【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞： 周緒紅 智能建造 人工智能 機(jī)器人 機(jī)器學(xué)習(xí) 智能建造機(jī)器人】
 
 
　　周緒紅：智能建造關(guān)鍵技術(shù)研究
 
　　
 
　　智能建造是融合新一代信息技術(shù)和工程建造技術(shù)，在工程中利用人工智能技術(shù)完成復(fù)雜建造工作的一種新型生產(chǎn)方式，其重點(diǎn)是人工智能技術(shù)，核心是機(jī)器學(xué)習(xí)、智能計(jì)算技術(shù)與工程技術(shù)相融合。智能建造涵蓋智能化設(shè)計(jì)、智能化生產(chǎn)、智能化施工、智能化運(yùn)維等功能，已逐步應(yīng)用于建筑、橋梁、公路、隧道、機(jī)場、車站、水利、能源工程等領(lǐng)域。智能建造不同于一般的自動(dòng)化，其強(qiáng)調(diào)代替人做復(fù)雜的工作，具有人機(jī)交互、自主學(xué)習(xí)、自主分析、自主決策和自主優(yōu)化、判斷、預(yù)警、決策等優(yōu)勢(shì)。
 
　　近些年，隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，建筑業(yè)發(fā)展進(jìn)入瓶頸期，傳統(tǒng)管理體制和建造模式效率不高，粗放型生產(chǎn)方式已不符合高質(zhì)量發(fā)展要求，建筑業(yè)推進(jìn)智能建造已是大勢(shì)所趨。在此背景下，我們要牢牢把握數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化融合發(fā)展的契機(jī)，以建筑信息化、工業(yè)化為基礎(chǔ)，推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
 
　　智能設(shè)計(jì)研究
 
　　高層建筑智能設(shè)計(jì)
 
　　當(dāng)前的高層建筑設(shè)計(jì)工作常分以下3個(gè)步驟：建筑師構(gòu)思建筑方案，采用CAD軟件繪圖；結(jié)構(gòu)師根據(jù)建筑方案在分析軟件中建模；結(jié)構(gòu)師使用軟件進(jìn)行分析，并人工調(diào)整優(yōu)化。但在實(shí)際操作中，該流程存在建筑繪圖耗費(fèi)時(shí)間長、結(jié)構(gòu)建模工作量大、結(jié)構(gòu)的人工優(yōu)化效率低等問題。針對(duì)這些問題，我們開展了建筑方案智能生成、結(jié)構(gòu)智能建模和結(jié)構(gòu)智能優(yōu)化三項(xiàng)智能設(shè)計(jì)研究：在建筑方案智能生成階段，AI通過學(xué)習(xí)優(yōu)秀建筑師的思想和經(jīng)驗(yàn)，生成不同風(fēng)格、不同需求的多種建筑方案；在結(jié)構(gòu)智能建模階段，建筑圖紙被自動(dòng)讀取，結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件自動(dòng)生成，荷載自動(dòng)計(jì)算，也就是結(jié)構(gòu)模型自動(dòng)生成；在結(jié)構(gòu)智能優(yōu)化階段，對(duì)模型的結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件截面等進(jìn)行智能優(yōu)化，力求有效提升高層建筑設(shè)計(jì)效率。
 
　　在具體實(shí)施過程中，我們將智能設(shè)計(jì)劃分為兩個(gè)模塊。一是建筑智能設(shè)計(jì)模塊，基于建筑先驗(yàn)知識(shí)以及優(yōu)秀范例等，以建筑功能和風(fēng)格為導(dǎo)向，采用深度學(xué)習(xí)、智能優(yōu)化算法平臺(tái)、圖像處理、圖論理論技術(shù)，一次生成多個(gè)建筑方案，并進(jìn)行存儲(chǔ)。二是結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)模塊，通過給予明確的遺傳算法、多目標(biāo)優(yōu)化算法，強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法和使用并行計(jì)算技術(shù)，使結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化。同時(shí)，我們開發(fā)了高層住宅智能設(shè)計(jì)軟件(Demo),建筑方案設(shè)計(jì)可由1～2天縮短至0.5小時(shí)，結(jié)構(gòu)建模與優(yōu)化由5天縮短至20小時(shí)，其中工程師工作時(shí)間約3小時(shí)，大大提高了工作效率，節(jié)約了項(xiàng)目成本，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
 
　　預(yù)制構(gòu)件智能深化設(shè)計(jì)與制造一體化
 
　　當(dāng)前的預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)和制造面臨深化設(shè)計(jì)效率低、出錯(cuò)率高；設(shè)計(jì)軟件不能進(jìn)行鋼筋和預(yù)埋件等零件的智能避障；模具廠家過度設(shè)計(jì)，用鋼量高、成本高等問題。為解決這些問題，我們將預(yù)制構(gòu)件和模具劃分為構(gòu)件智能設(shè)計(jì)模塊和模具智能設(shè)計(jì)模塊，將系統(tǒng)計(jì)算后生成的各類信息通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸至工廠進(jìn)行預(yù)制制造。其中，在構(gòu)件智能設(shè)計(jì)模塊中，最重要的環(huán)節(jié)為智能避障計(jì)算，它能避開各預(yù)埋件和鋼筋之間的相互碰撞，生成BIM模型、CAD詳圖和數(shù)字化制造信息?；诖耍覀冄邪l(fā)了預(yù)制樓梯一鍵出圖智能深化設(shè)計(jì)軟件，解決了預(yù)制樓梯設(shè)計(jì)效率低、模具成本高、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)信息割裂等問題。
 
　　智能監(jiān)測與預(yù)拼裝
 
　　鋼結(jié)構(gòu)智能數(shù)字化尺寸檢測和預(yù)拼裝
 
　　實(shí)體預(yù)拼裝是保證空間關(guān)聯(lián)構(gòu)件在現(xiàn)場能夠精準(zhǔn)安裝的有效措施，但存在胎架和人力成本高、場地占用大以及效率低等不足。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和三維測量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，實(shí)體預(yù)拼裝正逐漸被虛擬預(yù)拼裝所代替。
 
　　虛擬預(yù)拼裝是對(duì)所有生產(chǎn)的構(gòu)件實(shí)施三維激光掃描，并將得到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸至云端，在專用軟件中進(jìn)行智能處理、點(diǎn)云配準(zhǔn)、構(gòu)件尺寸檢測和智能預(yù)拼裝，從而達(dá)到精度分析的一種方法。在多尺度點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集時(shí)，針對(duì)較大尺寸的構(gòu)件，我們使用陸地式三維激光掃描儀進(jìn)行掃描；在螺栓孔細(xì)部等精細(xì)化部分，我們則使用手持式三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，掃描結(jié)果均在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示。在此基礎(chǔ)上，我們研發(fā)了智能數(shù)字化尺寸檢測和預(yù)拼裝系統(tǒng)(Demo)，避免了實(shí)體預(yù)拼裝存在的問題。該項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于重慶陸海國際中心(在建)、重慶兩江新區(qū)寨子路鋼拱橋、重慶郭家沱長江大橋、重慶雙堡特大橋(在建)等項(xiàng)目中，有效減少了實(shí)體預(yù)拼裝工作量，縮短了工期、提高了質(zhì)量、降低了成本。
 
　　
 
　　房屋智能數(shù)字化尺寸檢測
 
　　當(dāng)前的房屋尺寸質(zhì)量檢測技術(shù)較為落后，多為人工持尺檢測方式，不僅數(shù)據(jù)難以全面測量、效率低、人力投入成本高，而且手動(dòng)記錄數(shù)據(jù)容易錯(cuò)記、漏記，影響檢測結(jié)果的精確性。因此，我們采用三維激光掃描、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和智能算法相結(jié)合的手段，將房屋掃描后的數(shù)據(jù)以可視化的形式呈現(xiàn)出來，并形成實(shí)測實(shí)量報(bào)告，實(shí)現(xiàn)房屋尺寸質(zhì)量的智能檢測。
 
　　施工質(zhì)量與安全的智能檢測
 
　　在目前的建筑工程施工質(zhì)量與安全檢測中，依然存在諸多問題，如人工檢測效率低、不能全范圍檢測、及時(shí)性差、人為判斷標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、人力成本高等。面對(duì)這些問題，我們提出通過檢測目標(biāo)的智能采集和智能檢測，來有效提升施工現(xiàn)場質(zhì)量和安全管控的及時(shí)性、全面性和準(zhǔn)確性。技術(shù)路線包括智能檢測和檢測算法優(yōu)化兩個(gè)環(huán)節(jié)，首先將施工現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)在云端進(jìn)行目標(biāo)預(yù)處理、繼而采用智能檢測算法生成缺陷信息、行為信息和警報(bào)信息三類信息，并將信息存儲(chǔ)與管理，然后對(duì)比人為判斷和智能檢測的結(jié)果，對(duì)檢測算法進(jìn)行優(yōu)化迭代，以降低漏檢率和誤檢率。我們研制出了一款施工質(zhì)量與安全智能檢測軟件——拍可測(PicCheck),可解決傳統(tǒng)檢測方式效率低、及時(shí)性及準(zhǔn)確性差、檢測不全面、人力成本高等問題。
 
　　智能建造機(jī)器人
 
　　機(jī)器人是人類生產(chǎn)生活的重要工具和應(yīng)對(duì)人口老齡化的得力助手，同時(shí)也是新興技術(shù)的重要載體和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵裝備。在制造與施工中，我們希望機(jī)器人能代替人類干“危、繁、臟、重”等高風(fēng)險(xiǎn)的事情，以確保工程更加安全、高效和環(huán)保。我們采用的技術(shù)路線為3個(gè)硬件模塊（即底盤選型、機(jī)械臂選型、執(zhí)行器研發(fā)）與3個(gè)軟件模塊（即構(gòu)圖與定位、路徑規(guī)劃與自主避障、建模與控制）相結(jié)合的形式。我們與深圳卓蟻科技有限公司共同研發(fā)了ALC墻板搬運(yùn)機(jī)器人，其可實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化作業(yè)，具備墻板搬運(yùn)、自動(dòng)定位和導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、自動(dòng)避障防撞等功能，提高了墻板搬運(yùn)效率，降低了施工成本。
 
　　
 
　　ALC 墻板搬運(yùn)機(jī)器人樣機(jī)
 
　　發(fā)展智能建造，是當(dāng)前建筑業(yè)突破發(fā)展瓶頸、增強(qiáng)核心競爭力、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在，要著重注意以下兩點(diǎn)：一是發(fā)展智能建造必須堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，建立以大型建筑業(yè)央企、國企或民企牽頭，軟件開發(fā)商、制造企業(yè)和高校及科研院所參與的跨專業(yè)、跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新體系；二是發(fā)展智能建造必須多學(xué)科交叉融合，團(tuán)隊(duì)中既要有掌握傳統(tǒng)土木建筑知識(shí)的專業(yè)技術(shù)人才，又要有精通人工智能算法、物聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)、云計(jì)算、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、智能制造和先進(jìn)設(shè)備等方面知識(shí)的其他技術(shù)人才，才能共同承擔(dān)這項(xiàng)多學(xué)科交叉的研究工作。
 
　　來源：來源：《建筑》雜志第6期
 
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