“我们生活在一个智能世界。我们有智能手机、智能房屋乃至智能城市。”西交利物浦大学土木工程系博士张成的研究重点是利用技术来创建智能建筑和更安全、更高效的建筑工地,通过使用数据、算法和系统来提升施工人员的安全性以及建筑的节能性。

　　“让我们通过创造智能建筑,为我们所生活的数字时代奠定基础。”张成表示,智能设备和系统能够利用数据对周围的环境做出评估,从而帮助人类做出更有利的决定。“这些智能设备越来越强大,甚至能够自己做出决定。自动化在许多行业都很普遍,比如制造业,整个工厂都是以技术驱动的流水线为主。但在建筑业,自动化还处于初级阶段,建筑业仍属于高度劳动密集型行业。”

　　“我们的愿景是,在未来的某一天智能化建筑工地能成为现实,在建筑过程的每一个阶段都通过技术进行设计和管理,由机器人而不是人类来承担体力劳动,而且设计和规划全部由智能系统与人类合作完成。”

　　尽管距离这一愿景仍然有很大的距离,但张成目前正致力于开发一个动态的建筑信息模型,以适应建筑生命周期的每个不同阶段,从设计到持续进行的设施管理全部包括在内。“建筑信息模型(BIM)被广泛应用于建筑行业,用于展示建筑的2D规划效果。”张成说,“而我们正在创建的动态BIM是一个3D模型,可以反映出建筑物的目前所处阶段,而不仅仅是完成后的状态。”

　　“动态BIM通过各种技术收集真实数据,为设计师、工程师和建筑商提供一个详细模型,就像真实存在于建筑工地一样,即使只是部分完成也不会影响其效果。”张成介绍,建筑工地通常处于不断变化的状态,而动态BIM提供了一个由智能元素构成的平台,因此施工人员(比如工程师)能够对建筑的整体进度进行评估,对安全性和风险进行预测,同时精确掌握材料及构件的尺寸和位置。

　　尽管已有很多工具可以用于收集动态BIM所需的数据类型,比如3D激光扫描仪和摄像机,但张成表示,这些数据常常缺少关键的语义信息,使得计算机系统难以提取相关数据。“这正是我们研究的切入点。我们正在为不同数据集创建算法,比如光学图像和热图像,从根本上告诉计算机创建动态BIM需要什么。”

　　“放到建筑场景中,光学图像可能会‘告诉’计算机大概的观察范围,然后热图像便可以识别计算机正在观察什么材料,因为每种材料具有不同的属性,从而显示出不同的颜色。然后,我们利用人工智能技术‘教’计算机识别建筑工地常见构件(如柱子和横梁)间的区别。”张成解释说。

　　“我们的目标是创建一个与现实世界相匹配的虚拟世界,从而为施工过程的各个阶段带来许多便利。”张成说,比如在健康安全方面,当电梯井已经建成,但还没有安装电梯,建筑工地上就会存在一个危险的空间,这种情况动态BIM也能够识别出来。“这时现场经理会立即得到通知,动态BIM会通过虚拟围栏自动提示施工现场需要封锁的区域。”

　　尽管技术改造建筑业具有巨大的潜力,但张成强调,人类永远是建筑过程中不可或缺的部分。“人类通过掌控技术,可以创造智能建筑,从而提高生产力、改善安全性、提升整体建筑质量,为所有人创造一个更好的建筑环境。”

　　记者 王拓