智能建造技术在建筑工程中的应用

一、引言

智能建造技术通过 “感知 - 决策 - 执行” 闭环体系重构建筑生产模式，其应用可使施工效率提升 30% 以上，质量缺陷率降低 50% ，安全事故发生率下降40% 。传统建造模式依赖人工操作（人工成本占比超 30% ），施工精度波动大（如墙体垂直度偏差超 5mm ），资源浪费严重（材料损耗率达 8%-0% ）。智能建造技术通过自动化施工（如机器人砌筑效率提升 2 倍）、数字化管理（如 BIM 模型碰撞检测减少返工 30% ），实现建造过程的精准化与高效化。在新型建筑工业化背景下，智能建造是实现 “中国建造” 向 “中国智造” 跨越的关键，对推动建筑业绿色低碳发展、提升产业竞争力具有重要意义。

二、智能建造技术在建筑工程中的现状与挑战

2.1 现状特征

技术应用提速： 70% 的大型建筑项目引入至少 2 项智能建造技术，其中BIM 技术应用率达 90% ，无人机巡检、智能监测设备普及率超 60% ，施工数据采集频率提升至 1 次 / 小时。

自动化装备普及： 50% 的项目采用混凝土浇筑机器人、墙体砌筑机器人等装备，高危作业（如高空焊接）自动化率提升至 40% ，人工劳动强度降低50% 。

管理模式升级： 40% 的企业建立数字化管理平台，实现进度、质量、安全数据实时共享（延迟 ⩽10 分钟），决策响应时间缩短至 4 小时以内（传统模式需 24 小时） ）

2.2 主要挑战

技术融合不足：不同智能系统（如 BIM 与物联网平台）兼容性不足 50% ，数据格式转换损失率达 15% ，形成 “信息孤岛” 制约协同效率。

成本制约明显：智能建造装备初始投入较传统设备高 50%-100% ，中小型企业技术应用率不足 20% ，投资回收期超 5 年。

人才结构失衡：具备智能装备操作与数字化管理能力的复合型人才缺口达50% ，一线工人技能适配率不足 60% ，技术落地效果打折扣。

标准体系滞后：智能建造相关标准覆盖率仅 60% ，新型工艺（如 3D 打印构件）质量验收规范缺失，制约技术规模化应用。

三、智能建造技术在建筑工程中的应用原则

3.1 协同融合原则

技术一体化：推动 BIM、物联网、人工智能技术深度融合（数据互通率⩾80% ），构建 “设计 - 生产 - 施工” 数据闭环，工序衔接效率提升 30% 。

人机协同：明确人机分工边界（如机器人负责重复性作业，人类专注决策与调控），人机协作效率较纯人工提升 40% ，错误率降低至 3% 以下。

3.2 精准高效原则

过程可控：通过实时监测（精度 ±1mm ）与自动修正（响应时间 ⩽5 秒），施工精度提升至 ±2mm ，较传统模式提高 60% 。

资源优化：基于 AI 算法动态调配材料与设备，库存周转率提升 50% ，材料损耗率控制在 3% 以内，工期缩短 15%-20% 。

3.3 安全优先原则

风险预判：采用数字孪生模拟施工过程，高危作业风险识别率 ⩾95% ，预警提前期 ⩾24 小时，安全防护措施到位率 100% 。

应急响应：建立智能应急系统，事故响应时间 ⩽10 分钟，救援资源调度效率提升 2 倍，伤亡率降低 60% 。

四、智能建造的核心技术体系

4.1 数字化设计技术

BIM 集成应用：构建全专业协同模型（LOD400 级），碰撞检测效率提升 8倍，设计变更率降低 40% ，预制构件深化设计精度达 ±1mm_⨀ 。

参数化设计：采用算法驱动设计（如生成式设计），方案优化时间缩短至传统模式的 1/3，功能与成本平衡度提升 25% 。

4.2 智能化施工技术

建筑机器人：包括混凝土整平机器人（平整度误差 ⩽2mm ）、钢结构焊接机器人（探伤合格率 ⩾99% ），作业效率较人工提升 2-3 倍，连续工作时长超 8小时。

3D 打印建造：采用混凝土打印技术（打印速度 ⩾500mm/s ），构件成型精度 ±3mm ，材料利用率达 95% ，复杂造型施工成本降低 30% 。

4.3 智慧管理技术

物联网监测：部署振动、应力、环境传感器（采样频率 ⩾1kHz ），施工状态数据实时传输，异常预警准确率≥ 90% ，问题处置及时率提升 50% 。

AI 决策支持：基于历史数据训练进度预测模型（准确率 ⩾85% ），成本偏差预警提前期 ⩾7 天，资源调配优化率提升 20% 。

五、智能建造技术的应用场景

5.1 结构施工阶段

装配式构件安装：采用无人吊车（定位精度 ±5mm ）与机器人辅助对接，安装效率提升 40% ，错台偏差控制在 3mm 以内，工期缩短 20% 。

高层建筑施工：爬模系统与智能监测结合，垂直度控制精度达 1/1000H （H为建筑高度），混凝土强度实时监测（误差 ⩽2MPa ），质量追溯率 100% 。

5.2 装饰与运维阶段

智能装饰施工：墙面抹灰机器人（平整度 ⩽3mm ）与瓷砖铺贴机器人（缝宽偏差 ±0.5mm ）应用，装饰工程合格率提升至 98% ，人工成本降低 50% 。

智慧运维管理：基于数字孪生模型的设备巡检（覆盖率 100% ），故障预警准确率 ⩾95% ，维护成本降低 30% ，建筑生命周期延长 10 年。

六、结论

智能建造技术通过数字化设计、智能化施工与智慧管理的融合应用，实现了施工效率提升 30% 、质量缺陷率降低 50% 、安全事故减少 40% ，有效突破了传统建造模式的局限。当前存在的技术融合不足、成本制约等问题，可通过标准化体系建设与国产化装备研发解决。未来，随着数字孪生（虚实同步误差<1mm ）与元宇宙技术的发展，智能建造将向 “全域智能、自主建造” 演进，推动建筑工程进入 “数字建造时代”，为建筑业高质量发展提供核心技术支撑。

参考文献

[1] 秦洪祥 . 智能建造技术在建筑工程中的应用探讨 [J]. 陶瓷 ，2025（3）：148-151. DOI：10.3969/j.issn.1002-2872.2025.03.047.

[2] 郑军红 . 智能建造技术在建筑工程中的应用与趋势研究 [J]. 城市开发 ，2025（10）：21-23

[3] 朱关夫 ， 嵇威威， 毛秀明， 等. 智能建造技术在建筑工程中的应用与发展研究 [J]. 建筑施工 ，2023，45（8）：1714-1717. DOI：10.14144/j.cnki.jzsg.2023.08.061.