清華大學：向高度智慧建造邁進研究報告智慧建造的概念及典型應用場景（40頁）.pdf

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1、走向高度智慧建造 馬 智 亮 教授、博士生導師 清華大學土木工程系 清華大學土木工程系 馬智亮 1 交流大綱 1.問題的提起 2.智慧建造的概念及其主要特征 3.高度智慧建造的典型應用場景 4.結語 清華大學土木工程系 馬智亮 2 德國工業4.0 由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部于2013年在漢諾威工業博覽會上提出來的，它描繪了制造業未來的前景：人們將迎來以信息物理融合系統為基礎，以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業革命 相對于前三次工業革命而言：工業1.0指的是18世紀開始的第一次工業革命，實現了機械生產代替手工勞動；第二次工業革命始于20世紀初，依靠生產線實現批量生產；工

2、業3.0則指的是20世紀70年代后，依靠電子系統和信息技術實現生產自動化。1.問題的提起 清華大學土木工程系 馬智亮 3 中國制造2025 中國政府實施制造強國戰略的第一個十年行動綱領 其中提出，堅持“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”的基本方針，堅持“市場主導、政府引導，立足當前、著眼長遠，整體推進、重點突破，自主發展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實現制造強國的戰略目標：第一步，到2025年邁入制造強國行列；第二步，到2035年中國制造業整體達到世界制造強國陣營中等水平；第三步，到新中國成立一百年時，綜合實力進入世界制造強國前列。清華大學土木工程系 馬智亮 4 中國工

3、程建設行業 怎么辦？走向高度智慧建造 清華大學土木工程系 馬智亮 5 清華大學土木工程系 馬智亮 6 人物 清華大學土木工程系 馬智亮 7 組織 清華大學土木工程系 馬智亮 8 會議 清華大學土木工程系 馬智亮 9 著作 清華大學土木工程系 馬智亮 10 清華大學土木工程系 馬智亮 11 存在的問題 智慧建造及高度智慧建造的概念及其主要特征 高度智慧建造的典型應用場景 在此與大家做一個分享 清華大學土木工程系 馬智亮 12 2.智慧建造的概念及其主要特征 智慧：摘自百度百科 它是生物基于神經器官所具有的一種高級的綜合能力，包含：感知、知識、記憶、理解、聯想、情感、邏輯、辨別、計算、分析、判斷、

4、文化、中庸、包容、決定等多種能力。人是有智慧的，智慧讓人擁有理解、思考、分析、探求真理的能力。人+建造=智慧建造？清華大學土木工程系 馬智亮 13 清華大學土木工程系 馬智亮 14 智慧建造的概念 它是智慧城市、智能建筑的延伸 將其中的“智慧”“智能”從城市和建筑，延伸到工程項目的建造過程，就產生了智慧建造的概念 智慧建造意味著在建造過程中充分利用智能技術及其相關技術，通過建立和應用智能化系統，提高建造過程智能化水平，減少對人的依賴，實現安全建造，并實現性能價格比更好、質量更優的綠色建筑。清華大學土木工程系 馬智亮 15 智慧建造的含義 智慧建造的目的，即提高建造過程智能化水平，減少對人的依賴

5、，實現更好的建造 智慧建造的手段，即充分利用智能技術及其相關技術 智慧建造的表現形式，即應用智能化系統 少人 安全 經濟 優質 清華大學土木工程系 馬智亮 16 綠色 智能技術及其相關技術 智慧建造 BIM 物聯網 固定終端、移動終端、觸摸終端 大數據 實時定位 計算 感知 分析 云計算 GIS 3D掃描 機器人 互聯網 人工智能 清華大學土木工程系 馬智亮 17 智能化系統的形式 管理系統，e.g.ERP系統 項目管理系統 技術系統，e.g.BIM平臺和工具 自動化和機器人系統 清華大學土木工程系 馬智亮 18 智能化系統的特征 靈敏 感知 高速傳輸 精準識別 快速分析 優化決策 自動控制

6、替代作業 清華大學土木工程系 馬智亮 19 信息化 數字化 智能化 高度智慧建造的概念 高度智慧建造 1.0 2.0 3.0 4.0 深度、廣度、集成度 清華大學土木工程系 馬智亮 20 智慧建造 高度智慧建造的構成 3.高度智慧建造的典型應用場景 智慧組織 智慧設計 智慧施工 智慧制造 清華大學土木工程系 馬智亮 21 主要目標 企業能把握正確的發展方向 能實現資源優化配置 能使風險得到有效管控 典型應用場景 利用大數據確定企業的發展方向 企業資源智能化優化配置 企業風險智能化預警 智慧組織 清華大學土木工程系 馬智亮 22 福建省工業設備公司的例子 該公司實施并應用了國外著名品牌的ERP系

7、統 積累了大量項目數據 利用該數據分析 究竟承接大項目掙錢多還是接小項目掙錢多 表面上小項目的利潤率高 但轉場費用高 綜合分析：還是承接大項目掙錢多 清華大學土木工程系 馬智亮 23 主要目標 實現創新設計 優化設計 高效設計 典型應用場景 基于BIM的可視化設計 基于BIM的全生命期性能化設計 基于BIM自動生成圖紙 智慧設計 清華大學土木工程系 馬智亮 24 以“基于BIM的可視化快速確定設計方案”為例 清華大學土木工程系 馬智亮 25 主要目標 實現優化制造 高質量制造 高效制造 典型應用場景 基于互聯網+的構件生產優化管理 自動化和機器人技術應用 自組織生產 智慧制造 清華大學土木工程

8、系 馬智亮 26 以“基于互聯網+的構件生產優化管理”為例 目前預制構件生產手段落后，管理方式粗放 清華大學土木工程系 馬智亮 27 工人管理人員預制構件RFID標簽圖例路由器臺式電腦平板電腦原料庫存系統 管理員 一號生產線 因特網 車間主任 調度長 質檢主任 物料調配員 庫管員 配送員 物料堆場 支模工序 骨架安置工序 澆筑工序 養護工序 質檢員 蒸養室 質檢員 系統配置圖 28 清華大學土木工程系 馬智亮 是結束生產訂單管理作業計劃制定質檢方案管理一體化跟蹤物料調配管理成品堆場管理成品配送管理生產工序管理突發情況作業計劃調整開始生產質檢質量問題是維修整改否否預制生產作業計劃最優化調整算法預

9、制生產物料重調配最優化路徑規劃算法預制生產作業計劃最優化制定算法作業計劃制定界面 29 調度長：自動生成、調整作業計劃 清華大學土木工程系 馬智亮 充分利用智能技術及其相關技術 BIM、移動終端、物聯網（RFID）、智能化 支持規?；?、自動化、柔性生產 支持優化管理 作業計劃的制定 作業計劃的調整 物料的重調配規劃 適用范圍：鋼筋混凝土預制構件流水線生產 該系統的“技術含量”30 清華大學土木工程系 馬智亮 是結束生產訂單管理作業計劃制定質檢方案管理一體化跟蹤物料調配管理成品堆場管理成品配送管理生產工序管理突發情況作業計劃調整開始生產質檢質量問題是維修整改否否預制生產作業計劃最優化調整算法預制

10、生產物料重調配最優化路徑規劃算法預制生產作業計劃最優化制定算法作業計劃最優化模型 優化目標-工作站閑置時間最短-違約費與庫存成本最少-生產總時長最短-減少工作站生產內容變動 限制條件-產能限制-蒸養室容量限制-工作制限制-工序間緩存空間限制-模板數量限制-模臺數量限制 優化目標公式 限制條件公式 31 清華大學土木工程系 馬智亮 遺傳算法 計劃目標 計劃模型 最優計劃(規劃)利用遺傳算法求解上述模型 32 清華大學土木工程系 馬智亮 基于分派規則的方法 典型分派規則 最早交貨期分派法 最短加工時間分派法 最短余裕時間分派法 關鍵工序分派法 33 與傳統的預制生產作業計劃制定方法比較 確定構件投

11、產順序編制作業計劃生產限制條件分派規則選定滿足預期？否是1.需要人工反復比選，其效果依賴于用戶經驗；2.不保證所得結果最優 清華大學土木工程系 馬智亮 主要目標 優質施工 安全施工 高效施工 典型應用場景 基于BIM的虛擬施工 基于BIM和室內定位技術的質量管理 基于互聯網+的工地管理 智慧施工 清華大學土木工程系 馬智亮 34 以“基于BIM和室內定位技術的建筑工程施工質量管理”為例 傳統施工質量管理方法：依據規范，相關方逐個工序進行驗收 參與重要環節的驗收參與重要環節的驗收 對每一道施工工序進行自檢對每一道施工工序進行自檢 通知監理方復驗通知監理方復驗 對相應施工工序進行復驗對相應施工工序

12、進行復驗 通知施工方繼續施工通知施工方繼續施工 建設方建設方 我想建座我想建座辦公樓！辦公樓！監理方監理方 我能管！我能管！施工方施工方 我來建！我來建！35 清華大學土木工程系 馬智亮 施工質量管理中存在問題 手工填寫紙介質表格 匯總、轉錄到計算機中輸出 相關各方在表格中簽認 檢查條目繁多 管理人員專業水準參差不齊 易引起驗收工作遺漏和疏忽 由此導致的弄虛作假時有發生 易造成施工質量失控 36 清華大學土木工程系 馬智亮 解決思路 基于BIM 依標準和規范生成驗收計劃 結合移動終端、室內定位等技術 支持 提前在計算機上生成計劃 現場用移動終端查看檢查點 錄入檢查數據 自動生成檢查資料 37 清華大學土木工程系 馬智亮 支持現場質量檢查（操作視頻）38 清華大學土木工程系 馬智亮 4.結語 介紹了智慧建造的概念及主要特征 描述了高度智慧建造的典型應用場景 清華大學土木工程系 馬智亮 39 謝 謝 歡迎批評指正 40 清華大學土木工程系 馬智亮