《智能建造數(shù)字技術基礎》課件 第8章 數(shù)字技術在工程建造中的應用

《智能建造數(shù)字技術基礎》數(shù)字技術在工程建造中的應用8章第XXX主講人指導人XXX時間指導人教材配套PPT學習導讀行業(yè)PPT模板/hangye/本章介紹了智慧工地的概念與特征,展現(xiàn)了當前智慧工地的典型應用場景。同時,以幾個項目應用場景為代表，從工程建設的效率、質量和安全管理三個層面，詳細剖析了其功能、組成、創(chuàng)新等方面，使學生在學習過程中有實際工程可以參考，領會各類工程建造場景下數(shù)字化技術的應用方式。目錄CONTENT01智慧工地行業(yè)PPT模板/hangye/02智慧工地技術架構及模塊03智慧工地典型應用場景STEPONE智慧工地01/工程勘察中的數(shù)字技術數(shù)字技術與智慧工地智慧工地的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀智慧工地的應用現(xiàn)狀智慧工地的發(fā)展前景數(shù)字技術與智慧工地可提高工程設計和施工的效率和質量數(shù)字技術在工程建造中的作用：數(shù)字技術在智能建造中的代表性應用即為智慧工地。智慧工地是指運用信息化手段，通過三維設計平臺對工程項目進行精確設計和施工模擬，圍繞施工過程管理，建立互聯(lián)協(xié)同、智能生產、科學管理的施工項目信息化生態(tài)圈，并將此數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下與物聯(lián)網(wǎng)采集到的工程信息進行數(shù)據(jù)挖掘分析，提供過程趨勢預測及專家預案，實現(xiàn)工程施工可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平，從而逐步實現(xiàn)綠色建造和生態(tài)建造。可降低工程成本和風險可提高工程的安全性和可持續(xù)性可改善工程的管理和協(xié)作數(shù)字技術與智慧工地的關系：數(shù)字技術是智慧工地的基礎和核心；智慧工地是數(shù)字技術的應用和展示；數(shù)字技術為智慧工地提供了數(shù)據(jù)支撐和技術手段。智慧工地的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀PART01PART02PART03數(shù)字建造1.0時代是指以碎片化應用為主，獨立解決項目的基本管理問題的階段。主要運用了一些基礎的信息化技術，如進度管理軟件、質量管理軟件、安全管理軟件等，實現(xiàn)了對項目的基本信息收集、存儲、傳輸和處理。數(shù)字建造1.0時代（2010年-2014年）數(shù)字建造2.0時代是指以可視化展示為其主要特點，數(shù)據(jù)化已形成基本路徑，利用無線網(wǎng)絡和APP進行基本的系統(tǒng)集成，達到提高管理水平的建設目標的階段。在這個階段，主要運用了一些先進的信息化技術，如建筑信息模型（BIM）和虛擬現(xiàn)實（VR）等技術進行設計和模擬，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和傳感器等技術進行監(jiān)測和優(yōu)化等。數(shù)字建造2.0時代（2015年-2019年）數(shù)字建造3.0時代是指工程物聯(lián)網(wǎng)技術不斷發(fā)展，實現(xiàn)建造全過程的數(shù)字化集成、施工技術全面智能、工作互聯(lián)互通、信息協(xié)同共享、決策科學分析、風險智慧預控，并全面推進數(shù)字交付的階段。在這個階段，主要運用了一些創(chuàng)新的信息化技術，如人工智能（AI）和機器學習（ML）等技術進行自動化和智能化施工，3D打印等技術進行創(chuàng)新和多樣化建造，大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等技術進行數(shù)據(jù)共享和協(xié)同等。數(shù)字建造3.0時代（2020年后）智慧工地的應用現(xiàn)狀安全生產智慧工地在施工過程管理方面的應用：質量管理圖8-1智慧工地構成示例圖成本管理綠色施工智慧工地的發(fā)展前景技術方面應用方面科研方面智慧工地將繼續(xù)推動各相關技術的創(chuàng)新和融合。例如，在設計階段，智慧工地將進一步應用人工智能（AI）和機器學習（ML）等技術，實現(xiàn)設計的自動生成和優(yōu)化；在施工階段，智慧工地將進一步應用3D打印、無人機、增強現(xiàn)實（AR）等技術，實現(xiàn)施工的創(chuàng)新和多樣化；在運維階段，智慧工地將進一步應用大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等技術，實現(xiàn)運維的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同。智慧工地將繼續(xù)拓展在建筑工程的全生命周期、全產業(yè)鏈、全價值鏈的應用，實現(xiàn)更高層次的信息化、智能化和自動化，提高建筑工程的效率、質量、安全和可持續(xù)性。智慧工地將繼續(xù)加強與學術界和產業(yè)界的合作。STEPTWO智慧工地技術架構及模塊02/智慧工地技術架構及模塊智慧工地的技術架構智慧工地功能模塊智慧工地技術架構智慧工地系統(tǒng)一般由總平臺和項目子平臺構成，其典型的系統(tǒng)構成和組成模塊如圖。圖8-2智慧工地系統(tǒng)示例圖智慧工地系統(tǒng)構成智慧工地技術架構（1）前端感知層通過傳感器、攝像頭、手機等終端設備，實現(xiàn)對項目建設過程的實時監(jiān)控、智能感知、數(shù)據(jù)采集和高效協(xié)同，提高作業(yè)現(xiàn)場的管理能力。（2）傳輸層通過有線或無線網(wǎng)絡，將前端感知層采集到的數(shù)據(jù)和圖像信息傳輸?shù)皆贫斯芾韺踊驊脤?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時共享和交換。（3）基礎設施及數(shù)據(jù)層通過云計算平臺，提供數(shù)據(jù)的存儲、計算和服務能力，支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理和分析，滿足不同應用場景的需求。（5）接入、展現(xiàn)層通過各種終端設備和界面，實現(xiàn)與用戶的交互和溝通，展示智慧工地的運行狀態(tài)和管理效果，提供便捷的操作和反饋。圖8-2智慧工地系統(tǒng)示例圖智慧工地系統(tǒng)架構智慧工地功能模塊作為數(shù)據(jù)綜合管理平臺,智慧工地管理中心是智慧工地的“大腦”,進而將工地各個功能模塊的數(shù)據(jù)指標進行整合,為管理者決策提供依據(jù)。圖8-4智慧工地管理中心智慧工地管理中心數(shù)據(jù)綜合管理平臺主要包括:（1）UI交互界面，如數(shù)據(jù)管理等（圖8-5）。（2）與各功能模塊的接口。（3）后臺分析、流程管理等。圖8-5數(shù)據(jù)管理界面智慧工地功能模塊基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)測技術在智慧工地中的應用十分普遍，被廣泛應用于施工現(xiàn)場管理于環(huán)境及安全監(jiān)測。圖8-6人員管理系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術的功能模塊圖8-7車輛出入管理系統(tǒng)人員管理系統(tǒng)人員管理系統(tǒng)也稱智慧勞務管理系統(tǒng),是以實名制管理為基礎的人員管理體系，通過對施工現(xiàn)場人員實名授權,實現(xiàn)勞務結構分配、安全教育、門禁管理、考勤管理等功能。車輛出入及運行軌跡管理系統(tǒng)車輛出入管理系統(tǒng)集車牌識別系統(tǒng)、控制機、道閘、承重、軌跡等于一體,進行車輛出入權限管理與駕駛員實名制登記授權,嚴格管理工地車輛出入。此外,通過軌跡監(jiān)測,可以防止違規(guī)操作。智慧工地功能模塊基于物聯(lián)網(wǎng)技術的功能模塊圖8-9揚塵噪聲監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境及安全監(jiān)管系統(tǒng)此模塊針對工程結構變形、各項應力、場地環(huán)境（降雨、揚塵、噪聲）等參數(shù)進行實時監(jiān)測，通常結合地理信息系統(tǒng)使用。圖8-8高支模安全監(jiān)控系統(tǒng)基于移動終端的功能模塊單獨構筑不同功能的模塊圖8-11施工現(xiàn)場設備管理系統(tǒng)安全教育、考試、罰款系統(tǒng)基于手機交互功能的應用,非常典型和普遍的系統(tǒng)為釘釘（在第4章已有說明）和企業(yè)微信。其高度集成了日常辦公的大多數(shù)需求模塊,當然也包含智慧工地所需的各類人員、物資、流程、項目、資金等管理模塊。圖8-10施工現(xiàn)場安全隱患管理系統(tǒng)施工現(xiàn)場管理系統(tǒng)基于移動終端的功能模塊單獨構筑不同功能的模塊圖8-12表單識別基于光學字符識別（OCR）技術的表單識別軟件可以實現(xiàn)紙質表單的便捷錄入，進而實現(xiàn)資料的快速數(shù)字化，提高現(xiàn)場管理效率。此外，利用智能手機的二維碼、NFC芯片掃描等功能，還可以實現(xiàn)人員、設備、構件的身份識別，提高現(xiàn)場的管理精準度。數(shù)字化及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)基于移動終端的功能模塊單獨構筑不同功能的模塊圖8-13基于智能手機的混凝土質量巡檢系統(tǒng)智能巡檢模塊以智能手機為載體，充分利用手機的錄音、拍攝、內置傳感器以及外接功能開發(fā)出一系列快速巡檢功能來采集現(xiàn)場各項數(shù)據(jù)，通過手機強大的通訊交互功能直接將前端采集數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫及平臺儲存處理展示。可以集成在智能手機上的常用的檢測機能有鋼筋（保護層、位置、直徑）、混凝土強度（回彈）、裂縫（寬度、勾勒、深度）、表層缺陷等。施工質量及安全巡檢系統(tǒng)STEPTHREE智慧工地典型應用場景03/智慧工地典型應用場景公路工程品質提升系統(tǒng)的整體構成連續(xù)壓實控制系統(tǒng)高支模安全監(jiān)測系統(tǒng)公路工程品質提升系統(tǒng)的整體構成某公路局為了提升新建和擴建工程的建設質量,保障工程安全,構筑了以質量、安全管理為中心的智慧管理云平臺,如圖8-14和圖8-15所示。圖8-14基于數(shù)據(jù)源的平臺功能架構示意圖圖8-15基于功能區(qū)分的平臺功能架構示意圖平臺具有如下特點:（1）可有效地提高工程整體質量和安全性；（2）可有效地提高建設單位、參建單位（施；。（3）關注施工過程與實體質量,軟、硬件緊密結合；（4）基于模塊化的構建思想,便于系統(tǒng)的升級、維護；（5）可嵌入建設方已有的平臺,避免重復性建設。智能連續(xù)壓實控制技術簡介ICCC（（IntelligenceContinuousCompactionControlsystem，智能連續(xù)壓實控制）技術是一種可以有效提高壓實質量的技術。ICCC利用振動壓路機的動態(tài)響應信號來評定和控制路基壓實質量，可以實現(xiàn)壓實過程中壓實質量的連續(xù)控制和全覆蓋檢測，提高路基壓實的均勻性和穩(wěn)定性，防止路基不均勻沉降，保證工程質量。根據(jù)ICCC的相關指標與K30值、回彈模量值或壓實系數(shù)的相關性校驗，確定連續(xù)壓實的目標值，并根據(jù)連續(xù)壓實值與目標值的比較，指導施工人員在達到合格狀態(tài)時停止碾壓，在欠壓區(qū)域補壓，提高路基壓實均勻性，防止過壓或漏壓。同時，根據(jù)連續(xù)壓實值大于目標值占比的比率和連續(xù)壓實值與平均值的比較，還可確定碾壓面壓實狀態(tài)分布、壓實均勻性等指標。主要用途：過程控制和質量檢測智能連續(xù)壓實控制技術簡介智能連續(xù)壓實控制技術簡介ICCC系統(tǒng)主要包括實時定位、振動監(jiān)測、現(xiàn)場控制終端、分析及監(jiān)控系統(tǒng)、標定系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)等組成。高精度定位架構及組成圖8-17連續(xù)壓實控制系統(tǒng)示意圖采用GNSS（對應北斗、GPS等）定位系統(tǒng)提供實時、厘米級高精度位置及高程信息，能對壓路機速度、換道、工作區(qū)域等進行精確計算。振動監(jiān)測一般采用振動傳感器，垂直安裝在加載振動輪內壁，測量振動輪振動頻率、振動幅度等信息。可以采用藍牙無線數(shù)據(jù)傳輸方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到現(xiàn)場控制終端。智能連續(xù)壓實控制技術簡介現(xiàn)場控制終端架構及組成圖8-18系統(tǒng)硬件安裝示意圖現(xiàn)場控制終端主要用于收集定位模塊及振動模塊數(shù)據(jù),將經緯度坐標轉換為平面坐標,并繪制壓路機碾壓軌跡,計算碾壓速度、碾壓遍數(shù)等參數(shù),同時對振動數(shù)據(jù)進行分析,計算CEV壓實指標。最終通過4G網(wǎng)絡將原始坐標參數(shù)、CEV參數(shù)等上傳至服務器,供服務器做進一步的分析。分析及監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)主要包括壓路機車載控制軟件和Web數(shù)據(jù)管理平臺（圖8-19）。車載控制軟件可實時繪制碾壓軌跡,顯示碾壓速度、振動頻率及壓實指標（CEV、VCV值等）及由此換算的參數(shù)，如K30、回彈模量、壓實度等。Web數(shù)據(jù)管理平臺可對項目基本信息進行設置,并對項目數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計展示,實現(xiàn)遠程實時在線監(jiān)測壓路機的工作情況,實時發(fā)現(xiàn)違規(guī)碾壓、漏碾、欠碾等情況,并實時提醒駕駛員整改,避免事后難以整改或者整改成本大等問題。圖8-19Web數(shù)據(jù)管理平臺智能連續(xù)壓實控制技術簡介標定系統(tǒng)架構及組成由于壓實指標（CEV、VCV值等）是通過振動輪的振動參數(shù)（如頻率、振幅等）得到，其不僅與材料的壓實狀況有關，也與振動輪等設備的狀態(tài)有關。因此，為了更好地得到材料的壓實狀況，需要將壓實指標與材料的力學指標（K30、回彈模量等）和物理指標（壓實度等）進行標定，得到標定曲線，并據(jù)此推算材料的壓實狀況。輔助系統(tǒng)由于碾壓與運料直接相關，因此運料車軌跡監(jiān)測（圖8-20）也有利于對材料來源進行追溯。軌跡App可實時監(jiān)測運料車的行駛軌跡,并計算運料次數(shù)以便結算。圖8-20車載平板連續(xù)壓實控制軟件/運料車軌跡監(jiān)測App智能連續(xù)壓實控制技術簡介實施實例本例是依據(jù)《公路路基填筑工程連續(xù)壓實控制系統(tǒng)技術條件》（JT/T1127—2017）進行的機場填方監(jiān)控。系統(tǒng)主要參數(shù)此系統(tǒng)采用的傳感器靈敏度為20mV（m/s2）,量程為16g,采樣頻率為500Hz,采樣位數(shù)為16位。圖8-21實時遠程監(jiān)測現(xiàn)場碾壓過程圖8-22碾壓軌跡熱力圖智能連續(xù)壓實控制技術簡介實施實例壓實指標及標定方法標定采用落球式回彈模量測試儀+定位模塊,將檢測數(shù)據(jù)精準定位到各測點,得到的CEV～回彈模量的相關系數(shù)達到了0.90左右。系統(tǒng)主要功能遠程在線監(jiān)測壓路機碾壓情況，包括實時繪制碾壓軌跡及熱力圖，監(jiān)控振動模式、碾壓速率。同時，根據(jù)實時計算得到的CEV值來評價對象區(qū)間的壓實程度、壓實均勻性和壓實穩(wěn)定性進行計算，并根據(jù)相應的控制準則進行壓實質量監(jiān)控。效果本系統(tǒng)可指導路基碾壓工作,避免路基過壓或欠壓，并對碾壓速率過快、振動頻率不足等情況進行報警，進而提高路基壓實均勻程度和穩(wěn)定性。同時，還可統(tǒng)計資料,生成報告,考核施工進度和效果,掌握路基壓實進展情況。高支模安全監(jiān)測系統(tǒng)高支模安全監(jiān)測的意義建筑高支模的安全監(jiān)測是指對高大模板支撐系統(tǒng)的模板沉降、支架變形和立桿軸力等參數(shù)進行實時監(jiān)測，以及對超限預警、危險報警、趨勢預測等監(jiān)測目標進行分析和處理的工作。意義及時發(fā)現(xiàn)高支模系統(tǒng)的異常變化，防止支架坍塌事故的發(fā)生，保障施工人員和周邊環(huán)境的安全；還可為信息化施工和設計優(yōu)化提供依據(jù)，提高施工效率和質量。架構及組成高支模安全監(jiān)測系統(tǒng)可以分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。此外，監(jiān)測頻率與報警值隨不同的項目而有所不同，需要在制訂監(jiān)測方案時確定。高支模安全監(jiān)測系統(tǒng)感知層架構及組成高支模監(jiān)測系統(tǒng)感知層主要完成的工作包括：傳感器選型與布點，現(xiàn)場總線布設，采集設備組網(wǎng)等，其主要項目參數(shù)及傳感器選型如表。序號監(jiān)測項目監(jiān)測儀器量測精度1豎向位移位移傳感器0.02mm2水平位移位移傳感器（全站儀）0.02mm3傾角傾角傳感器0.02504軸力軸壓傳感器≤0.5%FS表8-1主要項目參數(shù)及傳感器選型項目應設置穩(wěn)定的基準點，且具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，并且不影響現(xiàn)場的正常施工。在工作環(huán)境不能實現(xiàn)自動化實時監(jiān)測的情況下，模板及支撐