智能建造技術城市更新探索

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【摘要】城市更新過程普遍伴有施工周期長，設計要求高，建設難度大等問題。結合當下建筑業信息化發展要求與城市更新的難點問題，本文基于城市更新理論與智能建造關鍵技術應用，結合當地相關更新政策，從不同角度開展城市更新利用模式的探究，從而促進城市更新在更多城市的推廣。

【關鍵詞】城市更新；智能建造；建筑信息模型

引言：近年來，隨著全面推進城市更新工作的部署，老舊小區的改造成為當前熱點。但相較于傳統工程，城市更新項目設計、建設、運維難度都高于基礎土建工程。在現代科技不斷發展的時代背景下，我國更加注重智慧化建筑施工過程，因此，信息化技術的融合推動了建筑業邁向建筑信息模型（BIM）與5G、大數據、人工智能[1]等現代產業新興技術為支撐的智能建造新道路，也為城市更新提供了新思路。本文基于我國目前城市更新的發展情況，結合各地的相關體制政策，綜合考慮引入智能建造關鍵技術，進行城市更新的全周期應用分析，探討智能建造關鍵技術在城市更新系統化、精細化管理上的優勢。

1智能建造關鍵技術在城市更新中應用

本文所指的智能建造關鍵技術是采用大數據、建筑信息模型、數字化設計與施工，提高設計與施工效率，統一建筑方案，實現各階段數據的流通。具體場景包括利用傾斜攝影測量技術[3]對城市更新中復雜區域進行測量；應用BIM技術對復雜建筑進行三維建模；借用軟件模擬三維模型的受力情況；施工過程中新型建筑材料與智能設備的使用；使用智能建造機器人等設備對復雜構件或有危險性的施工過程實施現場安裝；施工全過程實現施工過程的可視化管理。交付后，城市更新項目還可立足于智能物業實現安防、能耗、設施設備等綜合平臺管理。

2智能設計階段

2.1傾斜攝影測量技術

該階段城市更新項目可利用傾斜攝影技術測量獲取建筑量，根據基礎數據實現三維建模設計。針對城市更新中出現的建筑物集中分布，周邊建筑影響多，監測器環境復雜等特點，以及現有數據測量效率低，精度不高等問題，利用傾斜攝影測量技術，通過設備搭載的攝像頭，多方位獲取影像，結合外業數據采集與內業數據處理技術，快速獲取并處理同名點信息，采用多基元、多視影像匹配算法，得到各點云數據，從而處理得到三維模型。傾斜攝影技術[2]也可對更新區域實行三維實時化監控，快速獲取更新區域建筑量，推動更新項目進展。該方法具有提高工作效率與精度，降低人工成本，同時對城市更新基礎數據的調查提供新途徑的優勢。

2.2三維建模過程

對更新項目進行建筑信息模型的運用，協同建筑、結構、水電等多領域的工作，通過三維建模與計算機輔助設計，針對不同季節，不同時段的特點，加載環境參數，模擬建筑物的自然采光與通風情況，實現精準建模，如圖1所示。除此之外，基于Revit軟件的碰撞檢測方式也可對模型進行自動沖突檢查，生成沖突報告并對沖突位置進行修改，優化管線排布方案，降低結構設計師工作量，進而提高項目更新的工程進度。尤其是隨著建筑構件數量的增加，該方法的檢測速度明顯優于傳統方法。同時使用漫游技術可觀察建筑物中細節部分，以動態交互的方式使后期施工人員更深入理解設計者意圖。結合小區模型，將建筑物的樁、柱、墻使用情況及其規格、數量輸出表格數據，根據參數化對象的活化設計，建立建筑物的形狀、材料、物理特性等信息建立類別，并根據其關聯性等邏輯關系建立參數化建筑模型，從而在計算機中仿真不同參數下建筑的模型，配合建模全生命周期不同需求的動態化管理。

3智能施工階段

1）施工生產要素

智能設備的應用使得城市更新施工生產要素更為智能化，如BIM放樣機器人可負責施工現場控制點的捕捉，自動建立現場坐標系，結合裝配式建筑施工，提高預制構件安裝的精準率，提高施工效率。整個施工層僅需1至2名人員完成，減少人力資源的投入，每層構件的安裝平均工期可縮短近30%。

2）更新建造過程

與現澆方式相比，裝配式建筑構件由工廠加工完成后運輸到施工現場進行裝配。同時通過創建數字化模型，實現信息交互，統籌裝配式建筑全過程。經由該統一平臺，管理者可對施工場地進行模擬布置，合理安排現場，防止安裝過程出現鋼筋、管道碰撞，實現有限空間管線的合理布局，并可以在平臺將所需購買進場的材料錄入，便于供應商提前生產，提高建造效率，進一步縮短建造周期。

3）實施監測技術城市更新項目多處于城市中心地帶或人口密集區，周圍施工環境復雜。相對于傳統施工存在的作業面交錯，物料管理混亂等現象，智能監測技術的應用可根據施工狀態及其安全情況，對建筑物進行受力分析，建立施工過程的時變結構分析模型。利用RFID技術[4]進行探測實現工程管理與現場施工交互，尤其是BIM可視化特性可對潛在危險進行分析，提高建筑物的安全性，降低對周圍建筑物的施工影響。實現施工數據采集的自動化、實時化。

4）項目信息化管理

智慧工地系統利用信息化技術，將人工智能、虛擬現實、RFID技術等高新技術互聯，實現工程管理與現場施工交互，使施工管理更為智能化。在建造過程中，運用信息技術提高建筑成本管理水平，精準確定工程量、價格數據與消耗量等工作。城市更新項目全周期過程變動多，尤其是數量、位置、價格調整時，可根據內置算法自動計算造價，實時更新，利于項目持續推進。BIM技術在伴隨施工進度的推進時，可提前應用5D技術模擬施工進度，預估各階段施工成本，達到進度與成本相對應，具有實時性和可靠性特征。

4智能運維階段

運維作為城市更新全生命周期的最后階段，主要由安防管理、空間管理、能耗管理、設施設備管理四方面組成。城市更新本質是提高人民生活質量，在有限空間內最大化的實現居住環境地升級改造，故整體更新運維過程應體現以人為本的準則。因城市更新的對象用戶多為年齡較大的當地居民，項目完工后運維管理上要重點以安全、高效、舒適為目的進行配套的建設。可在充分利用物聯網、傳感器等高新技術的基礎上，建立具備管理、安防、環境、通信功能的系統[5]。該系統分為基礎構建層、管理服務層、綜合應用層、業主使用層四個層面。其中基礎構建層作為智能運維系統的核心，主要由感知識別層與網絡構建層組成，網絡識別層通過傳感器獲取城市更新小區內的設施設備狀態并進行實時監測，網絡構建層主要由互聯網、無線寬帶網、移動通信網絡傳遞各種信息；管理服務層側重于建筑的主體維護、設施維護、居民服務反饋等方面，通過對收集到信息的加工處理，傳送給相關部門進行決策，旨在于解決居民生活問題；綜合應用層是聯系居民和管理方的基礎，尤其針對居住群體老年人，可提供個性化服務，解決日常困難并達到豐富其生活的目的；業主使用層作為面向多層主體用戶的紐帶，包括系統管理人員、小區管理員工、業主等，可應用App、公眾平臺、小程序等實現各層用戶的互聯互通。

5智能建造技術應用優勢

5.1信息傳遞加速

整個城市更新過程，包括設計、預算、施工運維過程，經由智能建造關鍵技術的應用將使傳統的全生命周期中等待交接的時間大幅下降，如圖2所示。通過梳理設施設備系統，以BIM模型為載體，統籌管理建筑物全生命周期信息，建立BIM模型數據庫，可進一步提升設施設備管理能力，減少建筑信息在各個階段的損失，實現設計、施工、運維信息數據一體化。

5.2安防管理智能化

通過智能監控設備，以物聯網應用為核心，監測更新后小區的實時動態，其中包括小區道路通行情況、消防設備實時狀態、視頻聯動等。考慮到更新項目居住主體老年人占比較大，投入紅外探測器可對小區人員進出進行監測，提高老年人居住環境及其安全性。搭建居民社區網絡，通過一鍵報警功能提醒住戶危險發生的定位及狀況，保障住戶尤其是獨居老人的人身財產安全。更新后的小區運維時可建立本小區安全管理平臺，將各類設施包括電表使用、天然氣表數據等各類生活數據傳輸至平臺，通過建立自學習模型，探究居民出行規律，結合圖像識別技術，對車輛進出入、小區危險地段進行監控，對異常情況實時給予上報，及時發現并處理問題。

5.3能耗管理可視化

在碳達峰、碳中和的背景下，城市更新過程也應將減少能源消耗列為指標之一。能耗管理主要應用BIM技術，運用電力傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等設備，進行數據獲取、統計、分析。智能建造技術采用物聯網、云計算、數字傳感等高新技術，準確實時地獲取各類異常能耗數據，并利用人工智能技術分析并制定節能方案。

6結語

本文基于城市更新的特征與以人為本的建設要求，通過將城市更新全過程基于智能建造關鍵技術應用，進一步提升設施設備管理能力，減少建筑信息在各個階段的損失，實現設計、施工、運維信息的數據一體化。城市更新的本質是為讓人們的生活變得更加美好，智能建造關鍵技術的應用本質上是服務于人的需求體現。我國未來城市更新的建設方向應在面對各種復雜環境進行更新時，合理地利用智能建造全周期的關鍵技術，建設綠色可持續的現代化智慧小區，進一步推進城市更新的良性發展。

參考文獻

[1]曾妮紅，劉江.傾斜攝影測量技術在城市更新建筑量快速獲取中的應用[J].北京測繪，2019，33（5）：498-501.

[2]毛超，彭窯雁.智能建造的理論框架與核心邏輯構建[J].工程管理學報，2020，34（5）：1-6.

[3]劉子逸.大數據背景下的智慧城市管理系統的構建研究[J].智能城市，2021，7（2）：51-52.

[4]包勝，楊淏欽，歐陽笛帆．基于城市信息模型的新型智慧城市管理平臺[J]．城市發展研究，2018，25（11）：50-57+72．

[5]袁勝強，胡程，歐陽君濤．智慧城市云平臺構建研究[J].土木建筑工程信息技術，2018，10（1）：22-26．

作者:董宇婷 余佳 單位:南京理工大學紫金學院