[01701144]基于BIM和人工智能的超大型工程虚拟建造关键技术与应用

该项目属于土木建筑领域。超大型工程体量大、结构复杂、机电系统繁多，传统施工模式已难以满足高质量建造需求。虚拟建造技术通过构建包含建筑实体、施工工艺、环境和资源等信息的施工BIM模型，可实现施工前在电脑中模拟分析整个建造过程，提前识别施工难点和安全风险，提升建造质量和管理水平。但由于超大型工程设计变更频繁、施工工况动态多变，施工BIM模型构建和更新难度大。另外，由于软硬件局限性，BIM应用仍停留在电脑里，施工现场仍难以使用模型进行施工和管理，导致虚拟建造价值难以充分体现。针对以上问题，该项目通过引进人工智能(AI)、混合现实(MR)等技术，突破了超大型工程施工BIM模型快速构建和审核，施工模拟和分析等核心技术，研发了支持施工现场使用BIM的建造管理系统，并在实际工程中应用示范。该项目主要创新成果如下： 1、首创了基于AI的BIM模型和设计图纸一致性自动审核方法。针对超大型工程BIM正向设计不普及，模型与图纸一致性审核工作量大的现状，首先提出了模型和设计图纸审核标准；设计了通过工程语义分析挖掘图纸中重要构件编码的AI算法，以及通过相似矢量图匹配挖掘图纸中配件图例的AI算法；并开发了图纸与模型中重要构件和配件信息一致性审核的软件。另外，研发了通过语义分析识别不同版本IFC格式BIM模型中变更信息的AI算法，支持对变更构件单独审核，为虚拟建造提供模型保障。 2、构建了基于海量BIM数据挖掘的施工知识库。针对施工工艺和资源等知识库缺乏，施工BIM建模信息录入工作量大等问题，提出基于NoSQL的海量BIM数据半结构化存储方法，设计了基于语义分析的图纸和文档主题提取AI算法，构建了基于BIM的施工设施设备构件库、施工工艺工序库和机电系统调试知识库，为施工BIM模型构建提供基础信息模板。 3、发明了施工BIM模型快速构建与模拟分析技术。针对施工BIM建模中人工关联设计模型与施工进度工作量大的问题，发明了一种通过建立BIM中空间、类型和系统三大结构与施工任务分解结构WBS映射关系的4D-BIM快速构建方法，并基于知识库快速集成施工工序模板和安装调试工艺知识，形成施工BIM模型；研发了基于4D-BIM的时变结构安全分析技术、机电系统调试模拟优化与故障分析技术、塔吊群协同作业模拟与碰撞分析技术等，支持自动识别施工难点和安全风险，辅助优化施工策划。 4、开发了基于BIM和MR的施工现场建造管理系统。针对施工现场难以使用模型的问题，设计了基于图论的BIM轻量化算法，提出了基于知识库的大型机房施工管理方法，开发了基于MR的建造管理平台，支持管理人员现场使用模型进行技术交底、控制点标记和质量验收，从而实现根据模型进行精细化施工和管理，提升建造质量和管理水平。 该项目获得授权发明专利3项、软件著作权6项、发表学术论文19篇(SCI/EI收录13篇)、专著1部，成果经专家鉴定和科技查新达到国际先进水平。成果成功运用于上海迪士尼、上海国际会展中心、上海国际金融中心等超大型工程中，近三年共产生经济效益约1.5亿元；有效促进了虚拟建造技术和施工BIM落地应用，助力施工行业高质量发展。