【ZiDongHua 之创新自科文收录关键词： 周绪红 智能建造 人工智能 机器人 机器学习 智能建造机器人】
 
 
　　周绪红：智能建造关键技术研究
 
　　
 
　　智能建造是融合新一代信息技术和工程建造技术，在工程中利用人工智能技术完成复杂建造工作的一种新型生产方式，其重点是人工智能技术，核心是机器学习、智能计算技术与工程技术相融合。智能建造涵盖智能化设计、智能化生产、智能化施工、智能化运维等功能，已逐步应用于建筑、桥梁、公路、隧道、机场、车站、水利、能源工程等领域。智能建造不同于一般的自动化，其强调代替人做复杂的工作，具有人机交互、自主学习、自主分析、自主决策和自主优化、判断、预警、决策等优势。
 
　　近些年，随着我国城市化进程不断加快，建筑业发展进入瓶颈期，传统管理体制和建造模式效率不高，粗放型生产方式已不符合高质量发展要求，建筑业推进智能建造已是大势所趋。在此背景下，我们要牢牢把握数字化、网络化、智能化融合发展的契机，以建筑信息化、工业化为基础，推动建筑业转型升级。
 
　　智能设计研究
 
　　高层建筑智能设计
 
　　当前的高层建筑设计工作常分以下3个步骤：建筑师构思建筑方案，采用CAD软件绘图；结构师根据建筑方案在分析软件中建模；结构师使用软件进行分析，并人工调整优化。但在实际操作中，该流程存在建筑绘图耗费时间长、结构建模工作量大、结构的人工优化效率低等问题。针对这些问题，我们开展了建筑方案智能生成、结构智能建模和结构智能优化三项智能设计研究：在建筑方案智能生成阶段，AI通过学习优秀建筑师的思想和经验，生成不同风格、不同需求的多种建筑方案；在结构智能建模阶段，建筑图纸被自动读取，结构受力构件自动生成，荷载自动计算，也就是结构模型自动生成；在结构智能优化阶段，对模型的结构体系、构件截面等进行智能优化，力求有效提升高层建筑设计效率。
 
　　在具体实施过程中，我们将智能设计划分为两个模块。一是建筑智能设计模块，基于建筑先验知识以及优秀范例等，以建筑功能和风格为导向，采用深度学习、智能优化算法平台、图像处理、图论理论技术，一次生成多个建筑方案，并进行存储。二是结构智能设计模块，通过给予明确的遗传算法、多目标优化算法，强化学习方法和使用并行计算技术，使结构得以优化。同时，我们开发了高层住宅智能设计软件(Demo),建筑方案设计可由1～2天缩短至0.5小时，结构建模与优化由5天缩短至20小时，其中工程师工作时间约3小时，大大提高了工作效率，节约了项目成本，取得了显著的技术经济效益和社会效益。
 
　　预制构件智能深化设计与制造一体化
 
　　当前的预制构件深化设计和制造面临深化设计效率低、出错率高；设计软件不能进行钢筋和预埋件等零件的智能避障；模具厂家过度设计，用钢量高、成本高等问题。为解决这些问题，我们将预制构件和模具划分为构件智能设计模块和模具智能设计模块，将系统计算后生成的各类信息通过物联网传输至工厂进行预制制造。其中，在构件智能设计模块中，最重要的环节为智能避障计算，它能避开各预埋件和钢筋之间的相互碰撞，生成BIM模型、CAD详图和数字化制造信息。基于此，我们研发了预制楼梯一键出图智能深化设计软件，解决了预制楼梯设计效率低、模具成本高、设计与生产环节信息割裂等问题。
 
　　智能监测与预拼装
 
　　钢结构智能数字化尺寸检测和预拼装
 
　　实体预拼装是保证空间关联构件在现场能够精准安装的有效措施，但存在胎架和人力成本高、场地占用大以及效率低等不足。随着计算机技术和三维测量技术的发展和应用，实体预拼装正逐渐被虚拟预拼装所代替。
 
　　虚拟预拼装是对所有生产的构件实施三维激光扫描，并将得到的三维点云数据传输至云端，在专用软件中进行智能处理、点云配准、构件尺寸检测和智能预拼装，从而达到精度分析的一种方法。在多尺度点云数据采集时，针对较大尺寸的构件，我们使用陆地式三维激光扫描仪进行扫描；在螺栓孔细部等精细化部分，我们则使用手持式三维激光扫描仪进行扫描，扫描结果均在计算机上实时显示。在此基础上，我们研发了智能数字化尺寸检测和预拼装系统(Demo)，避免了实体预拼装存在的问题。该项技术已成功应用于重庆陆海国际中心(在建)、重庆两江新区寨子路钢拱桥、重庆郭家沱长江大桥、重庆双堡特大桥(在建)等项目中，有效减少了实体预拼装工作量，缩短了工期、提高了质量、降低了成本。
 
　　
 
　　房屋智能数字化尺寸检测
 
　　当前的房屋尺寸质量检测技术较为落后，多为人工持尺检测方式，不仅数据难以全面测量、效率低、人力投入成本高，而且手动记录数据容易错记、漏记，影响检测结果的精确性。因此，我们采用三维激光扫描、物联网、云计算和智能算法相结合的手段，将房屋扫描后的数据以可视化的形式呈现出来，并形成实测实量报告，实现房屋尺寸质量的智能检测。
 
　　施工质量与安全的智能检测
 
　　在目前的建筑工程施工质量与安全检测中，依然存在诸多问题，如人工检测效率低、不能全范围检测、及时性差、人为判断标准不统一、人力成本高等。面对这些问题，我们提出通过检测目标的智能采集和智能检测，来有效提升施工现场质量和安全管控的及时性、全面性和准确性。技术路线包括智能检测和检测算法优化两个环节，首先将施工现场采集到的数据在云端进行目标预处理、继而采用智能检测算法生成缺陷信息、行为信息和警报信息三类信息，并将信息存储与管理，然后对比人为判断和智能检测的结果，对检测算法进行优化迭代，以降低漏检率和误检率。我们研制出了一款施工质量与安全智能检测软件——拍可测(PicCheck),可解决传统检测方式效率低、及时性及准确性差、检测不全面、人力成本高等问题。
 
　　智能建造机器人
 
　　机器人是人类生产生活的重要工具和应对人口老龄化的得力助手，同时也是新兴技术的重要载体和现代产业的关键装备。在制造与施工中，我们希望机器人能代替人类干“危、繁、脏、重”等高风险的事情，以确保工程更加安全、高效和环保。我们采用的技术路线为3个硬件模块（即底盘选型、机械臂选型、执行器研发）与3个软件模块（即构图与定位、路径规划与自主避障、建模与控制）相结合的形式。我们与深圳卓蚁科技有限公司共同研发了ALC墙板搬运机器人，其可实现全流程自动化作业，具备墙板搬运、自动定位和导航、路径规划、自动避障防撞等功能，提高了墙板搬运效率，降低了施工成本。
 
　　
 
　　ALC 墙板搬运机器人样机
 
　　发展智能建造，是当前建筑业突破发展瓶颈、增强核心竞争力、实现高质量发展的关键所在，要着重注意以下两点：一是发展智能建造必须坚持产学研结合，建立以大型建筑业央企、国企或民企牵头，软件开发商、制造企业和高校及科研院所参与的跨专业、跨行业协同创新体系；二是发展智能建造必须多学科交叉融合，团队中既要有掌握传统土木建筑知识的专业技术人才，又要有精通人工智能算法、物联网、通信技术、云计算、机器人、计算机、智能制造和先进设备等方面知识的其他技术人才，才能共同承担这项多学科交叉的研究工作。
 
　　来源：来源：《建筑》杂志第6期
 
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