环节应用,形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系。

全面推进数字设计、数字加工、数字施工、数字运维和数字更新,实现建筑企业的数字化转型,我们要去探索数字建造与建筑工业化协同发展、全产业链协同的数字建造应用和建筑全生命期的数字建造应用。

上海建工开始尝试从设计、建造施工、运营维护和更新改造全链条的数字化,由建造商向全生命周期服务商转型。为此,我们应该从以下几方面发力。

1.数字建造领域技术创新,挖掘数字建造应用场景,复杂场景下的工程物联网装备研发创新。在这个基础上,开始探索把人工智能技术运用到工程建造中。开发建筑人工智能应用工具,可以把管理人员从很多重复的工作中解脱出来,达到意想不到的效果。譬如,我们自主研发的自动数钢筋、钢管的小程序,通过手机拍照上传一捆钢筋或钢管的截面照片,程序几秒钟就可以算出钢筋和钢管数量,提高效率90%以上。

2.工业化与数字化融合创新。完善BIM深化设计、模型导出数据用于生产和施工全过程,开发自动灌浆和超声检测装备。

3.面向全生命期的数字建造。把服务对象从建造阶段向运维阶段延伸,基于BIM将建造数据向运维转化,融合建筑智能化系统动态数据,形成“数字孪生建筑”,引入人工智能技术挖掘运维规律,实现数据驱动的智慧运维管理。我们希望建筑能够治“未病”,通过高频重复工单挖掘技术、能耗分项计量与异常识别,降低建筑的运营成本,实现主动式的智慧化运维。

4.面向更新改造的数字建造。将人工智能、物联网、大数据技术与城市更新技术融合,服务于城市更新。

上海建工四建将依托企业优势,收集和挖掘海量工程数据,形成行业知识库,打造“算据”优势;结合行业经验,开发工程领域人工智能算法,打造“算法”优势。目前,我们已经实现100多个项目20TB数据的融合,训练了BIM模型快速审核、图纸自动分类、能耗异常识别、设备故障预测、重复工单挖掘等AI算法。未来,我们将打造面向建筑行业的工业互联网平台,探索平台化全产业链服务模式,需要行业共同合作。希望在数字建造领域通过加强顶层设计、技术研发、合作共享、迭代前行,助力建筑企业的数字化转型不断前行。

*以上内容来源于由中国图学学会BIM专业委员会主办,上海宾孚数字科技集团有限公司承办的第九期BIM大讲堂,主题为“智能建造助力建筑企业数字化转型升级”论坛,上海建工四建集团有限公司副总裁、总工程师张铭的分享内容。宾孚科技整理、发布,转载请注明来源。



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