基于新兴信息技术的智慧施工理论与方法研究

建筑业是我国国民经济的支柱产业，建筑施工生产活动是形成建筑业增加值的主要方式，而信息管理是现代施工管理的重要内容之一。近年来我国建筑业新兴信息技术的应用水平进展显著，但与国外发达国家相比还有一定差距，主要体现在应用新兴信息技术进行施工管理的水平还远远落后于新兴技术本身的发展。本项目正是基于这样的背景展开研究的，主要目标是在现有施工管理理论的基础上，充分融合多种新兴信息技术，构建和完善智慧施工理论与方法，用以改善传统施工管理理论的不足，弥补现有施工管理方法的缺失，为解决现代施工管理过程中遇到的诸多问题，提高我国施工管理效率和水平提供有效的理论和方法。 本项目的主要研究内容包括：智慧施工的构建与实现机理；智慧施工信息管理模型；智慧施工过程管理与控制方法；智慧施工的原型系统和工程检验。 本项目取得的重要结果、关键数据包括：在明确智慧施工概念的基础上，进一步提出了协同施工的概念和内涵，构建了智慧施工的概念模型，剖析了智慧施工的主要特征和实现机理；构建了智慧施工信息模型，提出了智慧施工信息交换标准的实现方案，总结提出了智慧施工信息传递与采集方法和智慧施工信息集成与处理过程；提出了智慧施工进度控制、质量控制方法、成本管理和风险管理方法，并对其中的进度控制和质量管理方法进行了深入研究；进行了智慧施工原型系统的初步开发并进行了工程上的局部检验。 在现代建设项目管理中引入多种新兴信息技术，并逐步实现它们的应用与集成，实现智慧施工，可以有效地带动建设项目管理的方法创新，进而带动建筑业实践领域的巨大变革。其科学意义和应用前景主要体现在：提高建设项目信息管理的效率；改变建设项目信息管理的组织形式和实施方式；实现建设项目全生命周期信息管理；丰富设计和施工管理的理论和方法；提供智慧施工发展的良机。 2100433B

信息管理是现代施工管理的重要内容之一，也是实现智慧施工的基础。智慧施工是以建筑信息模型（BIM）、物联网、普适计算、4D可视化技术等新兴信息技术为基础的全新施工管理理论。本研究利用多种信息集成和建模技术，探索施工过程中动态信息交互和共享方法，在此基础上研究智慧施工理论的完善和原型系统的建立。首先，提出智慧施工概念，并深入分析新兴的信息技术在智慧施工中应用和集成的机理。其次，利用信息集成和参数化建模技术建立智慧施工理论下的信息管理模型，对施工信息管理的整个过程和内容进行整合和优化。再次，针对施工进度、质量、成本、风险等内容，分别采用不同方法实现有效的控制和管理。最后，根据实证研究和模型运行结果，设计智慧施工的原型系统和工程检验，指导工程实践并推广智慧施工的理论与方法。本研究符合我国建筑业信息化发展趋势，有助于促进新兴信息技术在现代施工管理中的应用，有助于施工管理理论与方法的创新。

信息的交互和共享是项目信息管理的重要内容，也是实现协同施工的基础。普适计算能提供强大的实时交互能力，建筑信息模型（BIM）被认为是实现信息共享的有效工具之一。本研究将普适计算和BIM结合，探索实现协同施工过程中动态信息交互和共享的方法，在此基础上研究协同施工控制和决策理论与方法。首先，对普适计算环境下协同施工方法进行分析，确定协同施工对信息的处理规则和原理。其次，对基于BIM的施工信息模型建立方法进行研究，借助上下文感知技术，建立不同类型的施工上下文信息模型。再次，采用离散动态事件系统理论构建基于事件模型的施工信息获取机制，采用BIM技术对施工信息进行表达。最后，在上下文信息处理的基础上构建基于规则的施工过程控制模型，采用粗糙集理论根据上下文信息进行管理决策。本研究符合建筑业信息化发展趋势，有助于促进新技术新方法在施工管理中的应用，有助于施工管理理论与方法的创新，具有重要的理论和实践意义。

本研究以建筑师视角为根本，基于建筑设计创作的过程，将建筑设计分析的理论框架分为对现象世界的分析、设计作品分析和设计过程中的分析，系统研究三种分析各自的特性及对设计创作的作用。同时以图形语言为主要载体，详细再现不同类型的分析下所包含的分析方法和分析技术。从理论和方法两个层面系统研究建筑设计分析。该研究是现代建筑设计方法论研究的扩展。使基于设计分析的理性设计方法成为传统的只可意会不可言传的师徒传授式的设计模式的补充。本研究凸显最生动的设计创作过程，成为从事实践创作的设计师与从事理论研究的理论学者之间沟通且互为补充借鉴的桥梁。

本项目首先对协同施工的概念进行界定，并详细阐述协同施工的主要内容，信息协同和多主体协同；根据协同施工的概念，结合进度管理的特点，阐述面向协同施工的工程项目进度管理内涵和内容，明确研究边界和研究内容；结合信息融合理论、粗糙集理论、模糊理论、普适计算、BIM技术等搭建研究的理论框架。 其次，基于普适计算和BIM技术，结合信息融合理论构建面向协同施工的工程项目信息集成模型，明确信息集成实现过程。运用上下文感知计算定义上下文信息概念，分析上下文信息类型，明确不同类型上下文信息的获取方式；运用IFC标准构建上下文信息模型，实现信息标准化表达；运用D-S证据理论制定上下文信息融合规则，获取施工状态的准确估计。 最后，运用优势粗糙集深入研究协同施工的相关决策问题，并获取协同优化决策规则；针对优化过程中存在的多主体利益冲突，运用主从递阶决策理论，结合优化决策规则构建协同优化模型，并利用差异演化算法和种群密度的协同进化模型相结合实现模型求解。 2100433B