金亘 刘海龙 郭明勃
中国建筑第八工程局有限公司东北分公司
摘要：随着建筑业的发展，人们对建筑物外形、高度、质量等方面要求也变得越来越高，从而不可避免的出现危大工程。高难度施工安全性是难以保障的，而劳动力短缺、工人成本越来越高、质量得不到有效控制的现象在未来会越来越严重。在未来，施工单位如何为业主、客户建造一个过程放心、质量无忧的工程是建筑行业发展的一个方向，所以智慧工地是现在建筑行业发展的必然趋势。
关键词：智慧工地 智慧建造 建筑自动化 建筑信息化
一、引言
随着科技的发展，很多行业逐渐从人工走向自动化、信息化。然而建筑业一直没有很大改变，这并不是因为现有技术水平低，而是在现有建筑模式下，没有专业人员将现有技术与科技融合起来，但是从目前建筑业作业人员统计情况看，工人数量逐年减少，劳动力成本逐年上涨、工人能力参差不齐。所以施工的安全性、质量、工期、成本等很难做到精准把控。在现代施工中，很多企业及业主都提倡BIM指引施工，而实际过程中，并没有真正的将BIM应用在实际施工中来，一是因为BIM的信息化程度不够高，二是企业对BIM应用水平应用深度不足等问题。改变建筑行业产业结构现有工地到智慧工地是现在建筑行业的必然走向。本文从六个方面分析智慧工地发展的方向及优劣势。
二、从六方面阐述智慧工地发展
（一）智慧建造形势下的劳动力发展趋势
智慧工地的发展必然会将需要以工人为主导的重复性工作转化为机器人模块化、程序化的工作，一种机器人具备一种或几种专业工种能力，并且通过规范、指令给机器人工作增加约束条件，管理人员的工作是给机器人、机械发布指令。机器人功能也不是越全越好，现在施工很容易出现单一工种施工长期重复进行同一项工作，功能过多会产生资源浪费，并且影响机器人的造价和体形。从现有技术来讲机器人应具有下述部分功能：
1）定位功能：以GPS、陀螺仪、雷达等定位手段作为机器人确定位置及行动路线的方式；
2）储能功能：以电瓶、蓄电池等手段作为其能力来源，通过其内定程序自动判断何时需要更换电池；
3）移动功能：以脚步、滑轮、轨道运输（高空作业以脚手架为轨道）等多种方式进行行走，以三维激光扫描手段确认行走、工作路线是否有障碍物；
4）专业功能：对应专业或一机多能的工作能力；
5）自检功能：每台机器人都应具备自检能力，通过三维激光扫描功能对施工作为成果扫描成三维模型与设计三维模型对比；
6）数据输入、输出及信号传递功能：任何机器人都必须具备将施工成果都应传输到总控室，并且可以远程接收总控室信号功能；
7）验收功能：验收机器人应对施工成果进行验收，通过三维激光扫描手段将工程验收成果生成三维模型，并与设计模型形成对比；
8）试验功能：试验由专门机器人完成；
（二）智慧建造形势下的材料发展趋势
1）材料质量提升
随着技术水平的提高，高新材料也会逐步应用到施工生产中，材料质量、功能的提高必然会减少工艺的需求，从而加快建筑质量及施工效率。以钢筋、模板、混凝土为例，未来钢筋可能以其他方便运输的预制块进行替代，从而加快施工效率和提高施工质量；模板材质改变，改为轻、硬材质模板，通过嵌口拼接，方便组装及二次利用；混凝土会朝着强度高、抗剪性能好、质量轻、凝结时间短、可塑性强的方向发展。
2）材料进场存储、试验自动化
材料进场实现自动化，材料检测单位在现场设置实验室，流程如下：
（三）智慧建造形势下的机械发展趋势
施工机械自动化主要实现以下功能：
1）场内运输
场内运输主要以对现有自卸吊车加设无人驾驶和自动装卸功能，通过总控端输入所需材料名称、型号及数量，发出指令，实现全自动材料输运功能。
2）塔吊
当材料被材料运输车运输到卸料场地后，塔吊根据总控端消息自动为需要工作的机器人调配运输过来的货物，通过三维激光扫描分析塔吊运输过程中是否会发生碰撞。
3）其他机械
其他机械主要以挖掘机、推土机、盾构机、架桥机等涉及定位定高操控机械，可以通过总控端对机械发布命令及三维模型，机械通过现有测量技术确定开挖深度、前进方向等。压路机可以通过压路过程中根据经验判断是否到设计压实度，机器自动取样，检验合格后报送试验机器人取样检验。
（四）智慧建造形势下的绿色施工发展趋势
根据我国机动车发展情况，未来燃油车必然会被电动车所代替，未来现场所有设备均采用电力供能，而施工现场场地大，对机械加有节电装置同时对室外板房、空闲场地安装易装卸、可循环使用的太阳能充电板、风力发电设施等，现场增加塔吊自动洒水、机械人自动清洁自己施工区废弃材料并对废弃物进行分类，分析其是否具有二次利用能力。
（五）智慧建造形势下的BIM信息化应用
BIM信息化将是未来施工管理人员主要工作，在现有BIM基础上升级，增加BIM软件功能，使BIM不仅可以赋予模型材质、颜色、形状等，还赋予施工计划开工日期、对应节点所需人、材、机、计划完工时间，通过BIM软件将施工过程模块化，在正式施工中，施工单位通过模块化的BIM模型指引现场施工。
（六）智慧建造形势下的混合现实应用
混合现实技术（MR技术）将图纸三维模型和信息呈现给施工管理人员、业主、及客户等，在施工前、施工中、施工后都可以给业主、客户、管理人员展现每一部位施工完成日期、计划完成日期、材质等建筑信息，并且可以通过MR技术，在施工前虚拟施工场景，反映设计过程中存在的问题。在施工过程中施工单位以管理为主线，通过BIM信息模型对负责施工片区发布指令，通过调用机器人的视角对现场施工进行巡查。
三、智慧工地发展优势
1、施工作业由机器人代替，施工安全问题大大减少；
2、现场施工更加规范化、标准化；
3、机器人可以更遵守规范的施工；
4、施工精度高，质量管控；
5、工期可以有效规划和控制；
6、可以通过建模过程，规避设计中的冲突；
7、合理安排施工工序，可以通过MR技术模拟施工；
8、除受材料制约，基本可以实现全天24小时施工，加快了施工进度；
9、可以通过MR技术远程提前让客户享受虚拟体验建筑成果；
10、所有材料都能得到及时有效的验收；
11、材料统一存储，减少施工过程中受损、丢失；
12、设计优化更加方便；
13、所有机械设备循环使用，长期收益较高。
四、智慧工地发展过程中的困难与瓶颈
1、转变成智慧工地必然需要长期发展，而从以人为主导到以自动化操控为主导过程中会产生冲突；
2、即使国家大力提倡，小型企业前期根本无力支付智慧工地所需要的成本，资金回流慢；
3、技术结合达不到理想状态，信息回馈和现场施工情况不符；
4、高技术人才的培养和专业工种的失业问题；
5、机械种类繁多，维护周期及费用会影响机械收益及工期；
结语
建筑行业的改革过程是艰难的，但是改革的结果是值得期待的，智慧工地是建筑行业未来发展趋势，无论是从施工安全、施工质量都会有着很大的提升，同时降低施工对工人的需求，加快施工进度。从长远角度而言，智慧工地的收益将是非常可观的。但是智慧工地若想快速发展，在自动化、信息化设施升级的同时，必须加快人才的培养和在岗人员的转型。
参考文献
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论文作者:金亘 刘海龙 郭明勃
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
标签：智慧论文; 工地论文; 机器人论文; 功能论文; 材料论文; 模型论文; 机械论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;