智能建造理論與實踐第一章智能建造概述1.1智能建造背景1.2智能建造定義、內涵和特征1.3智能建造面臨挑戰和發展前景思考題圖1-12011-2020年國內生產總值、建筑業增加值及增速圖圖1-22011-2020年建筑業增加值占國內生產總值比重2020全年國內生產總值102萬億元，比上年增長2.3%，突破100萬億元大關，建筑業增加值占比高達7.2%。建筑產業是經濟增長穩壓器1.1

智能建造背景——經濟發展的變革建筑產業能惠及民生2020年，建筑業提供超5000個崗位我國常住人口城鎮化率達63.89%，城市數量達687個，城市建成區面積達6.1萬平方公里1.1

智能建造背景——經濟發展的變革政策推動建筑產業改革1.1

智能建造背景——經濟發展的變革1.1

智能建造背景——建筑行業的轉型綠色轉型能耗高碳排放量大新增建筑面積量大+頻繁大拆大建2018年建筑運行階段碳排放占建筑部門碳排放的95%，達到21.1億噸。我國建筑行業應從建筑施工、建筑拆除及建筑運行三個方面，通過需求減量、能效提高和能源零碳化三個角度實現綠色轉型。1.1

智能建造背景——建筑行業的轉型綠色轉型1科學控制建筑規模2大力發展全生命周期綠色建筑3新型綠色建材代替4推動新型建筑工業化深化發展5建筑內電氣化改造，促進制冷采暖脫碳6發展負碳技術，打造新型建筑1.1

智能建造背景——信息技術的助力數字化轉型市場不規范存在市場壁壘、競相壓價、錢權交易、掛靠串標、層層轉包、拖欠工程款等違法亂紀和市場不規范等問題行業監管不到位監管方式帶有計劃經濟色彩，重審批、輕監管監管信息化水平不高工程擔保、工程保險、誠信管理等配套機制建設緩慢企業效率低企業專業化、規模化程度低技術創新能力不足，同質化競爭過度大多仍沿襲傳統的組織結構和項目管理模式信用不健全市場主體信用意識和契約精神缺乏，各方主體地位不平等行業內信用體系建設嚴重滯后于建筑業發展需要1.1

智能建造背景——信息技術的助力數字化轉型作業形態要改變堅持“以人為本”的發展理念，改善作業條件，減輕勞動強度，盡可能多地利用建筑機器人取代人工作業，已經成為建筑業尋求發展的共識。工程品質要提升工程品質的“品”是人們對審美的需求；“質”是工藝性、功能性以及環境性的大質量要求。推進智能建造是加速工程品質提升的重要方法。工作效率要提升建造全過程、全專業、全參與方和全要素協同實時管控的智能建造平臺的高效管控，缺少便捷、實用和高效作業的機器人施工。管控項目要“零距離”推進智能建造充分發揮信息共享優勢，借助于互聯網和物聯網等信息化手段，建造相關方可以便捷使用的工程項目建造管控平臺，實現零距離、全過程、實時性的管控工程項目。1.1

智能建造背景——信息技術的助力我國新一代信息技術產業持續向“數字產業化、產業數字化”的方向發展。（1）培育壯大人工智能、大數據、區塊鏈、云計算、網絡安全等新興數字產業；（2）傳統產業將實施數字化改造升級，如傳統建筑走向智能建造。1.1

智能建造背景——信息技術的助力智能建造的技術背景是新一代信息技術，主要指物聯網、大數據和人工智能技術，以及由此產生的云計算、邊緣計算、區塊鏈、數字孿生以及工業大腦等。新一代信息技術的發展為推進智能建造奠定了強大的基礎，具體表現在三方面。1虛擬現實、人工智能、增強現實深入實際的生活2功能強大、自主的微型計算機（嵌入式系統）實現了與其他微型計算機、傳感器設備的互聯互通3物理世界和虛擬世界（網絡空間）以信息物理系統形式實現了全方位融合。1.2智能建造定義、內涵和特征——定義智能建造是一種融合傳統工程建造與現代信息技術的新型生產方式。智能建造通過應用BIM、物聯網、人工智能、云計算、大數據等技術，發展智能建造新裝備，搭建自動化、數字化、網絡化的智能建造平臺。智能設計智能生產智能施工智能運維4個領域：設計、生產、施工、運維4個智能化目標：材料、機械、設備、人員3個解決目標：生產效率低、污染高、能耗高2種成果：以人為本的智能化產品與服務1.2智能建造定義、內涵和特征——定義設計方式與流程的智能化有效評估設計的功能性和支撐性對設計變更、供應變化、工廠或工地環境變化做出快速響應需求驅動的生產管理由人工生產轉向自動化生以人機協同的工作方式實現全自動化的工廠生產線，根據用戶需求，對產品和工藝信息進行分析規劃基于大數據，綜合應用多種技術，在數字化施工各個環節融入智能化算力算法，賦予相關技術、裝備和設備設施智能化屬性，以進行工程建造的過程以大數據平臺和機器學習為核心，自動學習總結規則，并做出決策的運維方式智能設計智能生產智能施工智能運維1.2智能建造定義、內涵和特征——內涵1“實物+數字”產品2“制造＋建造”生產方式3從產品建造到服務建造4從產品交易到平臺經濟5從管理到治理內涵1.2智能建造定義、內涵和特征——特征1萬物互聯2全面感知3數據化4真實分析5實時控制關聯施工現場、工程機械設備、生產線、構件工廠、供應商、建筑產品、客戶緊密等通過各種傳感器、智能設備、智能終端等收集各種信息和數據，通過物聯網、互聯網等將信息和數據傳輸和存儲項目管理、施工現場、數字工廠、建筑構件、建造過程等產生的大數據利用信息技術進行數據分析和處理，利用有限元計算、虛擬仿真技術等對工程狀態進行仿真分析，給出自動控制所需的結果或輔助決策的信息。通過智能設備、智能軟件、智能終端等，依據分析得到的結果和相關規則等，對建造過程、建造工藝、建造流程等進行控制。1.3

智能建造面臨挑戰和發展前景——面臨挑戰市場環境核心資源企業部署（1）市場環境：建筑企業對國外相關產品產生數據依存；國產產品用戶基數少，缺少市場意見反饋。（2）企業部署：國內廠商戰略部署不清晰，未形成與上下游的深度溝通；國內廠商生態基礎薄弱，資源分散嚴重；國內廠商自主創新能力與意識較弱。（3）核心資源：智能建造標準體系有待健全；核心技術尚且薄弱；缺乏完善的智能建造應用生態；高端復合型人才缺乏。1.3

智能建造面臨挑戰和發展前景——面臨挑戰工程軟件“補短板”工程物聯網“顯特色”工程機械“促升級”工程大數據“強優勢”集中攻關“卡脖子”痛點；加強國產工程軟件創新應用；制定工程軟件標準體系確立工程物聯網技術應用標準和規范化技術指導；突破多模態異構數據智能融合等技術；開展基于工程物聯網的智能工地健全智能化工程機械標準體系；打破核心零部件技術和原材料的壁壘；創新多樣化綜合服務模式。創新數據采集、儲存和挖掘等關鍵共性技術；建立相關政策法規、管理評估、企業制度等管理體系；建立工程大數據產業體系1.3

智能建造面臨挑戰和發展前景——發展趨勢市場化產業化專業化建立有序的市場環境圍繞BIM與數字設計、智能工地、無人施工系統、工程大數據平臺等具體方向，以應用為主導開展技術研發建立差異化發展模式打造“基礎研究—技術創新—產業化”鏈條的協同發展機制建立智能建造標準體系和技術評估機制拓寬建造產業創新支持渠道建立智能建造合作生態積極探索校企協同育人模式.充實師資力量，切實提升教學能力大力支持科技人才開展獨立性、原創性研究思考題1.傳統建造為何走向智能建造？2.智能建造的定義、內涵和特征分別是什么？3.智能建造的發展存在哪些挑戰？如何有效解決這些挑戰？4.如何加強智能建造市場化和產業化？5.討論：以你的角度談談如何發展智能建造專業。6.分組討論匯報：工業4.0時代以來，國內外智能建造的研究方向包括哪些，并任意選擇4個方向簡要概括它們的研究現狀。THANKS第二章BIM與智能建造第二章BIM與智能建造2.1BIM技術誕生的背景設計管理的挑戰2.1

BIM技術誕生的背景——傳統建筑業面臨的挑戰二維平面無法真實直觀地表現設計對象1各個專業設計圖紙內容割裂3多方案優化設計成本過高45圖元相互獨立導致設計效率、質量低下6成本預算及風水管道流量等計算難度大2不同設計階段無法共享所有設計信息CAD在二維平臺設計圖例不同專業設計圖匯總成本管理的挑戰2.1BIM技術誕生的背景——傳統建筑業面臨的挑戰管理方式具有一定的被動性成本管理協調方式不完善成本確定方法靜態滯后傳統的信息管理實時性較弱成本模型建立不便捷進度管理的挑戰2.1BIM技術誕生的背景——傳統建筑業面臨的挑戰傳統進度管理流程無法實現精細化管理組織協調困難0103進度計劃優化調整困難02難以與成本及質量之間達到平衡狀態施工進度計劃編制不合理造成的進度管理問題0406建筑設計缺陷帶來的進度管理問題05信息管理的挑戰2.1BIM技術誕生的背景——傳統建筑業面臨的挑戰04缺乏專業性管理人才05能源利用率低06運維與設施管理成本高各階段工作脫節01信息不能集成共享02信息傳遞效率低下03傳統運維管理信息傳遞模式在缺乏信息技術的條件下，建筑業中還有不少人遵循傳統的工作方式和慣例，以紙質媒介為基礎進行管理，用傳統的檔案管理方式來管理設計文件、施工文件和其他工程文件。這些手工作業緩慢而繁瑣，還不時會出現一些紕漏，給工程帶來損失。造價管理的挑戰2.1BIM技術誕生的背景——傳統建筑業面臨的挑戰工作方式和工具的限制極大程度上影響了造價的工作效率0102造價管理模式與市場發展不協調03工程造價無法實現全面控制工程信息缺乏統一標準信息管理的弊端2.1BIM技術誕生的背景——傳統建筑業面臨的挑戰

在整個工程項目周期中，項目的信息量是隨著時間增長而不斷增長的。但實際上項目各個階段的信息并不能夠很好地銜接，從而出現了信息丟失的現象。圖例

各種管理模式在項目不同階段對項目信息量的影響1設計信息流向的下游階段如概預算、施工等階段無法從上游設計階段獲取已輸入電子媒體的信息。2隨著信息技術的應用，設計和施工過程中會產生豐富的數字化信息。當信息從數字媒介轉換為紙質媒介時，會導致此類信息丟失。3建設工程項目中沒有建立起科學的、能夠支持建設工程全生命周期的建筑信息管理環境。2.1BIM技術誕生的背景——信息技術的飛速發展學術界有關建筑信息建模的研究不斷走向深入（1）制造業在產品信息建模方面的成功給予建筑業啟示（2）軟件開發商的不斷努力實踐（3）信息技術飛速發展20世紀80年代到90年代，是建筑信息技術從探索走向廣泛應用并得到蓬勃發展的年代。隨著計算機網絡通信技術的飛速發展，因特網開始進入各行各業和普通人們的生活，給建筑信息技術帶來了新的發展，也為BIM的誕生提供了硬件基礎。2.1BIM技術誕生的背景——BIM的早期應用概況信息技術飛速發展設計階段展示建筑三維信息與空間信息提升施工圖紙的可行性與可操作性展現復雜建筑形體設計各專業實施協同設計過程2.1BIM技術誕生的背景——BIM的早期應用概況施工階段質量管理進度管理成本管理現場管理安全管理BIM技術可以將施工中的危險源詳細地暴露出來。同時實時監控現場施工，保證施工安全.BIM技術可在施工現場管理相關文件中有效輸入現場管理多項信息，并準備網絡計劃以對施工進度進行模擬BIM技術能夠編制施工進度計劃并對勞動消費的具體情況進行分析BIM技術能夠為相關管理人員提供施工中成本管理的所有數據信息，完成對建筑成本的優化控制BIM技術可以提前發現施工中的重難點，并且及時發現設計方案中存在的矛盾2.1BIM技術誕生的背景——BIM的早期應用概況運維階段數據集成與共享運維管理可視化應急管理決策與模擬BIM技術將規劃、設計、施工、運維等各階段包含項目信息、模型信息和構件參數信息的數據，全部集中于BIM數據庫中，為常用運維管理系統提供信息數據。竣工三維BIM模型則可以確定機電、暖通、給排水和強弱電等建筑設施設備在建筑物中的位置，使得運維現場定位管理成為可能，同時能夠傳送或顯示運維管理的相關內容。BIM技術可以協助應急響應人員定位和識別潛在的突發事件，并且通過圖形界面準確確定其危險發生的位置。此外，空間信息也可以用于識別疏散線路和環境危險之間的隱藏關系。思考題1.傳統建筑業造價管理中存在哪些弊端。2.BIM技術誕生的信息技術基礎。3.BIM技術早期在工程項目運維階段有什么運用。THANKS第二章BIM與智能建造第二章BIM與智能建造2.2BIM平臺產品與技術規范BIM技術特點2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術主要介紹BIM是BuildingInformationModeling的縮寫，表示建筑信息模型，是指在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱。優化性仿真性協調性一體化參數化可視化BIM技術專業術語2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術主要介紹全生命周期評估LCA施工運營建筑信息交換COBie模型精度細度LOD數據交換與IFC信息交付手冊IDM成熟度等級LevelBIM實施計劃BEP公共數據環境平臺CDEBIM技術在中國的發展2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術主要介紹政策指導2014《關于推進建筑業發展和改革的若干意見》2015《住房城鄉建設部關于印發推進建筑信息模型應用指導意見的通知》2017《建筑業10項新技術（2017版）》2020《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》2016《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》2019《關于印發《住房和城鄉建設部工程質量安全監管司2019年工作要點）的通知》(1)(2)行業發展國外BIM平臺2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術平臺介紹隨著BIM技術的成熟及知名度的擴大，BIM軟件的數量也越來越龐大。目前國內外從事BIM軟件開發的平臺公司種類較多，相較于國內平臺公司開發的BIM軟件產品，國外的BIM軟件技術起步較早、軟件功能相對比較成熟、產品較多而且規模較大、優勢突出、系統性好，可實現的BIM功能強（建模功能、信息集成功能、信息共享功能、可視化功能等）。國外主流BIM平臺軟件總共有四個門派如下：Bentley平臺Nemetschek平臺Dassault平臺Autodesk平臺軟件授權易于獲取、軟件產品齊全、旗下軟件幾乎無支持二次開發的個人用戶插口開放、輸出文件數據格式多樣，共享效率低。強大的圖形處理能力、支持參數化建模、旗下軟件幾乎無支持二次開發的個人用戶插口開放、輸出文件格式統一（DGN格式），共享效率高。軟件產品細分市場的不合理，國內用戶較少。在CATIA基礎上開發的多款產品均有二次開發插口開放，輸出文件格式可實現批量化轉化，數據交互能力強。國內BIM平臺2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術平臺介紹目前國內BIM平臺沒有像國外一樣分門派，平臺種類和數量較多，以下簡單介紹幾種BIM平臺：廣聯達BIM5D平臺魯班BIM平臺斯維爾BIM平臺Glendale葛蘭岱爾BIM平臺大象云BIM平臺BimViz平臺圭土云BIM協同云平臺EBIM云平臺品茗BIM平臺BIM建模類軟件2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術軟件介紹AutodeskRevit系列軟件Bentley系列軟件CATIA系列軟件ArchiCAD軟件AutodeskRevit系列軟件是專為建筑信息模型（BIM）構建的，它結合了AutodeskRevitArchitecture、AutodeskRevitStructure和AutodeskRevitMEP軟件的功能。Bentley系列軟件使得項目參與者和業主運營商能夠跨越不同行業與機構，一體化地開展工作。主要BIM軟件為BentleyArchitecture、BentleyStructural、BentleyBuildingMechanicalSystems與BentleyBuildingElectricalSystems。CATIA是法國DassaultSystemes公司CAD/CAM/CAE/PDM一體化軟件。模塊化的CATIA系列產品提供產品的風格和外型設計、機械設計、設備與系統工程、管理數字樣機、機械加工、分析和模擬。ArchiCAD軟件是基于GDL（GeometricDescriptionLanguage）語言的三維仿真軟件，ArchiCAD軟件含有多種三維設計工具，可以為各專業設計人員提供技術支持。同時軟件還有豐富的參數化圖庫部件，可以完成多種構件的繪制。BIM模擬類軟件2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術軟件介紹3dsMax是Autodesk公司開發的基于專業建模、動畫和圖像制作的軟件，具有基于Windows平臺的實時三維建模、渲染和動畫設計等功能。1LightscapeLightscape是一種先進的光照模擬和可視化設計系統，用于對三維模型進行精確的光照模擬和靈活方便的可視化設計。Artlantis是法國Abvent公司的渲染引擎，也是SketchUp的一個渲染伴侶，與SketchUp.3dsMax、ArchiCAD等建筑建模軟件可以無縫連接。23BIM分析類軟件2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術軟件介紹BIM可持續（綠色）分析軟件可持續或者綠色分析軟件可以使用BIM模型的信息對項目進行日照、風環境、熱工、景觀可視度、噪聲等方面的分析。BIM深化設計軟件借助BIM核心建模軟件的數據，Xsteel可以對鋼結構進行面向加工，安裝的詳細設計，生成鋼結構施工圖材料表，數控機床加工代碼等。BIM機電分析軟件水暖電等設備和電氣分析軟件國內產品有鴻業、博超等，國外產品有DesignMaster、IESVirtualEnvironment、TraneTrace等。BIM模型綜合碰撞檢查軟件模型綜合碰撞檢查軟件的基本功能包括集成各種三維軟件創建的模型，進行3D協調、4D計劃、可視化、動態模擬等。BIM結構分析軟件該軟件和BIM核心建模軟件可以實現雙向信息交換，即對結構調整的信息可以及時反饋到核心建模軟件中以實現自動更新。BIM管理類軟件2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM技術軟件介紹BIM造價管理軟件BIM運營管理軟件造價管理軟件利用BIM模型提供的信息進行工程量統計和造價分析，由于BIM模型結構化數據的支持，基于BIM技術的造價管理軟件可以根據工程施工計劃動態提供造價管理需要的數據，即BIM技術的5D應用BIM模型應用的重要目標之一是為建筑物的運營管理階段服務，美國運營管理軟件ArchiBUS是最有市場影響的軟件之一，而FacilityONE也能提供有關幫助。此外，這些軟件屬于全周期控制軟件，可以供工程管理人員學習。國外BIM標準2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM標準與規范2004年編制了基于IFC的《國家BIM標準》——NBIMS2012年，美國國家BIM標準第二版《NBIMS-US2.0》2015年，美國發布第三版BIM標準NBIMS3。美國BIM標準英國多家設計、施工企業聯合成立了AEC（UK）BIMStandard項目委員會，并于2009年正式發布了《AEC（UK）BIMStandard》作為推薦性的行業標準。英國BIM標準2011年，日本企業FUKUICOMPUTER推出了BIM平臺軟件Gloob2012年，日本建筑學會正式發布了《JIABIMGuideline》日本BIM標準BIM技術最先從美國發展開來，隨著全球建筑信息化的發展，已經迅速發展到了歐洲、亞洲的各個國家。國內BIM標準2.2BIM平臺產品與技術規范——BIM標準與規范2015.082016.122017.052017.102018.122018.12《工業化建筑評價標準》《建筑信息模型應用統一標準》《建筑信息模型分類和編碼標準》《建筑信息模型施工應用標準》添加標題《建筑工程設計信息模型制圖標準》2019.052021.09《建筑信息模型設計交付標準》《制造工業工程設計信息模型應用標準》《建筑工程信息模型存儲標準》中國的BIM標準如何與國際的使用標準（如美國的NBIMS）有效對接、政府與企業如何推動中國BIM標準的應用已成為今后工作的挑戰，所以當前需要積極推動BIM標準的建立，為建筑行業可持續發展奠定基礎。思考題1.請你介紹一下BIM技術。（范圍不限，包括定義、特點、軟件、平臺）2.解釋LOD、IFC、IDM的含義。3.請任意選擇一款BIM軟件進行詳細介紹。THANKS第二章BIM與智能建造2.3從BIM走向智能建造2.3.1傳統BIM技術的局限性2.3.2BIM技術的發展過程2.3.3從BIM到智能建造2.3

從BIM走向智能建造——傳統BIM技術的局限性參與方角度的局限性未實現協同合作設計頻繁變更設計方的局限性模型深度的限制軟件層面的局限施工方的局限性缺少可視化的技術和設備BIM人員的不足信息技術角度的局限性2.3

從BIM走向智能建造——傳統BIM技術的局限性大數據導致信息存儲的局限性局部使用BIM技術的局限性BIM技術應用的數據安全問題大多數的工程項目資料少則幾個十個G大則幾百個，上千個G的容量，處理起來難度大。目前的BIM數據信息大多存放于企業內部的平臺上，項目各參與方在各自的模型上進行修改，導致模型中的數據信息傳遞過程不同步，出現碎片化、信息缺失等問題。傳統BIM技術應用方式存在項目信息泄露風險，導致其應用受阻。BIM技術逐步成熟2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程業主、設計師、工程師、承包商、分包商這些和工程項目有著直接關系的人員房地產經紀人、房屋估價師、貸款抵押銀行、律師等服務類人員法規執行檢查、環保、安全與職業健康等政府機構的人員廢物處理回收商、搶險救援人員等其他行業相關的人員..........................BIM技術逐步成熟2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程BIM技術逐步成熟——BIM技術應用深入發展2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程BIM-3D具有可視化功能，能夠展示3D立體建筑模型項目的各參與方可以利用計算機時模型進行修改，便于對模型中數據信息進行分析與計算。可以將二維信息在三維模型上進行展示，并在施工前通過其直觀地改正圖紙上出現的錯誤。能夠更為清晰地展現建筑物的所有特點，更加形象直觀，提高項目的觀賞度及閱讀能力，增加建筑整體的真實性及體驗感模型中儲存建筑物的物理信息、功能信息和性能信息BIM技術逐步成熟——BIM技術應用深入發展2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程BIM-4D具有時間維度，可以進行時間的管理可以用來提前規劃施工計劃和各層級的工作順序，實現時間上無縫銜接，縮短施工周期1.可視化，所見即所得；2.協調性，避免或減少沖突；3.模擬性，盡早把控現場情況；4.優化性，更好地進行施工管理；3.造價精確與可控性，提高工作效率！BIM技術逐步成熟——BIM技術應用深入發展2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程BIM-5D增加成本維度，便于成本控制將模型與費用基礎計算結合，建筑模型中的每個元素都有與之相關的成本避免繁瑣的人工計算產生的誤差有效地提高了準確率并降低了人工成本使交付團隊對完成建設目標的工作量和工期做出準確的估計BIM技術逐步成熟——BIM技術應用深入發展2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程BIM-6D有助于進行能耗的分析，能夠對建筑性能進行優化涵蓋建筑可持續發展目標信息：諸如能耗控制、可再生材料利用；從管理的角度來理解和領導“能源與環境設計（LEED）”項目的跟蹤和執行；允許在建筑物占用期間進行測量和驗證，以及改進在高性能設施中收集經驗教訓的過程；可以在設計過程的早期產生更完整和準確的能量估算。BIM技術逐步成熟——BIM技術應用深入發展2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程BIM-7D由管理人員在整個生命周期內運行和維護1.組件狀態2.規格3.維護手冊4.操作手冊5.保修手冊允許參與者提取和跟蹤相關的資產數據1.可以更容易，更快地更換零件2.優化合規性4.提供了在整個設施生命周期中管理分包商/供應商數據和設施組件的流程BIM7D2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程BIM技術逐步成熟——BIM技術應用深入發展BIM-7D由管理人員在整個生命周期內運行和維護3.隨著時間的推移簡化資產生命周期管理BIM技術逐步成熟——BIM技術應用深入發展2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程在未來，工程項目管理所有涉及的因素都可以加入BIM之中形成所謂的n維模型，以便更好地進行項目管理工作BIM技術打通建造過程全周期數據2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程建造全過程數據可在BIM模型上集中呈現，通過統一的數據接口可以與其他流程系統進行有效的集成，實現數據共享，為工程項目帶來更大的價值。運維管理概念規劃建造設計BIM技術將與新一代信息技術集成應用2.3

從BIM走向智能建造——BIM技術的發展過程建筑實體數字化要素對象數字化作業過程數字化管理決策數字化建筑實體數字化核心是多專業建筑實體的模型化，即建立精細化項目BIM模型要素對象數字化是實時收集工程實況，如“人、機、料、法、環”等要素在建筑實體數字化和要素對象數字化的基礎上，從計劃、執行、檢查到優化改進形成效率閉環建筑實體數字化核心是多專業建筑實體的模型化，即建立精細化項目BIM模型1.物聯網2.云計算3.5G4.大數據物聯網通過感知獲得豐富的數據源云計算提供便捷的訪問共享資源池計算模式5G移動互聯網提供實時交換信息途徑大數據分析處理工程建造過程產生的海量數據2.3

從BIM走向智能建造——從BIM到智能建造各新興信息技術間既相互獨立又相互聯系

——BIM技術是工程建造信息最佳的傳遞載體BIM可視化協調性模擬性基于BIM的實時建造模型以及各項軟件服務提供了靈活且可擴展信息空間2.3

從BIM走向智能建造——從BIM到智能建造支持不同專業的項目管理人員在統一的平臺上共享信息并協同工作在信息空間中經過分析、處理與優化等后模擬決策控制信息2.3

從BIM走向智能建造——從BIM到智能建造本節課后思考1.BIM技術應用的局限性有哪些？2.BIM技術從3D到7D的應用是如何變化的，它們之間的區別和聯系是什么？3.請闡述BIM技術如何與其他新一代信息技術集成應用。THANKS第二章BIM與智能建造2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造在本節中將進一步為讀者回答三個問題：123建筑行業BIM的現階段應用狀態是怎樣的？BIM為智能建造提供了怎樣的技術支撐和數據支撐？在工程全階段中BIM如何與新一代信息技術融合進而實現智能建造？2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——規劃設計階段BIM在規劃設計階段中的應用現狀現狀建模場地分析成本核算階段分析與規劃編制創建出道路、建筑、河流、綠化以及高程的變化起伏；創建出本地塊的用地紅線及道路紅線；創建主體模型框架。對方案進行環境影響評估，包括風環境影響、聲環境影響、熱環境影響、日照環境影響等方面評估獲得較為準確的土建工程量及土建造價；權衡出不同方案的造價優劣；進行投資估算，編制出精確的成本預算。建立場地的三維地質模型；做地形模型與土方計算，以及實現土方平衡；進行BIM模型設計，結合真實地形，展現出項目建成后的狀況。2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——規劃設計階段BIM在規劃設計階段中的應用現狀圖2-19氣象條件模擬圖2-20利用BIM建立三維場地模型圖2-21土方計算與土方平衡2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——規劃設計階段BIM在規劃設計階段中的智能化發展BIM+GIS助力完成場地分析通過BIM結合地理信息系統（簡稱GIS），對場地及擬建的建筑物空間數據進行建模，通過BIM及GIS軟件的強大功能，迅速得出令人信服的分析結果，幫助項目在規劃階段評估場地的使用條件和特點，從而做出新建項目最理想的場地規劃、交通流線組織關系、建筑布局等關鍵決策。BIM+VR/MR助力規劃審批報審人員及審批人員在“BIM+VR/MR規劃報審平臺”中完成BIM模型的提交及審批，通過平臺的數據自動提取及分析功能，自動完成指標核驗、報表生成。同時通過豐富的模型交互工具及VR、MR場景自動生成功能，輔助審批人員更好地完成審批工作。2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——方案設計階段BIM在方案設計階段中的應用現狀1參數化輔助設計2建筑環境分析3建筑性能分析4方案論證比選5可視化設計6功能空間優化7協同設計2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——方案設計階段BIM在規劃設計階段中的智能化發展借助BIM+AI技術，可以增進各專業技術人員對各種建筑信息理解和認識，并由此作出高效的應對，也為各方建設主體提供了協同工作的基礎，在模型中解決了錯漏碰缺問題，減少各專業之間出現的溝通障礙問題，極大限度地避免了施工過程中的拆改和返工帶來的材料和腦力的浪費。BIM+AI技術有效減少返工BIM+實景三維技術助力規劃設計實景三維技術可實現在三維空間對自然資源資產的精細化管理，并構建國土空間全要素真實BIM模型。應用實景三維技術，快速準確獲取可量測、高精度的三維地圖。2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——方案設計階段BIM在規劃設計階段中的智能化發展BIM+云平臺實現協同設計不同的專業可在BIM協同平臺平行設計，同時進行建筑、結構、設備等模型的設計，大大縮減設計周期圖2-23BIM協同設計2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工圖設計階段BIM在施工圖設計階段中的應用現狀圖2-24BIM碰撞檢測圖2-25可視化交底流程圖2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工圖設計階段BIM在施工圖設計階段中的應用現狀圖2-26施工圖預算BIM應用圖2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工圖設計階段BIM在施工圖設計階段中的智能化發展BIM+人工智能解決設計難題融合人工智能技術的BIM新技術可以解決傳統BIM技術面臨的三大難題：一是設計構件無法承載業務信息，不具備跨階段的傳承性；二是傳統BIM模型繪制、校驗、審核的工作繁瑣；三是內置規范、圖集的缺失使設計超出“紅線”。BIM+云平臺實現高效碰撞檢測業主將初步設計階段存儲至云平臺服務器中的設計成果及相關資料發布到設計方進行各專業的施工圖階段模型設計，同時勘測方進行協同勘測工作。各專業完成本專業的施工圖設計階段模型后將在云平臺中進行第一次模型整合及碰撞檢測。碰撞檢測的結果從云平臺中導出至各專業設計人員處進行模型修改及專業深化，修改后的模型將在云平臺中進行第二次整合及碰撞檢測。2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工圖設計階段BIM在施工圖設計階段中的智能化發展BIM+物聯網提供設計決策依據物聯網技術是在BIM技術的基礎上，將各類建筑運營數據通過傳感器收集起來，并通過互聯網實時反饋到本地運營中心和遠程用戶手上。沒有BIM，物聯網的應用將受到限制，在看不見的物體構件或隱蔽處只有BIM模型能做到一覽無余。反之，沒有物聯網，BIM模型的基礎數據將會無從獲取。圖2-27BIM+物聯網輔助施工設計2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工圖深化階段BIM在施工圖深化階段中的應用現狀圖2-28BIM鋼結構深化設計流程圖2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工圖深化階段BIM在施工圖深化階段中的應用現狀圖2-29BIM施工圖會審流程圖2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工圖深化階段BIM在施工圖深化階段中的應用現狀圖2-30BIM施工場布模擬2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工圖深化階段BIM在施工圖深化階段中的智能化發展BIM+云平臺實現多方會審一些在施工過程中才能夠暴露出的設計圖紙問題，在各參與方于云平臺中對BIM模型進行協同創建的時候就能夠得到暴露；借助其可視化特點，工程項目的各參與方能夠在計算機環境下，對工程中不符合規范要求、不合理的區域進行整體的審核、協商、變更，借助模型的直觀體驗顯著降低了各參與方之間的溝通難度。BIM+虛擬現實實現虛擬施工通過BIM技術建立建筑物的幾何模型和施工過程模型，可以實現對施工方案進行實時、交互和逼真的模擬，進而對已有的施工方案進行驗證、優化和完善，逐步替代傳統的施工方案編制方式和方案操作流程；能預知在實際施工過程中可能碰到的問題，提前避免和減少返工以及資源浪費的現象，優化施工方案，合理配置施工資源。2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工實施階段BIM在施工實施階段中的應用現狀施工質量管理基于BIM技術的施工質量事中控制，重點是對工序質量進行控制；應用BIM技術可以解決溝通過程繁瑣效率低的問題，加快質量問題的整改過程。通過建立BIM施工進度模型，不僅可以直觀地反映項目的施工過程，還能夠實時追蹤當前的進度狀態，分析影響進度的因素，協調各專業，制定應對措施，以縮短工期、減低成本、提高質量。在工程進程中，BIM數據是動態的，進而可以實現對工程數據的準確調用；在變更管理中可實時予以調閱，方便掌控工程變更問題施工進度管理施工變更管理2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工實施階段BIM在施工實施階段中的智能化發展圖2-32BIM+智慧工地管理平臺整體架構圖2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工實施階段BIM在施工實施階段中的智能化發展1523系統平臺BIM+人工智能構建智慧工地4智慧監測環境監測實名制管理質量安全管理678設備監控中心AI智能識別智慧巡檢2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——施工實施階段BIM在施工實施階段中的智能化發展BIM+3D打印實現智慧工地個性化施工基于BIM的整體建筑3D打印基于BIM和3D打印制作復雜構件基于BIM和3D打印的施工方案實物模型展示BIM+云平臺實現智慧工地高效資源調配BIM+云平臺技術可以模擬在整個施工實施過程之中的各方情況，能夠對于自然資源進行合理配置，帶動了施工工程的整體經濟效益的提升BIM+互聯網實現智慧工地高效信息查詢在材料方面，BIM技術在平面布置中可以儲存施工材料和器械相關的信息模塊2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——竣工交付階段BIM在竣工交付階段中的應用現狀BIM技術在數字化竣工交付中的作用

基于BIM的數字化竣工交付應用價值數字化竣工交付BIM模型可以直觀體現項目竣工交付的實際狀態，三維模型信息深度高于二維竣工圖，具備充分體現施工過程中深化設計信息的條件。同時，模型可以為數字化的竣工交付信息提供結構化基礎，能夠有效集成設計、施工、竣工交付過程中的多源信息，形成建設工程項目的結構化竣工交付數據庫。數字化集成化可視化助力“智慧城市”建設2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——竣工交付階段BIM在竣工交付階段中的應用現狀圖2-34數字化質量驗收模型數字化質量驗收2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——竣工交付階段BIM在竣工交付階段中的應用現狀物料信息結算工程量核算施工結算借助BIM算量軟件，在大幅度提高審計效率的同時，實現了各不同專業間的模型共用及互導竣工結算審計BIM技術可有效解決現場簽證單的有效性與真實性的問題還原簽證現場竣工結算相關應用2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——竣工交付階段BIM在竣工交付階段中的智能化發展BIM+區塊鏈助力施工過程結算——“智能合約”智能合約（SmartContract）是以數字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執行這些承諾的協議。智能合約允許在沒有第三方的情況下進行可信交易，這些交易可具有可追蹤且不可逆轉的特點，其目的是提供優于傳統合約的安全方法并減少合約相關的其他交易的成本。BIM+RFID技術實現電子驗收和資料移交將BIM技術應用于交付和竣工移交環節，降低了驗收和交付的難度，效率更高、成本更低、操作更簡便；通過BIM系統與RFID技術的結合，能夠清晰地反映項目運維過程中的狀態信息，實現項目的全方位跟蹤。2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——竣工交付階段BIM在竣工交付階段中的智能化發展圖2-35基于BIM技術的電子驗收與資料移交流程第一階段，基于RFID技術和BIM技術創建三維綜合平臺。可以在BIM模型中標識出建筑的某個結構或設備出現故障或存在隱患，平臺會將這些標識信息記錄下來以便于專項信息維護；第二階段，從三維綜合平臺讀取待驗收信息，并根據驗收信息進行電子驗收。平臺數據庫可以將待驗收信息和相應的標準信息讀取出來，通過比較待驗收信息與相應標準的信息，若一致則電子驗收通過；反之，則需對工程項目進行整改，直至電子驗收通過為止；第三階段，從BIM綜合運維平臺提取待移交信息，并根據待移交信息進行電子竣工移交。該階段需判斷待移交信息是否準確且符合要求，若符合要求則直接進行電子移交；反之，則對待移交信息進行反復修正，直至待移交信息無誤為止，然后才能進行電子竣工移交，最后記錄和更新所有信息，將竣工資料等輸入BIM模型，導出最終竣工圖并生成最終BIM模型。2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——運營維護階段BIM在運營維護階段中的應用現狀維護計劃資產管理空間管理災害應急模擬智能化管理2.4

BIM技術助力實現全過程智能建造——運營維護階段BIM在運營維護階段中的智能化發展BIM+多種技術助力綜合管廊運維管理BIM+GIS技術實現智慧運維BIM+GIS等技術助力智慧園區能耗管理BIM+VR技術實現可視化運維管理BIM+物聯網助力智慧城市中的樓宇運維圖2-37智慧城市中的樓宇運維思考題1.BIM技術在智能建造應用的全過程包括哪些階段？2.簡述BIM技術在規劃設計階段、方案設計階段以及施工圖設計階段的應用現狀？3.簡述BIM技術在施工實施階段、竣工交付階段、運營維護階段的智能化發展？THANKS第三章智能建造平臺體系第三章智能建造平臺體系3.1NLP與前期智能規劃與決策3.2WSN與智能施工監測3.3CV與智能安全監管3.4RFID與智慧工地3.5ICT技術與智能運維3.6云平臺下的智能建造模式3.7“互聯網+”與智能建造體系融合3.8大數據與智能建造管理創新3.95G時代下的智能建造思考題本章內容100第三章智能建造平臺體系“雷神山”防疫通信網絡專項支撐——中訊郵電咨詢設計院有限公司（簡稱“中訊院”）榮譽成就：新中國第一條長途光纜第一條大容量數字微波通信干線第一張蜂窩式移動電話網第一個國內衛星通信地球站事跡回放：第一幕：戰疫情，展現央企擔當第二幕：抓落實，履行央企責任第三幕：新基建，彰顯央企實力大國工匠精神！101NLP概念3.1

NLP與前期智能規劃與決策自然語言人類語言（特指文本符號，而非語音信號）人類思維的載體和交流的基本工具人類區別于動物的根本標志人類智能發展的外在體現形式之一自然語言處理(NPL)主要研究用計算機理解和生成自然語言的各種理論和方法,人工智能領域的一個重要甚至核心分支計算機科學與語言學的交叉學科,常被稱為計算語言學(CL，ComputationalLinguistics)102NaturalLanguageProcessingNLP發展歷程3.1

NLP與前期智能規劃與決策1機器翻譯存儲兩種語言的單詞、短語對應譯法的大辭典翻譯時一一對應，技術上只是調整語言的順序2系統輸入、輸出系統輸入：要求系統能處理大規模的真實文本系統輸出：不要求深層理解，但要抽取有用信息3搜索引擎機器翻譯普及、聊天機器人、智能客服涌現亞馬遜Alexa、微軟小冰發展歷程20世紀60年代20世紀90年代21世紀初103NLP基本技術3.1

NLP與前期智能規劃與決策分詞技術語義分析實體命名識別基于詞典的分詞算法基于統計的機器學習分詞算法詞義消歧淺層語義分析篇章分析內容:人名、地名、機構名方法：①先確認邊界，再分類②序列化標注，再挑選整合104NLP在智能決策中的作用3.1

NLP與前期智能規劃與決策基礎作用管理科學、運籌學、控制論和行為科學計算機技術、仿真技術和信息技術定量分析和處理，半結構化和非結構化決策問題提供支持被動，非結構化問題無法提供支持，定性問題、模糊問題和不確定性問題缺乏支持手段局限決策支持系統（DSS，DecisionSupportSystem）105NLP在智能決策中的作用3.1

NLP與前期智能規劃與決策手段局限智能決策支持系統（IDSS，IntelligenceDecisionSupportSystem）決策支持系統組件：模型庫系統人機交互系統數據庫系統決策支持系統（DSS，DecisionSupportSystem）人工智能（AI，ArtificialIntelligence）人工智能技術：專家系統多代理以及神經網絡和遺傳算法應用專家系統（ES，ExpertSystem）通過列舉可能方案、進行分析比較等方式，幫助管理者做出正確決策的智能型人機交互式信息系統106NLP在智能決策中的作用3.1

NLP與前期智能規劃與決策局限智能決策支持系統接受用自然語言或接近自然語言的方式來表達決策問題及決策目標智能機器人接口問題分析器問題求解器問題處理系統對結構化問題選擇或構造模型對半結構化或非結構化問題則由規則模型與推理機制求解自然語言處理系統知識庫管理系統知識庫推理機知識庫系統107知識庫子系統3.1

NLP與前期智能規劃與決策回答對知識庫知識增、刪、改等知識的請求回答決策過程中問題分析與判斷所需知識的請求知識庫管理系統存儲的是既不能用數據表示，也不能用模型方法描述的專家知識和經驗既采納了專家的決策知識和經驗知識，同時也包括特定問題領域的專業知識知識表示是一組為描述世界所做的約定，也是知識的符號化過程同一知識可有不同表示形式，知識的表示形式直接影響推理方式知識庫（核心）一組程序，它針對用戶問題去處理知識庫（規則和事實）推理原理：若事實M為真，且有一規則“IFMTHENN”存在，則N為真。推理機108思考題1.請簡述什么是NLP技術？2.NLP包含哪些基本技術？3.智能決策支持系統由哪些內容構成？THANKS第三章智能建造平臺體系WSN概述3.2

WSN與智能施工監測隨著社會的發展，通信技術發展得越來越快，無線通信技術的應用也越來越廣泛無線通信中一個新興領域,得到迅速的發展，并漸漸走向集成化、規模化數據獲取的重要手段，其在智能建造應用體系中的作用日漸凸顯，使用方法也日益成熟和規范112WSN概述——WSN定義3.2

WSN與智能施工監測局限定義1大規模、無線、自組織、多跳、無分區、無基礎設施支持的網絡。網絡節點是同構的，網絡成本較低、體積較小、大部分節點不移動，被隨意散布在工作區域。網絡系統有較長的工作時間WSN由大量的微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者無線傳感器網絡由若干個空間分布的自主傳感器組成，用于監控物理或環境條件，如溫度、聲音、振動、壓力、運動或污染等，同時通過協同網絡將數據傳遞到某個地方定義2定義3113無線傳感器網絡(WirelessSensorNetworks，WSN)WSN概述——WSN特點3.2

WSN與智能施工監測+01+02+03+04+05分布式和網絡自組織規模大且密度高網絡拓撲動態變化以數據為中心源受限114WSN概述——WSN特點3.2

WSN與智能施工監測分布式和網絡自組織沒有設置中心節點，所有的節點都擁有相同的權限，各節點之間都是通過分布式算法來協調，自動將所有節點組織到一起01規模大且密度高常由成千上萬個傳感器節點組成，覆蓋區域大，節點密集；網絡的規模大、密度高、存在冗余節點，造價相對便宜02網絡拓撲動態變化拓撲結構通常是不斷變化的，節點的移動、故障、節點能源的耗盡、新節點的加入、無線信道的不穩定等都可能造成結構的變化03以數據為中心傳感器節點隨機部署，構成的傳感器網絡與節點編號之間的關系是完全動態的，表現為節點編號與節點位置沒有必然聯系04源受限無線傳感器網絡通常用于一些特殊場所和領域，傳感器往往在價格、體積和功耗上受到限制，單個節點的計算能力、存儲空間、續航能力相對較弱，無法做大規模的存儲和計算05115WSN體系結構——網絡結構3.2

WSN與智能施工監測局限無線傳感器網絡結構傳感器節點信息收集和數據處理，對其他節點轉發來的數據進行存儲、管理和融合等匯聚節點連接傳感器網絡與Internet外部網絡的網關，實現兩種協議間的轉換管理節點所有者通過任務管理節點訪問無線傳感器網絡的資源116WSN體系結構——感知節點結構3.2

WSN與智能施工監測A傳感器模塊B處理器模型C無線通信模塊D供電管理模塊感知節點結構示意圖117WSN體系結構——感知節點結構3.2

WSN與智能施工監測3142感知節點結構的核心，包括處理器和存儲器兩部分，節點的所有功能及任務進度都需要它來協調完成處理器模型提供并管理電能，在具體應用中，要根據能耗情況選擇供電設備，用電量小的則可以選擇微型電池供電管理模塊包括傳感器和AD/DC轉換器（模擬數字轉換器），傳感器部分負責采集信息，AD/DC轉換器負責模數信號轉換傳感器模塊由信號接收器、信號發射器等部件構成。無線通信模塊的主要功能是和其他無線網絡傳感器節點進行通信無線通信模塊118WSN體系結構——感知節點的限制條件3.2

WSN與智能施工監測微型嵌入式設備，要求價格低、功耗小導致其攜帶的處理器計算能力比較弱，存儲容量小數據的采集和轉換、數據管理和處理、應答匯聚節點的任務請求和節點控制傳感器感知節點體積很小，攜帶的能量有限分布廣泛，能量無法及時補充感知節點消耗能量的模塊：傳感器模塊、處理器模塊和無線通信模塊電源能量有限計算和存儲能力有限感知節點各個模塊的能量消耗情況示意圖119WSN的協議棧3.2

WSN與智能施工監測ABCDE物理層無線傳感器網絡的協議棧負責生成載波，并對載波進行調制、解調數據鏈路層把數據流封裝成幀、幀檢測、介質訪問控制和差錯控制網絡層負責路由的生成、選擇和維護傳輸層負責對數據流進行傳輸控制應用層為基于監測任務的應用軟件進程服務120WSN的協議棧3.2

WSN與智能施工監測無線傳感器網絡的協議棧細化模型121WSN的協議棧3.2

WSN與智能施工監測在該模型中增加了時間同步和定位功能，，它們既要依賴于數據傳輸通道進行協作定位和時間同步協商，同時又要為網絡協議各層提供信息支持。拓撲結構的控制集中在數據鏈路層和網絡層，基于服務質量的管理集中在傳輸層、網絡層和數據鏈路層的協議中。能量、安全和移動管理則跨越了網絡中的應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。122WSN安全問題3.2

WSN與智能施工監測安全路由安全路由協議一般采用鏈路層加密和認證、多路徑路由、身份認真、雙向連接認證和認證廣播等機制安全協議密匙管理：無線傳感器網絡有諸多限制；安全傳播：在無線傳感器網絡中實現基于源端認證的安全組播123WSN在健康監測中的應用——工程簡介3.2

WSN與智能施工監測局限西安奧體中心體育場建于西安國際港務區，是2021年第十四屆全國運動會的主場館。奧體中心體育場主要由“一場兩館”組成，呈“品”字形布陣，一場是指主體育場，兩館分別是指體育館和游泳館。體育場看臺上空覆蓋了完整的環狀鋼結構罩棚，上部鋼結構罩棚采用徑向懸挑主桁架＋環向次桁架＋水平支撐結構體系，下部混凝土結構采用框架-剪力墻結構體系。從上空往下看，體育場鋼結構罩棚平面近圓環形，東西高、南北低，立面呈馬鞍形，其外輪廓線南北最大長度約335米，東西約321米，罩棚最大寬處約74米，最窄處約45米。124WSN在健康監測中的應用——監測系統總體設計3.2

WSN與智能施工監測局限特點目的措施原因大型空間結構建筑物；投資金額大、設計使用壽命長、建筑規模龐大，長期受到自然環境、自身材料老化、地基不均勻沉降影響為了保證重大空間結構建筑物的安全性、耐久性和適用性，需要對大型空間結構建筑進行實時健康監測一是監測點布置繁多，現場線纜布線困難且成本也比較高；二是布線凌亂復雜，不利于后期的管理和維護，還存在安全隱患結合WSN與無線通信技術，利用先進的健康監測手段和方法，對健康監測系統進行總體設計，建立長期有效的健康監測系統125WSN在健康監測中的應用——監測系統總體設計3.2

WSN與智能施工監測局限感知層通信層管理層126WSN在健康監測中的應用——監測系統總體設計3.2

WSN與智能施工監測局限感知層：負責監測區域內健康監測數據的實時采集，是整個健康監測系統的基礎核心部分01通信層：負責的是監測系統數據傳輸協議的轉換，是實現無線遠程健康監測系統的關鍵，主要包括ZigBee通信網絡、嵌入式網關、GPRS通信網絡02管理層：為管理人員提供監測系統中各測點的監測信息，為下一步實現對監測數據的智能分析、結構的智能診斷、系統的分級預警提示等提供平臺03管理層通信層感知層127WSN在健康監測中的應用——監測系統總體設計及數據分析3.2

WSN與智能施工監測局限用戶界面設計健康監測系統組成用戶正確輸入自己的賬號和密碼即可進入到健康監測系統的主界面，可查看基本監測信息無線監測系統界面設計可以查看監測系統中開發的各個功能，包括監測設備總覽、監測數據實時顯示、歷時監測數據回放、監測數據導出等監測數據實時界面設計通過查詢儀器的編號和儀器的類型，選擇相對應的測點數據采集通道編號，即可查看各個測點實時監測的數據監測數據分析進行健康監測評估時，在奧體中心體育場鋼結構罩棚卸載一個月的狀態下進行監測數據分析128思考題1.請簡述WSN的特點。2.WSN存在哪些安全問題？3.在智能施工監測時，WSN的監控系統設備包括哪些部分？THANKS第三章智能建造平臺體系3.3CV與智能安全監管3.3.1CV概述3.3.2CV的發展歷程3.3.3CV在智能安全監管中的應用3.3

CV與智能安全監管——CV概述計算機視覺（CV，Computervision）施工隊伍人員構成復雜施工場地空間有限施工機械與設備眾多施工周期長安全事故和人員傷亡多。。。。。。。建筑業的“剛需”如何在建筑業中研究、應用和發展CV技術已成為業內研究和關注的熱點。CV加入，解決傳統問題3.3

CV與智能安全監管——CV概述什么是計算機視覺？類似于人類大腦工作3.3

CV與智能安全監管——CV概述定義CV技術計算機視覺（CV，Computervision）CV是對采集的圖片或視頻進行處理以獲得相應場景的三維信息的技術。計算機科學和工程信號處理應用數學和統計學物理學神經生理學認知科學多學科多領域圖像處理航空航天醫療診斷土木建筑軍事金融貿易圖像壓縮圖像增強圖像恢復圖像輸入圖像輸出3.3

CV與智能安全監管——CV概述CV的目標填充圖像像素與高層語義之間的鴻溝人眼所見計算機所見計算機所見的像素中，每個像素具有一定的數值（表示該像素的灰度或顏色）人的大腦皮層的活動約70%是在處理視覺相關的信息若不能處理視覺信息，人工智能系統就只能做符號推理。3.3

CV與智能安全監管——CV概述CV的信息獲取——語義信息

與

三維的度量信息立體視覺方法“深度圖”（遠近信息）運動視覺方法“三維模型”底層視覺中層視覺高層視覺研究圖像底層特征的提取與表示，包括邊緣檢測、角點檢測、紋理分析以及特征點的匹配和光流的計算等內容研究場景的幾何和運動，包括立體視覺與運動視覺、圖像分割以及目標跟蹤等內容研究物體的檢測識別以及場景理解等具有高層語義的內容3.3

CV與智能安全監管——CV概述3.3

CV與智能安全監管——CV的發展歷程總歷程階段CV理論第一階段將輸入的原始圖像進行處理，抽象圖像中諸如角點、邊緣、紋理、線條、邊界等基本特征，這些特征的集合稱為基元圖第二階段在以觀測者為中心的坐標系中，由輸入圖像和基元圖恢復場景可見部分的深度、法線方向、輪廓等，這些信息包含了深度信息，但不是真正的物體三維表示，因此，稱為二維半圖第三階段在以物體為中心的坐標系中，由輸入圖像、基元圖、二維半圖來恢復、表示和識別三維物體階段1階段2階段3CV的誕生始于理論框架的建立深度學習將CV帶入新時代3.3

CV與智能安全監管——CV的發展歷程階段一——CV的誕生人工智能之父馬文·明斯基（MarvinLeeMinsky）（1927年8月9日-2016年1月24日）LarryRoberts發表了CV領域的第一篇博士論文《MachinePerceptionofThree-DimensionalSolids》1966年，馬文?明斯基要求其學生通過編程讓計算機告訴使用者攝像頭所拍攝的內容“積木世界”3.3

CV與智能安全監管——CV的發展歷程階段二——始于理論框架的建立階段二：各類新方法和新理論的出現為CV帶來了前所未有的繁榮1.卷積神經網絡2.主動視覺3.目的視覺4.重建理論5.基于學習的視覺3.3

CV與智能安全監管——CV的發展歷程階段三——深度學習將CV帶入新時代提取能力不足容易出現過擬合深度置信網絡模型（DeepBeliefNetwork，DBN）通過將多個受限波爾茨曼機堆疊成為一個深度網絡結構，獲得了淺層模型難以比擬的高層次抽象特征提取能力3.3

CV與智能安全監管——CV的發展歷程階段三——深度學習將CV帶入新時代在特征提取過程中，涉及到：邊緣檢測、角點檢測、對象檢測等，這些算法屬于傳統的計算機視覺算法。BP，CNN（CNN所用到的卷積，也是傳統算法的一種）等各種變形，屬于基于深度學習的計算機視覺算法。傳統的計算機視覺基于深度學習的計算機視覺與3.3

CV與智能安全監管——CV在智能安全監管中的應用基于CV的施工現場安全監管框架基于場景的風險識別方法3.3

CV與智能安全監管——CV在智能安全監管中的應用基于CV的施工現場安全監管框架目標檢測目標跟蹤行為識別目標檢測是基于場景的風險識別方法，也是目標跟蹤和行為識別的初步步驟。可以在場景中識別出感興趣的項目實體。已知目標2D或3D空間中的位置就可以使用目標跟蹤算法從連續圖像中隨著時間的推移進行跟蹤。提取的位置信息用于基于位置的不安全條件和行為的識別。當工人或設備執行施工任務時，需要行為識別技術從靜態或連續圖像中確定工人或設備正在做什么，并識別違反安全規則的不安全行為。3.3

CV與智能安全監管——CV在智能安全監管中的應用基于CV的缺陷檢測1.圖像處理技術2.研究對象3.缺陷種類4.缺陷大小模板匹配直方圖變換背景減法濾波混凝土橋梁隧道管道瀝青路面開裂剝落缺陷接縫腐蝕凹坑數量寬度長度缺陷檢測旨在檢查基礎設施構件上存在的缺陷和破壞，以及缺陷的大小缺陷檢測3.3

CV與智能安全監管——CV在智能安全監管中的應用基于CV的施工人員安全管理基于CV的安全帽自動識別技術基于CV的施工人員面部信息疲勞檢測3.3

CV與智能安全監管——CV在智能安全監管中的應用基于CV的施工現場危險區管理工種交叉，施工場地狹小CV技術施工機械種類多，作業環境復雜施工現場存在著許多危險區域利用CV方法，通過現場視頻展示工地施工實時情況，對不同危險區域進行自動化連續監測，有助于快速、準確而全面識別危險區域侵入行為，從而避免事故的發生3.3

CV與智能安全監管——CV在智能安全監管中的應用CV技術作為智能施工安全監管工具具有巨大的潛力解決當前人工觀察方法的局限性通過從圖像或視頻中提取和分析相關信息有助于進行自動化風險識別和評估CV技術還在繼續發展本節課后思考1.

CV技術分為哪幾個層次？2.

CV理論的發展分為哪幾個階段？3.CV技術在智能安全監管中的應用有哪些？

具有的意義是什么？THANKS第三章智能建造平臺體系3.4RFID與智慧工地3.4.1RFID概述3.4.2RFID技術的智能化應用3.4.3RFID在智慧工地中的應用場景3.4.4基于RFID的智慧工地管理系統3.4

RFID與智慧工地——RFID概述RFID的簡介射頻識別技術（一種無線通信技術）RadioFrequencyIdentificationRFID利用無線電波信號來傳輸信息，它將一種被稱為標簽（TAG）的芯片附于目標物上，再使用一個掃描設備掃描標簽內的信息。RFID是什么？3.4

RFID與智慧工地——RFID概述RFID的簡介射頻識別技術（一種無線通信技術）RadioFrequencyIdentificationRFID系統組成3.4

RFID與智慧工地——RFID概述RFID的起源一二三四1945年，LéonTheremin發明了一種監聽設備，它不耗電，基于電磁波工作，可以傳輸數據，因此被認為是RFID思想的啟蒙。第二次世界大戰中，盟軍和德國都使用了類似的思想用于敵我飛機識別，不過那時候還沒有成型的技術定義。1948年，HarryStockman發布了一篇論文：“CommunicationbyMeansofReflectedPower”，被認為是探索RFID技術的里程碑式成果。MarioCardullo在1973年1月23日注冊了一種專利設備，這個設備是RFID的起源。RFID的應用領域3.4

RFID與智慧工地——RFID概述1.倉庫/運輸/物資2.門禁/考勤3.固定資產管理4.火車/汽車識別/行李安檢6.軍事/國防/國家安全采集跟蹤信息的領域5.醫療信息追蹤RFID的應用領域3.4

RFID與智慧工地——RFID概述以倉庫管理為例RFID的七大優勢3.4

RFID與智慧工地——RFID概述1.抗干擾性超強，非接觸式識別；7.標簽的數據容量龐大，可以根據用戶的需求擴充到10k；3.防沖突，同時讀取多個RFID標簽；4.使用壽命長，RFID標簽不易被破壞；5.安全性高，可以為標簽數據進行密碼加密；2.動態操作，動態追蹤和監控；6.識別速度快，不到100毫秒就可以完成識別；RFID與NFC3.4

RFID與智慧工地——RFID概述NFC是近場通信（NearFieldCommunication）是由非接觸式射頻識別演變而來主動模式被動模式雙向模式RFID與NFC3.4

RFID與智慧工地——RFID概述必須有閱讀器和標簽組成識別技術RFID將非接觸讀卡器、非接觸卡和點對點功能整合進一塊單芯片通信技術NFCNFC是RFID的演進版本強調信息交互只能實現信息的讀取以及判定RFID與物聯網3.4

RFID與智慧工地——RFID概述實現RFID技術物聯網技術RFID系統如同物聯網的觸角，使得自動識別物聯網中的每一個物體成為可能物流與供應鏈管理電子不停車收費管理（ETC）人員管理圖書管理集裝箱管理生產管理資產管理鋼鐵行業金融押運管理煙草行業食品安全動物管理證件防偽1.建筑內所有人員都必須攜帶規定的智能卡2.所有設備、物品等都附于RFID標簽4.每個辦公室、設備間以及會議室都需要在門口安裝一個讀卡器部署RFID部署RFID系統的前提條件5.建筑的所有出入口也要配置相應的讀卡器3.4

RFID與智慧工地——RFID技術的智能化應用3.將所有辦公室，設備間，會議室等分配一個唯一的編號，并存儲在RFID的讀卡器中RFID智能系統應用現狀身份識別（門禁）消防報警系統定位或跟蹤人員或設備身份識別系統是RFID系統的最主要的應用之一，它是其他應用系統的基礎。當一位持有RFID卡的用戶出入一間房間時，設在房間出入口的讀卡器就會自動讀取卡內RFID標簽內的信息。消防報警系統通過RFC標簽與煙霧探