版建筑业10项新技术10信息化应用技术.docx
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版建筑业10项新技术10信息化应用技术
10信息化应用技术
10.1虚拟仿真施工技术
1.国内外发展概述
虚拟仿真是在计算机图形学，计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科。
目前该技术在军工、航天、机械制造等领域广泛应用，在建筑工程施工中的研究与应用刚刚起步，主要集中在三维（3D）建模技术或BIM（BuildingInformationModelling）技术、4D技术。
BIM技术主要集成了建筑项目本身的相关信息，属于静态信息，主要用于项目设计分析；4D技术则基于3D模型，引入时间因素，进行施工进度的可视化展示，但没有考虑资源等关键因素。
虚拟仿真施工技术将可视化技术在建筑项目中的应用提高到一个新的水平。
2.基本概念
虚拟仿真施工技术就是基于虚拟模型技术而提出的用于建筑项目设计与施工过程模拟与分析的数字化、可视化技术、其扩展了4D（3D+时间）技术，即不仅考虑了时间维，还考虑了其他维数，如材料、机械、人力、空间、安全等，因此可称之为“ND”技术。
3.主要技术内容
虚拟仿真施工主要包含以下技术内容：
（1）三维建模技术
运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型。
该模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。
通过BIM技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。
（2）仿真技术
计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。
基本步骤为；研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实VR仿真。
（3）优化技术
优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。
它使用的方法包括：
线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等。
（4）虚拟现实技术
虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术是虚拟建造系统的核心技术。
虚拟现实技术是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。
目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。
操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。
4.技术指标与技术措施
施工工件动力学分析：
如应力分析、强度分析；
施工工件运动学仿真：
如机构之间的连接与碰撞；
施工场地优化布置：
如外景仿真、建材堆放位置；
施工机械的开行、安装过程；
施工过程结构内力和变形变化过程跟踪分析；
施工过程结构或构件及施工机械的运动学分析；
施工过程动态演示和回放。
5.适用范围
工业与民用建筑、市政工程、土木工程施工方案编制及施工过程控制。
6.已应用典型工程
上海正大广场，首都机场3号航站楼停车楼、广州西塔及有关大型体育场馆等项目。
7.经济效益与社会效益
虚拟仿真施工技术可通过虚拟仿真预演优化设计，减少施工过程中可能发生的碰撞，优化并加快施工过程，提高施工质量。
该技术的应用不但具有理想的经济效益，更具有改变传统建设工程设计施工生产方式、提高施工技术人员素质、推动行业科技进步的作用。
该技术的应用能充分展现行业与企业的施工管理和新技术应用水平。
10.2高精度自动测量控制技术
1.国内外发展概述
常规建筑工程结构施工控制，主要依靠经纬仪、水准仪、激光铅直仪、全站仪等光电测量技术设备进行施工测量控制与放样工作。
在高层建筑施工中，主要采用吊锤法、激光铅直仪投点法和精密天顶基准法进行平面基准传递；这些方法对环境条件有特定要求，可以满足一般高层建筑结构工程的施工测量质量控制要求。
但是，随着不规则结构的建筑总高度的升高，其平面基准与高程基准的传递误差累积增加，作业难度加大，受施工环境影响和干扰较多，垂直度偏差控制的精度较低，完全依靠逐层传递的施工测量成果精度无法进行科学的定量评价，很难保障超高层建筑、复杂结构形体的三维空间动态变形控制与实时性施工需要。
GPS技术作为一种全新的测量手段，在工程控制测量中已逐步得到使用，GPS定位技术的优点主要体现在精度高、速度快、全天候、无需通视、点位不受限制，并可同时提供平面和高程的三维位置信息等。
GPS技术在国内高层建筑施工中的应用刚刚起步，仅限于个别工程，GPS技术在复杂结构工程施工和测量定位中该如何应用等问题还需要研究。
2.基本概念
应用工程测量与定位信息化技术，建立特殊工程测量处理数据库，解决大型复杂或超高建筑工程中传统测量方法难以解决的测量速度、精度、变形等技术难题，实现对工程施工进度、质量、安全的有效控制。
3.主要技术内容及特点：
（1）如何应用GPS技术提高大型建筑工程施工中测量的精度以及提高测量工作效率；
（2）测量数据处理方法的优化；
（3）测量可视化技术（通过计算机辅助的方式，将电脑与全站仪连接，构件安装偏差的大小和方向以图示的方式直接反应在电脑屏幕上，便于指导校正工作，加快工作进程）；
（4）智能全站仪大仰角三维坐标测量法的快速、准确定位；
（5）建筑结构受日照、温差、风载等影响条件下的变形监测方法与变形特征分析。
4.技术指标与技术措施
（1）建立或应用测量机器人（智能全站仪）建筑测量的成套技术与工艺。
（2）建立或应用智能全站仪大仰角三维坐标测量修正模型。
（3）应用信息技术进行超高结构建筑垂直度偏差和轴线偏差控制。
（4）建立特殊复杂工程测量信息化处理数据库。
5.适用范围
适用于大型复杂或特殊复杂工程施工过程中的测量变形等监测，也适用于海事水下工程、隧道工程、道桥等工程。
6.已应用典型工程
上海环球金融中心项目，中国中央电视台新台址项目、香港维多利亚海湾海事工程、隧道工程等大型项目。
7.经济效益与社会效益
高精度自动测量控制技术能够提高测量效率，保证测量精度，节省人力，推进施工生产过程的技术进步。
10.3施工现场远程监控管理工程远程验收技术
1.国内外发展概述
基于射频技术的非接触式施工现场人员管理系统在香港等发达地区和国家应用比较普遍，在国内施工项目上应用不多，应用技术相对成熟。
工程远程验收系统是计算机网络技术、视频接口技术、数据库技术的集成创新和应用，技术成熟，在国内多个项目成功应用，效果显著。
2.基本概念
施工现场远程监控管理及工程远程验收技术是利用远程数字视频监控系统和基于射频技术的非接触式技术或3G通信技术对工程现场施工情况及人员进出场情况进行实时监控，通过信息化手段实现对工程的监控和管理，通过视频信息随时了解和掌握工程进展，远程协调、指挥工作能够实现将施工现场的图像、语音通过Internet传输到任何能上网的地点，实现与现场完全同步、实时的图像效果。
通过视频语音通信客户端软件，对工程项目进行远程验收和监控，并能实现将现场图像实时显示并存储下来。
3.主要技术内容
（1）远程视频图像监控：
监控用户可以通过网络察看每个监控摄像机采集的施工现场实时动态图像，远程调节监控摄像头的光圈、焦距和景深，控制云台的旋转。
（2）多画面显示：
远程监控端能够多画面循环显示，也能进行单画面和多画面显示方式切换，对画面可以放大和缩小。
（3）远程视频图像存储：
监控用户可以将远程视频图像存储在本地计算机硬盘上，能够对记录下的影像资料进行检索、回放、定位、快放和慢放等操作。
（4）用户权限控制：
为了系统的安全性和保密性，系统可以对用户的级别进行严格的控制，赋予不同级别用户不同的权限，所有用户只能在授权范围内进行监控操作。
（5）现场作业人员管理：
利用基于射频技术的人员身份识别系统实现现场作业人员的进出场管理和现场作业人员的统计分析。
（6）远程监控和视频采集
是系统的网络传输和硬件部分，将建筑工程现场的局部细节以及施工面的视频图像实时记录在视频媒体介质上，通过网络将实时采集的视频图像传输到远程质量验收管理系统中。
具有视频采集、传输管理、应用存储、远程访问管理、质量验收应用等具体功能。
（7）图档管理
对本工程相关图纸进行管理（主要是电子图纸），完成电子图纸的导入和管理，并进行图纸管理和整个验收系统的集成，实现在远程验收时随时可以调出相应的图纸作为验收参考和备案依据的功能。
（8）验收报表
主要用来处理相应的验收报表，实现报表的维护、填写等功能，并实现本分系统和整个远程验收系统的集成和其它分系统的交互。
验收报表子系统严格按照《建设工程监理规范》GB50319、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205、《建设工程文件归档整理规范》GB/T50328等各项规范规定，包括国家和地方相应的法律法规和标准规定的标准性报表，并可根据企业和工程特点自定义项目报表。
（9）多媒体交互
在工程质量验收时，验收中心人员与现场人员远程实时交互通信，形成联动协作的音视频同步系统和文字等的交流，提高质量验收的效率与验收部位的准确性。
（10）知识中心
具有收集工程验收相应规程规范、企业标准等内容的功能，为验收过程中的相关人员提供知识支持。
4.技术指标与技术措施
（1）实现施工现场工作人员身份的无接触采集和管理；
（2）实现施工现场图像的实时采集、远程查看及回放；
（3）实现异地专家对工程的远程质量验收和资料归档、查询；
（4）实现施工现场与远程验收专家的实时交互通信。
5.适用范围
大型房建、土木工程、市政工程、大型超高钢结构工程。
6.已应用典型工程
上海环球金融中心项目、广州西塔项目，中国中央电视台新台址项目、国家体育场等。
7.经济效益与社会效益
施工现场远程监控管理及工程远程验收技术的应用能起到规范工程现场管理、减少违规操作、保障施工安全和质量、节省资源、提高工程验收效率的作用。
10.4工程量自动计算技术
1.国内外发展概述
国际上工程量计算的发展普遍经历了从手上计算量到三维软件自动计算量逐级演变的过程。
一开始的手工算量过程非常繁杂，重复性劳动大，特别容易出错。
这是由于手工算量所有计算都是由手工求得，因此使得低级计算错误和预算人员理解偏差等造成的错误难以避免。
软件表格法计算量是基于手工算量的改进和延伸，这种方法需要用户一边在软件中输入计算量表达式，一边往计算机中输入数据同时还要考虑扣减关系，因而计算仍然非常烦琐。
二维算量软件的出现实现了以平面扣减方法进行工程量计算。
该方法以计算规则为依据，预算人员通过画图确定构件实体的位置，并输入与算量有关的构件属性，软件通过默认的计算规则，自动计算得到构件实体的工程量，自动进行汇总统计。
二维算量软件以平面扣减方法进行工程量计算，计算速度通常较快，但是由于其不能实现三维精确扣减，所以计算精确度相对低一些，但是考虑到工程量计算规则的规定，其与手工算量方法计算精度应相差不大。
目前，算量软件已发展到三维算量的阶段。
三维算量以实行三维空间实体的三维扣减，算量精度很高，对很多复杂的三维模型扣减计算误差都很小。
由于三维算量软件更直观地显示构件的位置关系，所以能够更容易发现一些画图和属性设置错误。
再加上更加人性化的界面，可以减少了预算人员大量的劳动时间，还可以比较轻松进行例如高层及超高层建筑的工程量等的计算。
国内的工程量计算软件发展也经历了三代的演变。
1990～1995年期间普遍使用的第一代计算软件，即表格参数法算量软件。
它的主要方法与手工算量类似，需要用户自己区分构件类型，然后根据不同的建筑部位列出算量表格，并由用户从施工图中查出相关参数录入电脑，由电脑进行工程量计算及汇总。
这类软件的优势是与手工算法十分接近，易于用户掌握使用。
当然，其弱势也很明显，它很难以描述构件之间的几何连接关系，不能进行工程量自动扣减。
第二代算量软件即二维图形法算量软件盛行于1995～2000年。
使用二维图形技术将施工图录入电脑，并套用定额，再由电脑进行工程量计算及汇总。
软件可自动判定构件之间的几何关系，进一步提高了工程量计算的自动化程度。
局限性是只能处理二维图形，不能直观描述较复杂的建筑构件，而且缺乏严谨的数学空间模型，计算复杂建筑物时容易出现误差，再加上不能利用设计院的施工图电子文档，使得用户录入图形操作相对复杂。
第三代算量软件始用于2000年，是基于三维可视化的算量软件。
在三维图形平台上，可实现快速三维图形建模，并套用定额、由电脑自动进行工程量计算及汇总。
2.基本概念
工程量自动计算技术是建立在二维或三维模型数据共享基础上，应用于建模、工程量统计、钢筋统计等过程，实现砌体、混凝土、装饰、基础等各部分的自动算量。
用户除了按照图纸提供的定义信息、布置构件、楼层组装建立模型外，还可以通过转CAD图和接动结构设计数据快速建立、获取模型。
有了模型后用户只需输入少量的控制参数，程序自动按相应计算规则扣减计算，用大量的自动化计算替代原来手工计算的内容，如自动套取清单项、自动套取地方定额、自动生成清单项目特征等，然后汇总生成各种类型的表格。
在清单统计模式下可同时按清单规则、定额规则平行扣减，并自动套取清单和定额做法。
工程量和钢筋量的计算是工程建设过程中的重要环节，其工作贯穿项目招投标、工程设计、施工、验收，结算的全过程，其特点是工作量大、内容繁杂，需要技术人员作大量细致、重复的计算工作。
特别是清单模式下，无论是招标方还是投标方都需要计算两遍工程量。
招标方需要计算清单量和定额消耗工程量，并且需要对清单项进行特征描述。
由于计算规则不同，两遍计算得出的是不同的计算结果。
而投标方需要核对招标方提供的清单量，同时计算施工方案工程量，也需要两种计算结果。
因此，相比定额模式下双方都多计算了一遍工程量。
由于工期时间比较紧张，要求造价人员高效、灵活、精确地完成工程量计算，把更多的时间运用在投标报价技巧上，这些单靠手工是很难按时保质保量完成的。
建立工程量计算模型的过程是通过各层平面布置和最终组装形成整体模型来完成的。
在模型输入中布置各层梁、柱、墙、门窗、板、阳台、挑檐、台阶等构件，以及基础构件如条基、地梁、筏板、承台、桩等构件，工程量自动计算软件可直接读取这些信息就可以统计出如下工程量：
砌体工程量、混凝土工程量、基础工程量、装饰工程量等。
大量工程量的统计要根据建筑和构件的布置找出相关几何量，比如房间的净面积、周长，房间周围墙的面积，柱、梁、墙、楼板的体积和外露部分的面积，门窗面积、周长，整栋建筑外围周长、面积，各层建筑面积等。
因此程序可以以模型为基础，准确算出相应的几何量来实现自动统计。
统计整体地面时，要已知房间的面积；统计屋面时，要已知屋面的坡度和全部面积；装修统计要已知内、外墙面积；模板统计要已知混凝土外露部分的净面积；脚手架统计要依据建筑的外周长、房间面积和净高。
因为整体模型和各层布置是已知的，因此软件可以直接统计这些工程量，用这种方式统计的工程量有：
楼地面工程量、屋面防水保温工程量；门窗工程量；装饰工程量；混凝土模板工程量；脚手架工程量；土石方和平整场地工程量等。
3.主要技术内容及特点
工程量自动计算新技术的发展应突出以下的内容：
（1）基于三维模型和建筑信息模型（BIM）技术，进行建模。
（2）可自动识别电子版设计文档，快速识别出轴网、柱、梁、墙、门窗、柱钢筋、梁钢筋、墙钢筋、板钢筋。
（3）可以在三维立体可视化的环境中实现整个建模和计算过程，通过系统提供的可视化修改查询工具，对模型的所有细节信息进行控制。
（4）以构件作为操作对象，系统工程量和钢筋工程量可以通过构件几何尺寸直接读取，实现构件交接处的自动扣减，如墙体计算中自动扣减门、窗、洞口的面积，算梁混凝土体积时自动扣减柱所占的长度等。
（5）自动套取定额，提供完整的换算信息。
（6）开放的完整的报表系统，实现工程量的自动分类汇总及报表输出。
与传统的算量方法相比，新的工程量自动计算技术具有显著的特点，具体细节如表10.4-1所示。
工程量自动计算新技术特点对比表表10.4-1
对比项
传统
软件
异通点及软件优势
算量思路
建立楼层概念，分层计算
建立楼层概念，分层计算
思路相同，符合算量思路
识图
反复翻看、记录图纸信息
可直接读取结构数据、导入CAD图或照图录入
软件自动获取模型、照图录入无需重复看图
计算规则
清单规则、各地定额规则难理解、难记、易混淆
内置清单规则及各地定额规则，直接选用即可
无需考虑，软件内置
套用做法及
清单项目特征
查找定额或清单规范
自动套取相应定额和清单，自动生成项目特征
自动实现快速准确
扣减关系
人工考虑扣减
根据计算规则自动扣减
自动扣减更简单
计算构件
列计算式
建立模型
实现方式不同，自动计算不会出错
计算结果
按计算器
自动计算
软件汇总更灵活
结果分类汇总
人工加以分类
可任何时候按不同方式自动汇总
软件计算更精确
准确率
异型构件扣减计算困难
根据构件之间实际相交情况扣减
软件更容易实现变更
变更调整
手工调整计算式，且相关联量不会自动调整
调整模型，相关联构件量自动调整
4.技术指标
（1）应用一套以上工程量自动计算软件。
（2）该软件要满足《建设工程工程量清单计价规范》GB50500。
（3）该软件应适应全国各地的不同定额和计算规则。
5.适用范围与应用前景
基于三维模型的工程量自动计算技术普通适用于工业与民用建筑项目中招投标、工程设计、施工、验收，结算全过程的砌体、混凝土、装饰、基础等各部分的工程量自动计算，以及钢筋统计等。
为满足具体施工环境的需要，工程量自动计算软件的发展更倾向于往易用性（使用方便，初学者容易上手）、健壮性（可以处理复杂的不规则构件）、精确性（计算结果精确）、开放性（建立开放式的定额库，计算规则可以人为修改和补充）和重复使用性（一次建模多次使用）等几个方面。
另外，随着计算机技术的发展和数据交换的需要，目前的很多工程量软件、钢筋软件和组价软件之间已经开发了良好的接口，数据已经可以实现互相输入输出。
在施工阶段，三维算量软件和进度管理软件和材料软件的融合可以动态地显示出整个工程的施工进度，从而可以进行已完成工程量和消耗材料量的分析对比，及时的发现施工漏洞，从而尽最大能的节省投资，提高效益。
但在目前的阶段，工程量计算软件与项目管理软件、材料软件仍没有实现较好的结合。
随着工程造价改革的不断深入，信息化技术在建筑业内应用的不断发展，基于三维模型的工程量自动计算技术与项目、材料管理软件的融合已成为行业发展的必然趋势。
虽然这项研究还处在起步阶段，集成后的新功能也还在探索阶段，相信随着研究的进行，其功能必然能够得到更大的发挥，甚至引起建筑行业的革命性变化。
6.典型工程与应用实例
工程量自动计算和统计技术目前已在施工领域取得普遍关注。
应用三维建模和建筑信息模型BIM技术的工程量自动统计软件，也在部分大型工程中应用。
部分典型案例如表10.4-2所示。
工程量自动计算技术案例表表10.4-2
项目名称
建造时间
结构
类型
建筑面积
（平方米）
工程造价（万元）
每平方米单方造价（元）
每平方米钢筋含量（kg）
工程计算所需时间
安徽黄山玉屏假日酒店
2009年
框剪结构
72100
约15000
约2080
84.5
10d
甘肃煤炭学校实训楼
2009年
框架结构
11253
约3000
约1337
78.79
6d
辽宁鞍山市职业技术教育基地-体育馆
2008年
框架结构
11253
约3000
约2665
约81
15d
辽宁锦州凌河宾馆
2008年
框剪结构
16494
约3400
约2061
约65
10d
山东淄博市长途汽车站
2008年
框架结构
42000
约9800
约2300
约65
25d
安徽鸿润•都市华庭24号楼
2008年
框剪结构
10291.47
约1091
约1060
约70.6
7d
甘肃阿拉善左旗中凯大厦
2009年
框架结构
16958.6
约2242
约1322
56.47
12d
山西滨东花园10号住宅楼
2008年
剪力墙结构
10573.77
约1447
约1368
74.51
10d
在一些高难度的施工项目中，工程量的自动计算技术更是发挥了显著的优势。
例如在洞巴水电站的施工过程中，出现了一些如边墙、墩体基础、弧形门槽、闸墩等形体特殊的构筑物，此外河道修葺、道路平整、建筑物的开挖等都无一不涉及工程量的计算，在这种情况下用传统的工程量计算方法很难实现精确计算。
三维模型的应用使得工程量计算的作业方式由传统的手工绘制断面图转变为高效的边界面积计算上来，成功地解决了工程量计算复杂及误差大等问题，从而极大缩短了工程造价评估的时间。
7.经济效益与社会效益
工程量项目经济管理、工程造价控制是基本建设的核心人物，正确、快速的计算工程量是这一核心任务的首要工作，工程量计算是编制工程预算的基础工作，具有工作量较大、繁琐、费时、细致等特点，约占编制整份工程预算工作量的50%～70%，而且其精确度和快慢程度将直接影响预算的质量与速度。
改进工程量计算方法，对于提高概预算质量、加速概预算速度、减轻概预算人员的工作量、增强审核和审定透明度都具有十分重要的意义。
新的工程量自动计算技术是在三维立体可视化的环境中实现整个建模和计算的全过程，因而在实际应用之中可以4D（工程量的空间三维+项目管理的时间维）的方式显示出来、在施工方案设计前期，4D技术有助于对施工方案设计的详细分析和优化，能协助制订出合理而经济的施工组织流程，由于此时确定的施工流程贯穿于整个施工过程，显然此项技术对缩短工期、节省成本、提高工程质量和预测、处理施工难题等非常有益；在施工阶段，三维算量软件和进度管理软件和材料软件的融合可以动态地显示出整个工程的施工进度，从而可以进行已完成工程量和消耗材料量的分析对比，及时地发现施工漏洞，从而尽最大能的节约投资，给企业带来巨大的经济效益。
同时，采用工程量自动计算技术，可进一步促进招标过程中工程量信息的公开化。
这就从根本上消除了标底准确性和标底泄露所带来的负面影响，有利于公平竞争，避免工程招标中的弄虚作假、暗箱操作等不规范的招标行为，从而产生显著的社会效益。
10.5工程项目管理信息化实施集成应用及基础信息规范分类编码技术
1．国内外发展概述
国外工程项目管理实行严格市场化和私用化条件下的招标和工程监理制度，其工程项目管理信息化的思想方法，控制理念短期内很难在国内实际中全面推广使用。
我国工程项目管理体制、工程项目管理思想的特殊性决定了国外工程项目管理信息化集成应用短时间内很难全面适用我国的工程项目管理实践。
国外成熟的工程项目管理信息化集成应用系统无法直接移植到中国工程项目管理行业，主要原因除了投融资体制和项目模式等原因外，系统还涉及电子商务应用，并与国这有的相应政策和法律环境直接相关，因此推广适合中国工程项目管理特点的工程项目管理信息化实施集成应用，无论从技术上还是经济上都具有十分重要的战略意义和实现意义。
国内目前的工程项目管理信息实施及集成应用，或偏重于项目成本管理，或偏重于公司级的流程控制，缺乏基础成本数据的支持，并且都没有与企业整体的财务资金系统很好地集成，很难达到实时动态监控项目成本运转的目的。
在国内外的工程建设信息化技术应用领域，指标编码或
升级会员 