簡述土木工程智能化施工技術

徐粉明
甘肅尚辰築夢建築工程有限公司甘肅蘭州 730030
摘要：本文探討了土木工程領域中智能化施工技術的應用，包括建築信息模型（BIM）、無人機與遙感技術、物聯網（IoT）以及3D列印技術。通過詳細分析這些智能化技術在設計、施工和維護階段的具體應用，揭示了其在提高效率、優化質量、增強安全性等方面所帶來的豐富優勢。
關鍵詞：土木工程；智能化施工技術；應用
土木工程作為社會基礎設施建設的重要領域，在不斷追求提高效率、降低成本、增強質量的同時，也面臨著日益複雜的挑戰。智能化施工技術的崛起為解決這些挑戰帶來了全新的解決方案。
1、智能化施工技術的概述
智能化施工技術是將先進的信息技術、人工智慧、自動化控制等領域的創新成果應用於土木工程領域的一種重要發展趨勢。這些技術能夠實現施工過程的智能化、自動化和數字化，從而提高施工效率、質量和安全性。智能化施工技術包括但不限於人工智能的規劃和決策支持、無人機和遙感技術的實時監測、物聯網設備的數據採集與分析、3D列印技術的定製化建造以及虛擬現實技術的模擬與培訓等。這些技術的綜合應用使得土木工程領域在設計、施工和管理等方面取得了令人矚目的進步，為未來的可持續發展和創新奠定了堅實基礎。
2、土木工程智能化施工技術的應用優勢
2.1 提高施工效率
智能化施工技術通過自動化和數字化的方式，加速了施工過程。例如，使用機器人進行砌築、焊接等重複性工作，大大減少了施工時間，同時降低了人力資源的需求。此外，智能調度和路徑規划算法能夠優化設備和人員的協調，減少了資源的浪費。
2.2 優化工程質量
智能化施工技術通過精確的數據採集、分析和監測，實現了工程質量的精細管理。傳感器和監控系統能夠實時監測施工過程中的參數，及時識別並糾正潛在問題，從而減少了施工中的錯誤和缺陷。3D列印技術能夠實現高度精準的建造，確保結構的準確性和一致性[1]。
2.3 增強工程安全性
智能化施工技術在安全方面發揮了重要作用。例如，使用無人機進行危險區域的勘察和巡視，減少了人員進入高風險區域的需求。智能監控系統能夠及時識別施工現場的安全隱患，警示工作人員並採取相應措施，減少了事故的發生。
2.4 降低人力風險
在傳統施工中，人工操作常常涉及高強度、高風險的工作，容易對工人的身體健康造成威脅。智能化施工技術能夠代替人工從事危險或繁重的工作，減輕了工人的勞動負擔，降低了工傷風險。
3、土木工程智能化施工技術的應用
3.1 BIM技術
建築信息模型（BIM）是一種集成數字化的三維模型和相關數據的技術，它在土木工程中的應用對於項目的設計、施工和維護階段都具有重要意義。
3.1.1 設計階段
①協同設計：BIM允許建築師、結構工程師、機電工程師等各專業人員在同一平台上共同參與設計，協同工作，以確保設計方案的一致性和相互匹配性。碰撞檢測： BIM能夠在設計階段自動進行碰撞檢測，識別不同專業之間的衝突，如管線與結構的衝突，從而減少施工過程中的錯誤和重複工作。
3.1.2 施工階段
①施工模擬：利用BIM技術，施工團隊可以在虛擬環境中模擬施工過程，優化施工順序、物流和資源分配，從而降低施工風險。②進度計劃：BIM可以與進度計劃軟體集成，創建可視化的施工進度計劃。這有助於實時跟蹤工程進展，及時調整計劃，避免延誤。
3.1.3 維護和管理階段
①運維管理：BIM模型可以包含建築設備的信息和維護記錄，有助於設備的追蹤和維護。運維團隊可以利用BIM模型來安排維護計劃、識別故障和更新設備信息。②室內定位系統：在大型建築物中，BIM可以結合室內定位系統，幫助維護人員更快速準確地找到需要維護的設備或區域。
3.2無人機與遙感技術
無人機與遙感技術在土木工程領域的應用為項目的勘察、監測和巡視帶來了全新的維度。無人機能夠以高度靈活性和精確性執行各種任務，從而為工程項目提供了及時而詳盡的數據支持。通過使用無人機採集的高解析度影像數據，工程團隊可以實時了解工程進展，及早發現問題，並有效評估現場的安全狀況。
在勘察階段，無人機可以迅速覆蓋大範圍，捕捉高解析度的地形和地貌信息。這為規劃和設計提供了準確的基礎數據，幫助工程師更好地理解環境特徵，從而制定更合理的工程方案。在施工監測方面，無人機的應用使得工程進展得以可視化呈現。通過定期飛行，無人機可以拍攝工程現場的影像和視頻，形成時間序列的數據，實時記錄工程進程，這不僅幫助項目管理者跟蹤進度，還可以及時發現施工中的問題，以便及時採取糾正措施，避免延誤或成本增加。此外，無人機的遙感技術能夠檢測地表的變化，識別土壤沉降、斜坡滑坡等地質災害的風險。通過分析無人機採集的數據，工程團隊可以預測潛在的問題，有針對性地進行風險管理，確保施工現場的安全。
3.3物聯網 (IoT)
物聯網（IoT）技術在土木工程領域的應用，通過將傳感器和設備與網際網路連接起來，實現了對施工現場各種關鍵參數的實時監測和數據收集。這種智能化的監測系統為工程項目的規劃、施工和維護提供了極大的便利，對於提高效率、優化資源利用以及保障安全和質量具有重要作用。
在施工過程中，物聯網技術可以監測多種參數，如溫度、濕度、氣壓、振動、位移等。這些數據通過傳感器實時採集，並傳輸到中央系統進行處理和分析。通過對這些實時數據的監測和分析，工程團隊可以及早發現潛在問題，從而採取適當的措施，避免可能的風險和延誤。在預測和防範問題方面，物聯網技術能夠利用歷史數據和趨勢分析，幫助工程團隊預測可能出現的問題。例如，通過監測混凝土的溫度和濕度，可以預測混凝土的強度發展，從而優化澆築時間和施工進度。此外，振動傳感器可以監測結構的振動情況，幫助工程師判斷是否存在結構穩定性的問題。另外，物聯網技術還可以優化資源利用和維護計劃。通過實時監測設備的運行狀態和耗能情況，工程團隊可以調整設備的使用方式，提高能源效率。在維護方面，物聯網技術可以實現設備的遠程監控和維護，及時發現並修復故障，減少停機時間。
3.4 3D列印技術
3D列印技術在土木工程領域的應用，為建築行業帶來了創新的可能性，從構件製造到整體建築的各個方面都具有潛在的應用價值。以下是3D列印技術在土木工程中的一些主要應用領域：①建築構件製造： 3D列印技術可以用於製造建築中的各種構件，如牆體、柱子、梁等。通過3D列印，可以實現高度定製化的構件設計，根據項目需求進行個性化製造，從而提高施工效率和質量。②薄壁結構製造： 3D列印技術適用於製造複雜的薄壁結構，如曲線形狀的牆壁或屋頂。這種技術可以在設計上實現更多的創意和自由度，創造出獨特的建築形態。③模板和模具製造： 3D列印技術可以用於製造建築模板和模具，用於澆築混凝土或其他材料。這可以加速施工過程，減少傳統木製或鋼製模板的製作時間和成本。④原型製作與演示： 3D列印技術可以用於製作建築設計的原型模型，幫助設計師和客戶更好地理解和評估設計概念[2]。此外，3D列印還可以用於製作演示模型，用於展示建築項目的外觀和結構特點。⑤修復與重建： 3D列印技術在文化遺產修復和古建築重建中具有潛在應用價值。它可以幫助復原受損的構件和細節，從而保護和恢復文化遺產的價值。
結語：
智能化施工技術在土木工程領域的應用正在逐步改變著傳統施工方式。通過建築信息模型的協同設計、無人機與遙感技術的實時監測、物聯網的實時數據採集與分析，以及3D列印技術的定製建造，土木工程項目的效率得以大幅提升，工程質量得以更好保障。隨著技術的不斷發展，智能化施工技術將繼續引領土木工程領域的創新發展，為未來的可持續建設提供強有力的支持。
參考文獻：
[1]馬博.裝配式建築智能化技術在工程施工管理中的應用[J].佛山陶瓷,2022,32(12):72-74.
[2]馮海暴,匡磊,毛朝鋼等.工程施工與智能化技術的深度融合發展構想[J].交通企業管理,2021,36(06):17-19.
姓名: 徐粉明 (1974.02.03) 女籍貫:甘肅秦安身份證:620522197402030724 現任職稱:中級(工程師) 學歷: 大專研究方向:土木工程