纤维缠绕建造技术的研究与展望

纤维缠绕建造技术是一种以无芯纤维缠绕技术为基础,采用自主建造机器人来实现大尺寸纤维缠绕结构及其构件的快速、准确和自动化建造的新型技术。本文针对纤维缠绕技术具有扩展到大尺寸建筑及其构件建造的潜力,首先重点介绍了纤维缠绕技术的基本原理、材料系统、机械设备和关键技术,其次梳理和归纳了这一新型建造技术在建筑施工领域中的应用,最后进一步探索和展望纤维缠绕建造技术的未来发展方向。

离散元法在月面建造力学分析中的研究及应用

【目的】为了深入了解月面建造过程中月壤的力学特性,评估月基装备性能,优化月面建造作业,开展离散元法(discrete element method,DEM)在月壤接触力学领域的应用调查研究,旨在利用离散元法为未来月球基地建设提供理论指导和技术支持。【研究现状】基于地质勘探、资源采集及运输、建造作业等月面原位建造任务场景,分析月壤颗粒的建模与参数标定,介绍月基装备与月壤的接触作用研究现状,概述离散元法在钻-壤作用模拟、铲-壤作用模拟、轮-壤作用模拟及足-壤作用模拟中的应用,探讨基于离散元法的天然月基承载力分析。【结论与展望】提出降低几何模型复杂度、优化粒间接触模型及参数是提高宏观尺度月壤离散元建模精度以应对大规模月面建造场景的有效方法。认为利用离散元法进行铲挖式月壤采集装置及足式月球车设计在未来可以为月面建造提供可靠的技术支持。面向月面建造,离散元法将在水冰资源利用、建筑物月面承载力分析等方面提供科学依据。

盾构掘进姿态控制技术研究现状与未来展望

为系统地分析我国盾构掘进姿态控制技术的研究进展,基于知网检索到的32篇相关文献,总结盾构掘进姿态的主要表征参数和影响因素,并以盾构液压推进系统为例论述其控制原理。同时,结合盾构姿态智能控制的部分案例,总结PID控制、自适应控制、模糊控制、基于神经网络的控制和基于智能算法的控制等技术的优劣势及应用场景。基于以上分析,对盾构姿态控制技术的发展方向进行展望。研究发现:1)盾构掘进姿态的影响因素主要包括几何参数、地层参数和盾构掘进参数。2)由于盾构推进系统需要同时完成盾构向前推进和姿态调整等复杂任务,因此该系统的参数对盾构姿态有着很大的影响,是姿态控制的关键因素之一。3)相较于传统PID控制方法,智能控制方法与PID控制的结合可以提高系统的响应速度、精度、适应能力和鲁棒性。4)未来研究可以围绕基于多源数据融合的控制算法、构建数据-机制混合驱动的控制技术以及加强控制技术在实际工程中的实用性等方面展开,实现更精准、更高效的盾构掘进姿态控制。

ESA月球村建造计划解析及启示

月球基地在未来具有重要的战略价值,可作为空间安全基地以及航天科学研究的平台。欧洲航天局(ESA)于2015年提出月球村的概念,并于2020年由其并行设施中心(CDF)发表了研究报告《月球村:月球栖息地概念设计》。本文基于该研究报告,首先,介绍了月球村的基本概念,包括其系统划分和总体布局,概述了月球村计划以建造月球栖息地为主要任务的具体实现方案。随后,本文解析了月球村计划的核心——月球栖息地的内部建筑设计与功能分区,并对月球栖息地刚性支撑框架+柔性充气外壳的混合结构特点进行了详细说明。最后,本文从电力、热控、辐射屏蔽三个角度分析了月球栖息地的维保系统设计,为未来的月球基地建造方案和计划提供参考。

预制构件自动化生产中智能建造技术应用综述

预制构件作为装配式建筑的基本单元,其生产的自动化和智能化日益成为研究的热点。本文以Web of Science数据库为基础,对智能建造技术在预制构件自动化生产中的应用现状进行了系统性地综述,从构件制造和生产管理两方面对文献进行了深入分析与归纳。研究发现构件制造中常用的智能建造技术包括:三维扫描、BIM、机器人、人工智能、增材制造、传感器、数字孪生;而在构件生产管理中主要采用的智能建造技术为人工智能、RFID和物联网。同时,本文总结了预制构件自动化生产应用智能建造技术的研究进展及存在的问题与不足,从准入标准、技术耦合、学科融合、精益管理、现实应用五个方面提出了预制构件自动化生产中应用智能建造技术的建议。

火星原位建造材料研究进展与展望

火星风化层作为一种重要的原位自然资源,在火星基础设施建设上具有重要作用.基于与地球上不同的火星极端环境与火壤特殊性质,系统研究了火星原位建造材料的物理特征与机械性质,重点分析了火壤类混凝土材料(具体包括含硫混凝土、聚合物混凝土、地聚物混凝土与水凝胶基混凝土)、火壤熔融与烧结原位固化材料两个方面的最新研究进展.尽管目前火星原位建造材料的研究已取得一定成果,但仍面临诸如聚合物混凝土原位制备困难、熔融与烧结过程能耗较大,以及在火星环境下建造材料服役性能不足等局限问题.根据火星原位建造材料在未来的发展方向,研究结果旨在积极推进对火星原位建造材料的深入研究,为实现火星原位建造提供借鉴与参考.

城市轨道交通数字孪生标准体系研究

随着国家“新基建”战略对于建设数字孪生城市建设的指引,我国城市轨道交通工程作为城市公共基础设施的重要组成部分进入了新的发展时期,通过构建数字孪生体系将会加快推动城市轨道交通工程全生命周期智能化进程。本文主要研究了城市轨道交通数字孪生标准体系构建的重点方向:首先阐述了城市轨道交通数字孪生标准体系构建的目的与意义以及当前城市轨道交通数字孪生标准化现状,并就标准体系构建的重点原则进行了分析;其次结合目前制造业的数字孪生模型架构和技术体系,建立了城市轨道交通领域的数字孪生标准体系架构;最后结合国内目前城市轨道交通领域技术体系标准制定的现状,详细分析了物理实体、虚拟实体、平台与服务、连接与集成等技术标准的构建基础与思路,以期促进数字孪生技术在我国城市轨道交通领域的全面推广应用。

智能建造技术在工程造价管理中的应用研究综述

在智能建造发展的大背景下,人工智能、BIM及大数据等技术逐渐应用于工程造价管理的各个环节,推动我国工程造价管理朝着信息化和智能化方向发展。通过文献调研,对智能建造关键技术在工程造价管理中的应用研究做了系统性的综述。从研究方向、研究深度、集成角度、管理理念和方法等方面对现有研究进行梳理,探讨智能建造关键技术对于造价管理的意义,并展望未来的研究方向。

月球科研站建造方案综述与比较分析

开展面向月球科考与开发的月球科研站建造是深空探测领域发展的必然趋势和迫切需求。本文充分调研了国内外月球科研站方案,基于TOPSIS法提出了月球科研试验站评价体系和评价指标,包含需求匹配性、技术可行性、安全性、灵活性、宜居性和经济性6个一级指标,及其下属的15个二级指标。随后详细阐述了5种典型的科研试验站方案:移动式科研试验站、柔性展开式科研试验站、固定式刚性舱试验站、固定建造式科研试验站和熔岩管道式科研试验站。最终,基于上述评价体系和指标对典型的月球科研站方案进行比较分析,为未来月球科研站的设计与优化提供决策依据。

基于数字孪生的山岭地区高速公路施工进度管理研究

本研究将数字孪生技术引入高速公路施工进度管理,提出了利用BIM参数化建模和实景建模技术构建山岭地区高速公路数字孪生模型的方法,设计了基于蓝牙技术、GPS技术及ZigBee技术的数据采集和映射方案,并在此基础上构建了基于数字孪生的进度推演模型。本文以雷榕高速公路工程项目为依托,利用数字孪生模型和数据采集技术实时获取现场工程量和进度影响信息数据,通过数据驱动的方式构建进度推演模型,使施工过程中的进度安排、资源配置更加合理,减少由于工期延误造成的成本问题或赶工引发的质量问题。

建筑产业互联网体系架构设计研究综述

建筑产业互联网是智能建造与建筑工业化转型的主要任务之一,为建筑业高质量发展带来了新的支撑,其全要素、全过程、全产业链连通的特征与多学科、多系统交叉的复杂结构对构建统一的体系架构提出了更高的要求。基于已有研究梳理了建筑产业互联网概念,总结了各类工业互联网参考架构的优点,构建了以建造技术和信息技术为支撑,实施、能力、平台三维度结合,新型服务为导向的建筑产业互联网体系架构,用于指导技术创新,推动企业探索,为建筑产业互联网的发展建设提供理论支撑。

基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法

为综合考虑岩土参数的空间变异性以及前期地质勘查所获取钻孔数据的确定性,提升基坑开挖变形风险评估的准确性,提出基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法。所提方法利用克里金(Kriging)理论和随机场理论,生成考虑地勘钻孔数据的约束随机场,并结合数值分析和蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法建立基坑开挖的概率评估模型,分析参数空间变异性对基坑开挖引起的环境效应和围护结构变形的影响规律。与传统确定性分析和基于传统随机场的概率分析进行对比,结果表明:基于约束随机场的概率分析方法能够很好地避免传统确定性分析低估风险以及传统随机场方法高估风险的问题,从而更合理地评估工程风险。研究成果可以为进一步制定基坑开挖风险的应对措施提供有益参考。

监理质量E-旁站管理及应用研究

旁站是监理开展工作的重要方式之一,随着信息技术在土建行业的广泛应用,传统的监理旁站无论是在旁站内容的确定、旁站信息的采集与记录方式,还是在旁站信息的推送与反馈等方面都有提升和改进空间。在阐述监理质量E-旁站的概念与管理框架的基础上,引入POP模型辅助确定E-旁站内容,并对监理质量E-旁站需要采集的信息进行分类,提出了E-旁站信息采集的要求。基于管理关系和职责,构建了E-旁站信息推送与反馈程序;设计了监理E-旁站管理APP并应用于实际工程。通过构建E-旁站管理模式,保证了监理旁站工作的及时性、有效性和可追溯性,进而提高监理旁站的工作效果。

基于机器视觉的混凝土3D打印几何特征自动提取方法研究

近年来,随着混凝土3D打印技术的不断发展,打印成品的质量受到越来越多的关注。打印成品的几何特征已成为评估打印质量的重要指标。针对当前3D打印混凝土几何特征提取中存在的诸如流程复杂、精度有限及缺乏评价指标等问题,本文设计了基于机器视觉的混凝土3D打印几何特征自动提取方法。首先,采用摄像头阵列部署方法获取打印成品的原始图像,并对原图像正畸以提高图像质量;其次,通过语义分割模型U-Net提取打印成品的几何特征,并对得到的结果进行优化;最后,通过量化的指标值,对其进行了可视化并评价打印结果。实验证明,本文提出的几何特征自动提取方法具有速度快、精度高等显著优势;此外,系统化的打印评价指标可为混凝土3D打印质量评估提供借鉴参考。

基于成熟度的施工企业智能建造能力评价模型与应用研究

智能建造是新一代信息技术与工程建造的融合与再创新,有利于推动施工企业由劳动密集型生产方式向技术密集型方向转变。基于能力成熟度理论,构建了“能力要素-能力域-子能力”三层结构、五级成熟度的施工企业智能建造能力成熟度评价模型,结合灰色系统理论,对施工企业的智能建造能力进行综合评价分析。以H企业为实证案例,应用所构建的模型对该单位智能建造能力发展情况进行综合分析,并基于评价结果对H企业的智能建造发展与应用提出了相应改进方向和建议。

基于BIM-VR的沉浸式建筑设计评审研究

设计评审作为建筑方案设计阶段重要的一环,其目的是完善设计方案、提高设计质量及满足用户需求。然而由于二维纸质或传统人机界面的限制,基于图纸或BIM模型的设计方案展示往往不能直观地展现设计意图,尤其是对于非建筑技术专业的项目相关方。VR技术基于其沉浸性、交互性等特点,成为解决这一问题的有力途径。本文通过对国内外研究现状的分析总结,提出并开发了一套沉浸式建筑设计评审系统,验证了沉浸式BIM在建筑设计评审中应用的可行性,并阐述了可能的演化思路。

塔吊作业安全管理研究进展

为系统评述塔吊作业安全管理研究进展,利用文献计量方法和Citespace软件,分析了从CNKI文献数据库筛选出的748篇相关文献,并针对塔吊作业风险识别与评价这一关键主题开展综述,归纳塔吊作业风险识别的依据、风险分类的维度和风险评价的方法。结果表明,2012—2021年相关文献数量整体呈增长趋势;研究内容由某特定作业阶段的风险因素识别,逐步演化为利用系统思维和方法分析各类安全风险;现阶段研究初步运用多理论、多方法探索风险识别与评价。未来需从项目管理要素、工作阶段等多维度提取风险评价指标,深入研究事故致因机理或因素耦合关系,从而进一步提升塔吊作业风险识别与评价的全面性。

柔性压阻应变传感技术在结构健康监测领域的研究进展

柔性压阻应变传感器具备量程大、共形能力强、稳定性好等优势,为解决传统应变传感器量程小和灵敏度低等难题提供新途径,在土木工程领域结构健康监测中有很大的应用潜力。在介绍柔性压阻应变传感器常用的材料及其传感机理基础上,归纳并总结了3种典型压阻传感原理的传感机制、传感器结构设计和制备方法以及在结构健康监测中的应用等三方面的研究现状。通过探讨材料选择、导电网络优化设计对传感性能调控的影响,发现采用复合导电填料和微观结构设计能一定程度提高传感性能;现阶段制造高性能且适应工程环境的柔性压阻应变传感器面临长期使用过程的性能下降、工程环境下的稳定性、监测系统集成维护等挑战;对于柔性压阻传感器的选择策略,建议选择碳系导电材料,选择不同主导的导电效应来满足对不同应变监测的需求;同时,展望了柔性压阻应变传感器在建筑结构智慧运维中的发展趋势。

复合地层越江大直径地铁隧道盾构地层适应性风险及选型分析

盾构法施工具有速度快、扰动小、劳动强度低等优点,被广泛运用于隧道工程建设中。对不同的工程而言,其地层环境一般都不同,盾构机选型的地层适应性是决定施工是否顺利的关键因素。这在复合地层和高水压环境下施工时更为明显。依托武汉地铁某大直径越江隧道,通过对穿越地层和水文条件特征的分析,识别出本区间显著存在的开挖面失稳、刀盘磨损以及密封失效等适应性风险,在此基础上针对刀盘系统、推进驱动系统和密封系统进行了选型结果分析。分析结果表明,当前盾构选型在此区间内地层适应性良好、作业效率高、有利于施工控制。

生成式AI在工程设计中的研究与应用综述

人工智能的飞速发展为工程设计领域提供了解决问题的全新手段。生成式AI作为一种新兴的人工智能算法,推动了相关行业的数字化转型发展。但生成式AI的实际应用不完全成熟,有必要对现有研究进行阶段性总结。本文整理了生成式AI在建筑设计、结构设计、施工组织设计等场景下的不同应用,共五十余篇相关文献。整理归纳出运用生成式AI解决设计问题的一般思路,并结合研究现状对该技术的未来发展进行了展望。结论显示:生成式AI在房间布局、形状和图案设计、结构布局、场地布局、路线规划等图像任务中起到了一定的作用,但目前应用场景中仍面临着数据缺乏、算法适应性差、生成效果不佳等问题。本文基于该技术的应用现状指出了在工程设计过程中运用生成式AI所面临的问题,为该技术未来的进一步发展和应用提供参考。