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【会员资讯】上海建工张铭:全生命期视角下的建筑企业数字化探索
 发布时间:2023-04-07 浏览:1304
  •     导读:近日,上海建工四建集团副总裁、总工程师张铭受邀在中国图学学会BIM专业委员会第九期BIM大讲堂——“智能建造助力建筑企业数字化转型升级”论坛上,作了“全生命期视角下的建筑企业数字化探索”的主题演讲。
        他以四建集团数字建造研究中心研发和应用实践为例,详细介绍了数字建造的8大应用场景和6个痛点问题。在向建筑全生命周期服务商转型的过程中,张铭认为,可以从数字建造技术创新、应用场景挖掘、装备研发,工业化与数字化融合创新,面向全生命期的数字建造,面向更新改造的数字建造等方面不断探索和努力。

        张铭,1969年10月生,1992年同济大学工民建专业本科毕业,现任上海建工集团副总工程师,上海建工四建集团副总裁、总工程师,教授级高级工程师,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。曾获上海市“优秀技术带头人”、“上海市领军人才”称号。
        以下是张铭的演讲全文:

    全生命期视角下的建筑企业数字化探索

        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。
        数字建造应用实践
        上海建工四建集团从最初接触数字化,到现在已有13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,有的还处在起步阶段。
        目前,数字建造主要有8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
        下文一组是浦东东方医院的项目,最左面照片是实景照片,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。

        上海市东方医院VR展现

        3、施工策划
        在锦沧文华大酒店改扩建城市更新项目中,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。

        锦沧文华大酒店更新
        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。

        质子重离子医院三维扫描技术应用
        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

        以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。

        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6个痛点问题。
        一是建造过程工业化、标准化程度低。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。
        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。
        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。
        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。
        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。
        六是各阶段信息断层严重,全生命数字价值难以实现。阻碍数字建造推进可能来自以下几方面因素: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。
        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个部门联合印发的《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。
        一是数字建造领域技术创新,挖掘数字建造应用场景,特别是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。

        二是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等装备,解决工业化建造的痛点问题。
        三是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。

        四是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。
        上海建工四建集团将依托企业优势,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,这需要行业共同合作,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。
    (摘自:上海建工)