数字化技术在建筑工程施工中的应用及发展研究

摘要：随着计算机和各种先进技术的飞速发展，传统的建设工程施工管理受到前所未有的挑战，这使数字化施工的概念登上了历史舞台。从数字化施工的概念出发，主要对建筑空间信息技术、建筑设备数字化监管技术等3个数字化施工技术在建筑工程中的应用进行了阐述，同时对数字化施工技术在工程中的未来发展趋势及注意事项进行了分析与探讨。

0 前言

美国1998 年率先提出了“数字地球”的概念，随着“数字地球”概念的提出，“数字化”时代已经到来，数字化施工就是在“数字地球”这一大背景下提出的。

建筑行业被称为仅次于采矿作业的第二危险行业，对于安全事故多发的工程施工，如何做好施工现场管理，控制事故发生频率，一直是政府管理部门、施工企业关注的焦点。为了更好地管理施工，保证施工质量安全，人们提出“数字工地”概念。

“数字工地”是数字化工地管理信息系统的简称，该系统通过运用现代化信息采集、传输、处理技术和自动化控制技术，对施工技术、工程质量、安全生产、文明施工等管理进行动态的、实时的监控，在此基础上对各个管理对象的信

息进行数字化处理和存档，以此促进工作效率和管理水平的提高。

同时，通过计算机、网络等先进技术平台，实现远程监控管理，真正实现建设主管部门、业主、设计、监理对工程施工全方位、全过程、全天候和多视点、多角度、多层面的实时监控，使各部门管理者对工程建设中出现的各种问题做到“第一时间发现，第一时间处置，第一时间解决”，数字化施工技术就是在这一前提下发展起来的。

1 数字化施工的概念

目前中国的城市工程建设呈现出火热的态势，同时给建设工程的安全与质量监管工作带来了严峻的压力和挑战。过去工程施工技术比较单一，主要是人工操作，工作效率极低，同时人为操作引起的误差可能会给工程带来安全隐患，造成工程事故。为了杜绝工程事故的发生，更好地保证施工质量安全，许多工程引进数字化施工技术。

数字化施工技术是对建筑工程建造过程中的各个环节

进行统模，形成一个可运行的虚拟建造环境，以软件技术为支撑，借助于高性能的硬件，在计算机网络上，生成数字化产品，实现规划设计、性能分析、施工方案决策和质量检验、管理。它是数字化形式的广义建造系统，是对实际施工过程的动态模拟。数字化施工可大幅度提高施工效率和保证工程

质量，减少或杜绝工程事故，有效控制成本，实现施工管理现代化。

2 数字化施工技术在工程中的应用

数字化施工技术目前应用主要体现于建筑空间信息技术、建筑设备数字化监管技术和数字化施工监控技术等容。本文主要对这3 种施工技术在工程中的应用进行阐述。

2. 1 建筑空间信息技术

建筑空间信息技术包括对施工场地的地形、地貌、建筑物、施工项目等一切空间的信息进行集中统一分析。空间信息技术主要包括遥感技术、地理信息系统和全球定位系统。

其中，地理信息系统在工程施工管理中作用尤其突出。

地理信息系统可以对信息进行空间分析和可视化表达，这些功能适用于工程地质勘探、工程项目选址分析、工程项目风险评价、施工平面规划等工程建设领域。丰富的查询功能也是地理信息系统的一大显著特点，地理信息系统提供图形查询、文字查询、事件查询和过程查询，利用这些功能不但可以获得与空间坐标相关的各项实体信息，还可以获得动态的过程信息，如施工过程信息等。目前该技术广泛应用于水利、水电工程的施工过程中，如施工导截流施工管理、施工场地总布置等。

2. 2 建筑设备数字化监管技术

建筑设备监控系统是智能建筑中的一个重要系统，是将建筑有关暖通空调、给排水、照明、运输等设备集中监视、控制和管理的综合性系统。建筑设备监控系统是以计算机局域网为通信基础、以计算机技术为核心的计算机控制系统，它具有分散控制和集中管理的功能。

在建筑设备数字化监管技术中，建立机电设备管理系统，对机电设备进行综合管理、调度、监视、操作和控制，达到节能的目的。数字监管技术相对人员管理将更好地管理建筑设备。

2. 3 数字化施工监控

数字化施工监控是利用现代科技优化监控手段，实现实时、全过程、不间断安全监管，将该技术应用到施工现场管理是必要的。

数字化施工监控广泛应用于建筑工程中，在建筑施工中，主要对混凝土的输送、浇捣、养护、模板安装、钢筋安装及绑扎、施工人员安全帽、安全带佩戴、建筑物的安全网设置、外脚手架及落地竹脚手架的架设、缆风绳固定及使用、吊篮安装及使用、吊盘进料口和楼层卸料平台防护、塔吊和卷扬机安装及操作以及楼梯口、电梯口、井口防护、预留洞口、坑井口防护、阳台、楼板、屋面等临边防护和作业面临边防护等部位进行施工监控，以保证施工质量安全。

为了加强建筑工地的安全文明施工管理，数字化施工监控系统有针对性地设置工地文明施工的重点监控，主要对工地围挡、建筑材料堆放、工地临时用房、防火、防盗、施工标牌设置等容进行监控，目的是加强安全管理工作。

3 数字化施工技术在工程中的发展趋势

建筑空间信息与可视化、建筑设备监管数字化和数字化施工监控技术在建筑工程中已经得到广泛的应用，随着信息管理技术的发展，建筑系统仿真计算、虚拟现实、多智能体施工技术也渐渐引入建筑工程中，这将是数字化施工技术未来的发展趋势。

3. 1 建筑系统仿真计算

系统仿真技术是以相似性原理、系统工程方法、信息技术及应用领域相关专业技术为基础，以计算机等设备为工具，利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合技术。

国外从20 世纪70 年代开始将仿真技术应用到工程施工过程仿真，以循环网络仿真软件为代表的一系列软件已广泛应用在隧洞施工、土石方开挖、桥梁施工、管道施工等工程施工领域。

中国的仿真技术相对国外而言起步较晚，应用围不广。目前，相关科研单位在隧道施工、水利水电施工、港口工艺方案设计和土方运输等方面进行了仿真研究。建筑系统仿真

计算将广泛应用到建筑工程中，将是数字化施工技术的未来发展趋势。

3. 2 虚拟现实

虚拟现实是采用以计算机技术为核心的现代高新科技生成逼真的集视觉、听觉、触觉与嗅觉为一体的特定围的模拟环境。

虚拟现实首先在军事、航天等高科技领域及娱乐漫游等方面获得成功的应用，目前在建筑工程领域也得到应用。如利用虚拟现实的可视化特性，检验施工组织设计方案的可行性，或者通过实时交互修改参数来对不同施工方案进行比较; 又如利用广联达图形算量软件建模快捷计算出工程量等应用。

可见，该技术在工程建设领域中也得到了广泛应用。拓展该技术的广度和深度是目前的重要任务，如BIM 技术的研发。建筑虚拟现实技术的发展是数字施工技术发展的必然趋势。

3. 3 多智能体施工

随着国民经济的不断发展和新技术、新材料、新工艺的不断出现，工程建设项目的规模不断扩大、形式日益复杂，工程建设过程涉及的单位和个人也越来越多，因而对建设工程管理的统筹性、协调性、时效性提出的要求就越来越高。

对于建筑工程这样一个复杂的系统，应用多智能体技术保证工程建设任务的顺利进行是必要的。

智能体是指为了实现自己的设计目标或任务而独立自

主的运行，能适应自身所处的环境，并能不断地从环境中获取知识以提高自身能力，具有学习和推理功能的智能实体。多智能体系统是由多个可计算的智能体组成的集合，其中每个智能体是一个物理的或抽象的实体，能作用于自身和环境，并与其他智能体通信。多智能体技术是人工智能技术的一次质的飞跃。多智能体技术具有自主性、分布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力。采用多智能体系统解决实际应用问题，具有很强的可靠性。

总的来说，目前多智能体技术在建设工程领域的应用和研究有限，有待进一步拓展其应用的深度和广度。随着人们对房屋功能的多样性要求，智能建筑是工程领域未来的发展趋势，多智能体施工也将是数字化施工技术的必然发展趋势。

4 数字化施工技术在工程中的注意事项

1) 对于数字化施工监控技术，当工程位于偏远山区时，要注意监控设备安装位置。安装位置要确保信号良好使监控对象的数据输入输出连续，同时建设单位要做好“电通”，保证电源连续供给，对监控部位进行实时、全过程的监管，

另外工作人员要定时对监控设备进行检查、维修、更新以确保监控设备的正常使用。

2) 对于建筑空间信息技术，在应用时要确保数据的正确性。对信息进行空间分析与可视化之前输入的数据要准确，确保后期信息分析处理正确。

3) 对于建筑系统仿真技术，在应用时要注意实际建筑与仿真建筑的差异。通过建筑系统仿真计算出的工程量考虑实际与模拟形成的差异，才是最终需要的工程量。

4) 对于建筑虚拟现实技术，在应用时要确保虚拟现实软件为正版。很多人在工程中使用相关盗版软件，这可能导致数据不准确。

5) 对于建筑多智能体施工技术，在应用时注意多个智能体施工的协调和统一。

5 结束语

总的来说，数字化施工技术的发展本身是一个漫长而复杂的过程，它需要各种相关知识、技术的共同提高，硬件环境与软件环境并重。

在硬件环境方面，要在工程施工区布置高速宽带互联网，大量的现场跟踪摄像设备，可随时接入网络、具备无线上网功能的电子计算机和数码设备等，每个现场的施工人员需配备先进的数字设备。

同时，施工现场应配备多台跟踪摄像与监测设备，在施工中结合系统仿真计算，实现数字化施工; 在软件环境方面，要组建高效精干的数字化施工管理机构，做好施工前的数据资料收集准备工作，强化施工过程中的管理与控制。数字化施工管理是工程管理现代化的需要，也是数字化时代的必然趋势。