智慧建造技术的发展在国外已经得到了普遍的推广与应用，在国内也正处在推广应用的火热阶段。 

智慧建造技术技术体系分为四个阶层，如图1.24所示：

（1）第一层是处于最底层的是新材料、信息通讯技术和生物技术等通用技术，这一层的技术为基础技术，是上层技术的支撑技术，为更高级的技术提供技术支持；

（2）第二个层次是传感器、3D打印、工业机器人等智能建造装备和方法，该层为设备、设施技术，使建筑在施工过程中更加智能化；

（3）第三层面是广泛应用了智能建造装备的智能工厂，在这一层将建筑的一些构件放到工厂里，通过智能建造技术和智能装备将建筑构件更快更好的制作完成；

（4）第四层是处于智慧建造技术系统最高层次的数字物理系统或产业互联网，这个层面的技术是真正系统层面的应用。

智慧建造技术应用

01 BIM技术

我国的BIM技术应用刚刚起步，起点较低，但发展速度快，国内大多数大型建筑企业都有非常强烈的应用BIM提升生产效率的意识，并逐渐在一些项目上开展了试点应用，各级政府不断推出BIM应用推广的政策，呈现政府和企业双管齐下，多渠道推动的态势。目前设计企业应用BIM的主要内容：

第一，方案设计：使用BIM技术能进行造型、体量和空间分析外，还可以同时进行能耗分析和建造成本分析等，使得初期方案决策更具有科学性。

第二，扩初设计：建筑、结构、机电各专业建立BIM模型，利用模型信息进行能耗、结构、声学、热工、日照等分析，进行各种干涉检查和规范检查，以及进行工程量统计。

第三，施工图：各种平面、立面、剖面图纸和统计报表都从BIM模型中得到。

第四，设计协同：设计有上十个甚至几十个专业需要协调，包括设计计划，互提资料、校对审核、版本控制等。

第五，设计工作重心前移：目前设计师50%以上的工作量用在施工图阶段，BIM可以帮助设计师把主要工作放到方案和扩初阶段，使得设计师的设计工作集中在创造性劳动上。

目前施工企业应用BIM的主要内容：第一，错漏碰缺检查，最大程度减少返工；第二，模拟施工方案，有效协同参建方；第三，三维模型渲染，VR宣传展示；第四，进行知识管理，降低学习曲线。目前运维阶段BIM的应用主要有：第一，空间管理；第二，设施管理；第三，隐蔽工程管理。

1a.BIM与GIS集成技术

BIM(Building Information System)是随着信息技术在建筑行业中应用的深入和发展而出现的，是一种将数字化的三维建筑模型作为核心应用于建筑工程的设计、施工等过程中的工作方法。GIS(Geographic Information System)是以测绘测量为基础，以地理空间数据为操作对象，以计算机编程为平台的空间分析技术。

欲将BIM与GIS技术相融合，首先应对两项技术做深入比较分析，进而探讨技术融合的手段，BIM技术与GIS技术的融合并不是简单的将两个技术中的功能直接组合这么简单，需要建立三维城市模型数据交换标准，可将BIM中的数据导入GIS软件，同时将GIS中的数据应用于BIM中。这样，BIM数据作为地理信息系统重要的数据源，用来生成数字城市三维模型，而GIS中的数据作为空间数据，可应用于新的建筑信息模型建立时的基本数据。

2b.BIM与VR集成技术

虚拟现实，也称作虚拟环境或虚拟真实环境，是一种三维环境技术，集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术等为一体，借此产生逼真的视、听、触、力等三维感觉环境，形成一种虚拟世界。虚拟现实技术是人们运用计算机对复杂数据进行的可视化操作，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

BIM技术的理念是建立涵盖建筑工程全生命周期的模型信息库，并实现各个阶段、不同专业之间基于模型的信息集成和共享。BIM与虚拟现实技术集成应用，主要内容包括虚拟场景构建、施工进度模拟、复杂局部施工方案模拟、施工成本模拟、多维模型信息联合模拟以及交互式场景漫游，目的是应用BIM信息库，辅助虚拟现实技术更好地在建筑工程项目全生命周期中应用。

目前国外在视频拍摄、电子游戏等领域已经有了完善的VR产品，在工业设计中谷歌、微软、索尼等产品逐渐进入工业设计中。欧美知名建筑设计公司目前已在建筑设计模型测试中使用VR技术，英国IVR NATION公司搭建了的VR模型应用于建筑设计，模型真实度达到90%。

建筑的全生命周期包括设计、施工和运维等阶段，在不同的阶段，VR都可能起到一定作用。

①设计阶段

设计阶段VR的应用范畴包括设计本身及设计成果的展示，其中设计包括建筑设计和室内设计。

②施工阶段

与增强现实相比，虚拟现实在施工中的应用前景相对小一些，但是仍然有不错的效果，如VR可以帮助施工方预先模拟施工过程，也可以使用建造的虚拟环境对工人进行安全教育、业务流程培训等。

3c.BIM与3D打印技术

3D打印技术是一种基于3D模型数据，采用通过分层制造，逐层叠加的方式形成三维实体的技术，即增材制造技术。根据成型的不同，3D打印技术大致可以分为4种，成型类型如表1.9所示。此外，根据材料和打印工艺也可划分成以下3类：基于混凝土分层喷挤叠加的增材建造方法、基于砂石粉末分层粘合叠加的增材建造方法和大型机械臂驱动的材料三维构造建造方法。3D打印技术涉及信息技术、材料技术和精密机械等多个方面，与传统行业相比较，3D打印技术不仅能提高材料的利用效率，还能用更短的时间打印出比较复杂的产品。

BIM—3D技术能否应用的关键是需要打破BIM技术与3D打印技术之间的壁垒，将BIM技术与3D打印技术很好地融合，发挥各自的优势，在应用中创造更大的价值。在研究BIM技术和3D打印技术特点及优势的基础上，提出BIM—3D技术融合的运行流程，以期望实现建筑行业工业化的生产流程，促进建筑行业向更好的方向发展。

BIM与3D打印的集成应用，主要是在设计阶段利用3D打印机将BIM模型微缩打印出来，供方案展示、审查和进行模拟分析；在建造阶段采用3D打印机直接将BIM模型打印成实体构件和整体建筑，部分替代传统施工工艺来建造建筑。BIM与3D打印的集成应用，可谓两种革命性技术的结合，为建筑从设计方案到实物的过程开辟了一条“高速公路”，也为复杂构件的加工制作提供了更高效的方案。目前，BIM与3D打印技术集成应用有三种模式：基于BIM的整体建筑3D打印、基于BIM和3D打印制作复杂构件、基于BIM和3D打印的施工方案实物模型展示。

基于BIM的整体建筑3D打印。应用BIM进行建筑设计，将设计模型交付专用3D打印机，打印出整体建筑物。

基于BIM和3D打印制作复杂构件。传统工艺制作复杂构件，受人为因素影响较大，精度和美观度不可避免地会产生偏差，而3D打印机由计算机操控，只要有数据支撑，便可将任何复杂的异型构件快速、精确地制造出来。

基于BIM和3D打印的施工方案实物模型展示。用3D打印制作的施工方案微缩模型，可以辅助施工人员更为直观地理解方案内容，携带、展示不需要依赖计算机或其他硬件设备，还可以360度全视角观察，克服了打印3D图片和三维视频角度单一的缺点。

随着各项技术的发展，现阶段BIM与3D打印技术集成存在的许多技术问题将会得到解决，3D打印机和打印材料价格也会趋于合理，应用成本下降也会扩大3D打印技术的应用范围，提高施工行业的自动化水平。虽然在普通民用建筑大批量生产的效率和经济性方面，3D打印建筑较工业化预制生产没有优势，但在个性化、小数量的建筑上，3D打印的优势非常明显。随着个性化定制建筑市场的兴起，3D打印建筑在这一领域的市场前景非常广阔。

4d.BIM与3D扫描技术

3D扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形、结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标，具有测量速度快、精度高、使用方便等优点，且其测量结果可直接与多种软件接口。3D激光扫描技术又被称为实景复制技术，采用高速激光扫描测量的方法，可大面积高分辨率地快速获取被测量对象表面的3D坐标数据，为快速建立物体的3D影像模型提供了一种全新的技术手段。

3D激光扫描技术可有效完整地记录工程现场复杂的情况，通过与设计模型进行对比，直观地反映出现场真实的施工情况，为工程检验等工作带来巨大帮助。同时，针对一些古建类建筑，3D激光扫描技术可快速准确地形成电子化记录，形成数字化存档信息，方便后续的修缮改造等工作。此外，对于现场难以修改的施工现状，可通过3D激光扫描技术得到现场真实信息，为其量身定做装饰构件等材料。BIM与3D扫描集成，是将BIM模型与所对应的3D扫描模型进行对比、转化和协调，达到辅助工程质量检查、快速建模、减少返工的目的，可解决很多传统方法无法解决的问题。

BIM与3D激光扫描技术的集成，越来越多地被应用在建筑施工领域，在施工质量检测、辅助实际工程量统计、钢结构预拼装等方面体现出较大价值。

上海中心大厦项目引入大空间3D激光扫描技术，通过获取复杂的现场环境及空间目标的3D立体信息，快速重构目标的3D模型及线、面、体、空间等各种带有3D坐标的数据，再现客观事物真实的形态特性。同时，将依据点云建立的3D模型与原设计模型进行对比，检查现场施工情况，并通过采集现场真实的管线及龙骨数据建立模型，作为后期装饰等专业深化设计的基础。BIM与3D扫描技术的集成应用，不仅提高了该项目的施工质量检查效率和准确性，也为装饰等专业深化设计提供了依据。

5e.BIM与智能全站仪技术

施工测量是工程测量的重要内容，包括施工控制网的建立、建筑物的放样、施工期间的变形观测和竣工测量等内容。

近年来，外观造型复杂的超大、超高建筑日益增多，测量放样主要使用全站型电子速测仪（简称全站仪）。随着新技术的应用，全站仪逐步向自动化、智能化方向发展。智能型全站仪由马达驱动，在相关应用程序控制下，在无人干预的情况下可自动完成多个目标的识别、照准与测量，且在无反射棱镜的情况下可对一般目标直接测距。

BIM与智能型全站仪集成应用，是通过对软件、硬件进行整合，将BIM模型带入施工现场，利用模型中的三维空间坐标数据驱动智能型全站仪进行测量。二者集成应用，将现场测绘所得的实际建造结构信息与模型中的数据进行对比，核对现场施工环境与BIM模型之间的偏差，为机电、精装、幕墙等专业的深化设计提供依据。同时，基于智能型全站仪高效精确的放样定位功能，结合施工现场轴线网、控制点及标高控制线，可高效快速地将设计成果在施工现场进行标定，实现精确的施工放样，并为施工人员提供更加准确直观的施工指导。此外，基于智能型全站仪精确的现场数据采集功能，在施工完成后对现场实物进行实测实量，通过对实测数据与设计数据进行对比，检查施工质量是否符合要求。

与传统放样方法相比，BIM与智能型全站仪集成放样，精度可控制在3毫米以内，而一般建筑施工要求的精度在1~2厘米，远超传统施工精度。传统放样最少要两人操作，BIM与智能型全站仪集成放样，一人一天可完成几百个点的精确定位，效率是传统方法的6~7倍。

目前，国外已有很多企业在施工中将BIM与智能型全站仪集成应用进行测量放样，而我国尚处于探索阶段，只有深圳市城市轨道交通9号线、深圳平安金融中心和北京望京SOHO等少数项目应用。未来，二者集成应用将与云技术进一步结合，使移动终端与云端的数据实现双向同步；还将与项目质量管控进一步融合，使质量控制和模型修正无缝融入原有工作流程，进一步提升BIM应用价值。

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