人工智能在建筑工程施工中的应用研究

人工智能在建筑工程施工中的应用研究

李勇佳 王智 房军

淄博市房屋建设综合开发有限公司 山东省淄博市 255000

摘要：随着智慧城市的发展，智能建筑的出现为城市管理提供了更为高效节能的解决方案。 人工智能在智 能建筑中的应用提高了建筑的智能化，同时为用户提供了多元人性化的生活空间。文章在介绍智能建筑与 人工智能的基础上总结了人工智能技术在智能建筑领域的应用， 并对未来人工智能在智能建筑领域可能 的研究内容进行展望。

关键词：智能建筑；人工智能；应用

1 智能建筑的结构框架

智能建筑的结构框架[2]通常包括物理结构尧感 知系统尧数据网络尧智能控制系统和用户界面等多 个层面，物理结构层由建筑结构以及设备和设施两部 分组成：建筑结构涉及建筑的整体结构设计尧建筑 材料的选择和施工的安排与管理，以确保建筑的安 全尧稳定和可持续性；设备和设施包括各种类型的 传感器尧执行器以及网络设备尧能源系统尧照明系统 等，为建筑用户提供基本的服务。 感知系统层由环境感知与人体感知两部分组 成，感知系统层主要是利用各种传感器（如温度尧湿 度尧光照尧空气质量等）收集环境数据以及一些人体 传感器尧摄像头等监测人的存在尧行为和健康状况， 对建筑用户生活的环境以及用户本身的状态进行 监测。 数据网络层由通信网络和数据储存两部分组 成，该层的主要功能是存储从感知系统获得的数据 以备后续分析和决策使用以及提供建筑内各设备 之间的通信，并与外部系统进行连接。 

2 AI 在智能建筑中的应用

2.1 BIM

BIM 技术[3]是一种通过对所有数据和信息进行 深度分析的尧基于计算机的建筑设计和建造的辅助 工具，可以应用到整个建筑进程中。 BIM 技术的应 用，实现了建筑设计从二维到三维的转变，使得设 计内容能够更加直观形象地展示给工作人员，并通 过信息的共享以及上下层级的传送确保建筑过程 中各个部分的协同工作，具有智能化尧可视化尧可协 同设计等优势。 AI 与 BIM 的结合为智能建筑提供 了更全面和智能的解决方案。 在建筑设计环节采用 AI + BIM 技术主要是通 过周围环境尧自然采光等影响因素进行仿真以及对 建筑的整体结构与朝向布局等建筑工程信息进行 建模，在三维空间展示各构件之间的关联。 在这个 过程中，AI 的加入可以帮助建筑师更快速地生成 和优化设计， 同时，AI 能够分析大量的设计数据尧 历史数据以及用户需求，为建筑设计提供更好的解 决方案，建立更加科学严谨尧人性化的建筑模型，指 导建立更加智能化的建筑。 例如，智能建筑幕墙的 设计需要注重实用性尧整体性和美观性，异型幕墙 的崛起加大了设计难度。 设计人员需要对智能建 筑幕墙结构的几何参数尧承载力与刚度尧热工参数 等进行全面的分析与计算， 反复进行优化校核计 算，从而保证智能建筑的科学性尧合理性与安全性。 AI 与 BIM 技术的结合可以在直观展示智能建筑结 构的同时凭借参数化关联功能达到设计过程中某 一参数修改，其它相关参数自动更新的目标，在设 计人员不用手动修改的前提下完成对幕墙的深度 优化设计， 并与智能建筑整体设计进行衔接与协 调。 施工人员依据三维模型也能精准施工，AI 可以 通过分析大量的项目数据和进度信息，提供智能化 的项目管理支持，从而缩短施工工期。AI 和 BIM 的 结合，可以实现智能建筑的自动化运营和维护。 通 过传感器和监控系统收集的实时数据， 结合 BIM 中的建筑信息，AI 可以预测设备的故障尧优化维护 计划，并提高建筑系统的可靠性，提高建筑的智能 化水平。

2.2 IoT

IoT 技术是通过互联网技术与无线通信技术 的结合，使得含有电子芯片的实物与互联网之间形 成连接，从而达到物品之间相互关联尧共享的状态。 将 IoT 技术应用于智能建筑中，能够在网络技术的 支撑下实现从电脑端或手机端对建筑的各个系统 主体以及建筑内部物品进行数据收集尧 监测与管 理。 IoT 技术与智能建筑的融合使得一体化服务更加的安全与高效，使得建筑具备全面感知与智能管 理的功能，提高了人类生活质量。 人工智能物联网 是 AI 与 IoT 的结合， 依托物联网收集大量不同维 度的数据并储存在云端和边缘端， 通过 AI 进行大 数据分析实现万物数据化尧万物智联化，为智能建 筑领域提供了更为智能尧 高效和自动化的解决方 案。 利用 IoT 技术可以在建筑设计初期对智能建 筑的电力系统进行设计，实现电能的合理利用与智 能建筑的节能，顺应我国构建环境友好型的发展理 念。在建筑的供水尧电力等系统中嵌入感应器，使用 互联网技术对系统中的数据进行收集尧 整合与监 测，达到相关人员对设备进行实时管理的目的也是 IoT 技术在智能建筑中的典型应用。 此外，IoT 技术 还可以将建筑内部物体接入互联网进行监测与管 理，提高生活水平与生活质量，提供更加人性化的 居住体验。 IoT 设备，如摄像头尧门禁系统等，可以 收集建筑内外的安全数据。 AI 技术可以分析这些 数据，进行异常检测尧行为识别等，以提高建筑的安 全性，并在有需要时自动触发响应。例如，用户可以 通过语音控制房间内的照明开关， 在 App 上对各 个智能家电进行管理与控制；用户使用野IC 卡冶在 达到生活便利的同时有助于建立建筑智能安防系 统；使用传感器接入互联网，监测气体泄漏尧水灾和 火灾等情况的发生并在发生时进行报警。

2.3 5G

5G 跟 4G 相比，它具有更高的信息传输速率尧 更低的延时，还具有大连接的特征，可以连接很多 传感器实现万物互联。 对于建筑行业来说，超低延 时以及大连接特性是非常重要的，也是应用最广泛 的。比如，低延时特性助力塔吊等器械的操作，而机 器人的操作更是依赖大连接特性。 5G + AI 在智能 建筑中起到一个相互促进的效果：5G 提供强大的 通信基础设施为 AI 的应用提供更广泛的场景和更 高效的支持， 助力于提高智能建筑的智能化水平。 5G + AI 与 BIM尧IoT 等技术也可以结合以提供更 加智能化的智能建筑设计尧运行与管理方案。 在智能建筑的安防系统管理中，实时监测与分 析建筑内外环境通过 5G 快速传输大量数据，AI 算 法可以通过分析大量的连接设备生成的数据，优化 建筑的运行尧管理和维护。 智能建筑还会配备人脸 识别系统，AI 算法可以在接收数据后更快速地处 理来自各种传感器和设备的数据，实现更及时的决 策和响应。 建筑管理员还可以实现更远程尧实时的 监控和控制，无论身处何地，都能够通过 5G 网络 实时获取建筑状态，通过 AI 实现远程控制，提高管 理的灵活性。 在智能建筑的停车场和周边区域，5G 可以支持实时的交通监控和管理， 而 AI 算法可以 优化交通流，并提供智能停车解决方案。 需要注意 的是， 结合 AI 和 5G 技术的应用可能涉及到数据 隐私和安全性的问题，因此在实施时需要遵循相应 的法规和标准，确保用户和设备的信息得到妥善保 护。

3 未来的发展与前景展望

当前，由于智能建筑不同设备之间的接口和通 信协议是不同的，导致不同的智能设备之间互不兼 容，从而影响到智能建筑的智能化与高效。 未来智 能建筑的发展将更注重技术整合和开放性标准，以 确保不同系统和设备能够互相协作。 随着 AI 的不 断成熟和降低成本，智能建筑将在不断完善的过程 中逐渐成为主流。 从住宅到商业建筑，AI 将贯穿于 建筑的设计尧施工尧运营和维护的各个阶段，智能建 筑将成为构建智慧城市的核心组成部分。通过与城 市基础设施的互联，智能建筑将更好地顺应城市的 需求，提高资源利用效率，促进城市可持续发展。总 体而言，未来智能建筑通过 AI 技术将更加智能尧高 效尧可持续，为人们创造更健康尧安全尧便利的生活 和工作环境。

参考文献

[1]刘善良. 人工智能新技术在智能建筑中的应用研 究[J]. 佛山陶瓷, 2023, 33(5): 74-76.

[2]魏雯. 智能建筑物联网技术的体系构架[J]. 电子 技术与软件工程, 2019(11): 8.

[3] 王晓晓, ，晓辉, 高丹丹. BIM 技术在绿色智能 建筑结构设计中的应用 [J]. 佛山陶瓷, 2023, 33(7): 57-59.