BIM融合信息技術(shù)在智慧工地中的應(yīng)用研究

【摘要】近年來(lái)，基于BIM技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)能設(shè)計(jì)、場(chǎng)地規(guī)劃、施工模擬、運(yùn)維管理在工程建設(shè)全生命周期中得到廣泛應(yīng)用，顯著降低了建筑成本與能耗，提高了施工效率與質(zhì)量。同時(shí)，BIM技術(shù)承載大量工程信息數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，也為土木行業(yè)的智慧化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但僅依靠BIM技術(shù)無(wú)法完全對(duì)其承載的工程數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高效分析與應(yīng)用。因此，如何充分發(fā)揮其承載工程信息數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)是發(fā)展中面臨的重要問(wèn)題之一?；诖耍酒恼聦?duì)BIM融合信息技術(shù)在智慧工地中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以供參考。

【關(guān)鍵詞】BIM融合信息技術(shù);智慧工地;應(yīng)用研究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.03.

引言：

在BIM技術(shù)的支持下，智慧工地建設(shè)工作高效完成，且在保證工程建設(shè)施工效率和質(zhì)量方面發(fā)揮重要的作用。結(jié)合實(shí)際工程建設(shè)情況，BIM技術(shù)的應(yīng)用可幫助企業(yè)降低工程施工質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生率與成本管理的復(fù)雜程度，同時(shí)還可對(duì)施工管理模式進(jìn)行有效優(yōu)化和完善。

1、BIM技術(shù)及智慧工地

資料模型主要指建筑資料模型。利用信息技術(shù)，將房屋工程信息作為模型進(jìn)行表示，并構(gòu)建技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。BIM技術(shù)可幫助項(xiàng)目提供所需的信息。它還可以有效地執(zhí)行數(shù)據(jù)分析，提高構(gòu)建效率，并在整個(gè)流程管理和工作流程管理中扮演重要角色。在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的背景下，作為現(xiàn)代建筑行業(yè)管理模式創(chuàng)新的智能工作區(qū)，在工程建設(shè)規(guī)劃和實(shí)際操作中發(fā)揮著重要作用。要實(shí)現(xiàn)智能工作區(qū)管理，您需要it、人工智能等。在實(shí)踐中，您可以不斷地優(yōu)化和調(diào)整作業(yè)管理，最終實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：協(xié)調(diào)所有作業(yè)的鏈接、將資源高效地集成到作業(yè)中，以及推動(dòng)在作業(yè)中進(jìn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建。

2、智慧工地與BIM的關(guān)系

智慧工地管理系統(tǒng)由終端層、平臺(tái)層和應(yīng)用層組成。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工場(chǎng)地實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能感知和數(shù)據(jù)采集;通過(guò)云平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效計(jì)算、存儲(chǔ)和服務(wù)提供;應(yīng)用層按照項(xiàng)目管理需求，為現(xiàn)場(chǎng)管理者提供項(xiàng)目管理系統(tǒng)。BIM技術(shù)在智慧工地建設(shè)中起到關(guān)鍵的支撐作用：（1）作為大型現(xiàn)場(chǎng)施工信息載體的BIM技術(shù)，只有利用三維BIM模型，才能實(shí)現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)體的關(guān)聯(lián)，并以BIM作為信息載體對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行高效管理;（2）施工現(xiàn)場(chǎng)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)參差不齊，對(duì)技術(shù)指標(biāo)的理解存在偏差，借助二維與三維相結(jié)合的方法，可以快速、準(zhǔn)確地對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，大大提高了工程項(xiàng)目管理的效率。

3、BIM技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1可視化應(yīng)用要點(diǎn)

在現(xiàn)階段工程建設(shè)中，通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的利用進(jìn)行模擬施工，以此能夠有效提高細(xì)節(jié)可視化程度，輔助相關(guān)技術(shù)人員對(duì)建筑模型進(jìn)行直觀分析。通過(guò)了解，在BIM技術(shù)下的智慧工地建模過(guò)程主要涉及兩個(gè)階段：一是工程施工方案設(shè)計(jì)階段;二是工程施工現(xiàn)場(chǎng)操作監(jiān)管階段。在進(jìn)行建筑施工方案設(shè)計(jì)期間，作為設(shè)計(jì)人員可結(jié)合建筑項(xiàng)目?jī)?nèi)部所統(tǒng)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行立體模型搭建，確保模型能夠清晰展現(xiàn)內(nèi)部的整個(gè)結(jié)構(gòu)布局，其中涉及的建模細(xì)節(jié)會(huì)隨著采樣數(shù)據(jù)發(fā)生的變化而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以此確保管理人員做好工程施工各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)管理工作。在當(dāng)前建筑模型技術(shù)中，通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)建筑流程數(shù)字化表達(dá)目的。另外，將BIM技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，有助于企業(yè)更好地推動(dòng)施工現(xiàn)場(chǎng)智能化管理，充分發(fā)揮智能化數(shù)字建模在應(yīng)用中的作用。

3.2協(xié)調(diào)應(yīng)用

在智能工作區(qū)管理系統(tǒng)中實(shí)施信息模型技術(shù)有助于管理人員更好地協(xié)調(diào)各種采購(gòu)方面的工作，從而減少工作中的一些沖突并確保良好的整體施工環(huán)境。在智能位置管理系統(tǒng)中，工程師和技術(shù)人員可以使用自動(dòng)檢測(cè)功能和三維可視化功能來(lái)模擬設(shè)備的整個(gè)安裝過(guò)程，集成管路布局，然后檢測(cè)BIM技術(shù)對(duì)管道碰撞的影響，以避免管道碰撞您可以使用BIM技術(shù)來(lái)模擬實(shí)際的施工進(jìn)度，然后將整個(gè)情況作為一個(gè)整體進(jìn)行規(guī)劃，以幫助項(xiàng)目參與方管理和優(yōu)化可真正反映項(xiàng)目施工科學(xué)性質(zhì)的特定項(xiàng)目施工系統(tǒng)。

3.3施工質(zhì)量和成本管理應(yīng)用要點(diǎn)

眾所周知，建筑工程屬于大型項(xiàng)目，會(huì)涉及比較多的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，且相應(yīng)的質(zhì)量管理也具有一定的復(fù)雜性。通過(guò)了解，建筑質(zhì)量管理內(nèi)容主要集中在材料、設(shè)備等方面。在具體管理中，相關(guān)人員可利用BIM技術(shù)對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行整合，之后將其儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中。因BIM技術(shù)具有數(shù)據(jù)收集模擬系統(tǒng)功能，所以在應(yīng)用中能夠?qū)こ探ㄔO(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)中所涉及的相關(guān)信息進(jìn)行有效整合，如工程設(shè)計(jì)施工圖、建筑原材料、工程造價(jià)信息等，通過(guò)該系統(tǒng)的有效應(yīng)用，可有效完成造價(jià)信息實(shí)時(shí)變更，為管理人員提供準(zhǔn)確的成本管控信息，進(jìn)而幫助建筑企業(yè)不斷提高成本利用率。在進(jìn)行工程建設(shè)前期使用BIM技術(shù)進(jìn)行模型構(gòu)建，可對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，以此對(duì)人員作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行有效考核和評(píng)估。另外，對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行有效的質(zhì)量把控，能夠提高施工工藝流程的標(biāo)準(zhǔn)化。在具體應(yīng)用中，BIM技術(shù)需要利用相應(yīng)的軟件平臺(tái)建立具體且標(biāo)準(zhǔn)的施工技術(shù)流程模型。在此模型中，各個(gè)施工參與方必須要嚴(yán)格按照施工工序進(jìn)行作業(yè)，這樣能夠?qū)ㄖこ淌┕がF(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理工作起到一定的簡(jiǎn)化作用。

4、BIM融合信息技術(shù)在智慧工地中的應(yīng)用

4.1視頻監(jiān)控

（1）AI圖像分析系統(tǒng)。采用智能AI攝像機(jī)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及重點(diǎn)防治區(qū)域的人的不安全行為進(jìn)行監(jiān)控。采用AI圖像分析系統(tǒng)對(duì)所有進(jìn)場(chǎng)作業(yè)人員的行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤管理，發(fā)現(xiàn)不戴安全帽、違規(guī)翻越護(hù)欄、打架斗毆等行為時(shí)，立即抓拍，經(jīng)人臉識(shí)別后判斷責(zé)任歸屬，向責(zé)任人發(fā)出整改通知。監(jiān)測(cè)到人員倒地、奔跑等異常行為時(shí)，直接報(bào)警提醒管理人員到現(xiàn)場(chǎng)處理。（2）智能塔吊系統(tǒng)。智能塔吊系統(tǒng)安裝在施工現(xiàn)場(chǎng)的所有塔吊上，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)塔吊的不安全狀態(tài)。該系統(tǒng)的多種傳感器安裝在塔吊臂、塔身和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上，黑匣子位于遠(yuǎn)程服務(wù)器上，系統(tǒng)主要包括人臉識(shí)別考勤、無(wú)線通信模塊和可視系統(tǒng)。工程管理人員可通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)塔吊運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)違規(guī)操作，切實(shí)減少施工現(xiàn)場(chǎng)的塔吊事故。（3）水電節(jié)能無(wú)線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)辦公、生活、建筑等場(chǎng)所的水資源和電能利用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)資源監(jiān)測(cè)和移動(dòng)遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)將自動(dòng)化控制技術(shù)、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸技術(shù)、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)技術(shù)整合在一起，主要包括前端設(shè)備、無(wú)線設(shè)備、終端智能設(shè)備。采用無(wú)線通信技術(shù)，將傳感器采集的用水、用電數(shù)據(jù)上傳到“智慧工地”管理系統(tǒng)，建立水電節(jié)能臺(tái)賬，利用大數(shù)據(jù)分析用水、用電、安全隱患監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、超負(fù)荷用電、線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)、線路故障等數(shù)據(jù)報(bào)告，以及對(duì)臨時(shí)用水、消防用水等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便綠色施工監(jiān)管。

4.2工程量統(tǒng)計(jì)

在BIM模型的創(chuàng)建工作完成后，可對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，主要就各個(gè)施工點(diǎn)的鋼筋、混凝土等材料的用量進(jìn)行準(zhǔn)確分析。比如建筑企業(yè)在進(jìn)行某隧道工程施工中，利用Revit軟件建立模型，之后提取混凝土工程量的信息，而所獲取的信息應(yīng)與工程實(shí)際使用的混凝土用量差控制在一定范圍內(nèi)。為此，施工人員在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工程施工作業(yè)中，則可通過(guò)模型所分解出的信息，構(gòu)建具體的三維模型。

4.3場(chǎng)地智能化規(guī)劃，模擬施工

根據(jù)工作流程，技術(shù)人員必須先測(cè)量實(shí)際的工作區(qū)域，然后在系統(tǒng)中輸入資料，并使用資訊模型技術(shù)完成智慧設(shè)計(jì)。同時(shí)，還可以特別模擬不同的工作流程，以確保建筑材料運(yùn)輸路徑的合理性?；?D平臺(tái)，BIM技術(shù)用于構(gòu)建相應(yīng)的模型，并在集成了有關(guān)建筑項(xiàng)目的各種信息后創(chuàng)建項(xiàng)目軟件。管理人員可以充分、科學(xué)、合理地組織工程施工進(jìn)度計(jì)劃，創(chuàng)建三維模擬計(jì)算圖形，向特定施工項(xiàng)目的施工人員和管理人員展示相應(yīng)的施工方法，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員。

4.4智慧工地造價(jià)階段的應(yīng)用

報(bào)價(jià)階段：信息模型技術(shù)能夠很好地解決此問(wèn)題，創(chuàng)建高質(zhì)量、準(zhǔn)確的報(bào)價(jià)清單，并降低出錯(cuò)的可能性。投資階段：資訊模型技術(shù)可在本身的大量資料中全面分析各種資料，建立適當(dāng)?shù)?D數(shù)位建筑模型，并自動(dòng)計(jì)算適當(dāng)?shù)某杀炯敖ㄖ?。可以看到，信息模型技術(shù)在建設(shè)項(xiàng)目投資過(guò)程中的每個(gè)階段都具有重要的成本效益。設(shè)計(jì)階段：信息模型技術(shù)可以直接分析和集成整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。構(gòu)建階段：信息模型技術(shù)可有效地控制整個(gè)項(xiàng)目。借助適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，它可以加強(qiáng)對(duì)每個(gè)項(xiàng)目未解決問(wèn)題的管理并與員工進(jìn)行溝通，極大地減少錯(cuò)誤，并有助于提高整個(gè)項(xiàng)目的成本。

4.5智慧工地管理應(yīng)用

（1）施工過(guò)程仿真。運(yùn)用BIM3D虛擬可視化技術(shù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，建立基于4D信息模型的施工沖突分析與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工人員、材料、機(jī)械等進(jìn)場(chǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)控制，避免了返工、延誤進(jìn)度。施工進(jìn)度模擬直觀地表現(xiàn)了工程項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃，并與工程實(shí)際完成情況進(jìn)行了對(duì)比分析，明確了工程實(shí)際施工與進(jìn)度計(jì)劃的偏差，為施工計(jì)劃進(jìn)行合理的調(diào)整提供了可靠依據(jù)。（2）質(zhì)量管理。BIM具有數(shù)據(jù)集成、可視化、參數(shù)化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，可以有效減少重復(fù)工作，降低項(xiàng)目復(fù)雜度。通過(guò)BIM技術(shù)建立統(tǒng)一的工程數(shù)據(jù)源，有效保證了專(zhuān)業(yè)間的綜合協(xié)作，充分提高了信息的共享和重用，各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息可直接作為下一個(gè)環(huán)節(jié)的工作基礎(chǔ)，保證信息的準(zhǔn)確性和一致性，為溝通與協(xié)作提供了底層支持，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目各參與方之間的信息交流與共享。（3）安全管理。利用BIM技術(shù)可以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)安全檢查，制定安全施工計(jì)劃，以及在施工前對(duì)建筑物進(jìn)行消防安全疏散模擬。通過(guò)基于BIM技術(shù)的提前預(yù)判，減少工程安全隱患。

4.6材料的實(shí)時(shí)管控

在過(guò)去所應(yīng)用的工地管理模式中，部分施工企業(yè)都存在相同問(wèn)題，即材料與工程設(shè)備管控力度不夠高。一般情況下，先是由技術(shù)部門(mén)根據(jù)工程建設(shè)需求制定相應(yīng)的材料計(jì)劃，之后由采購(gòu)部門(mén)負(fù)責(zé)購(gòu)買(mǎi)，材料送達(dá)后采購(gòu)部門(mén)還要做好接收工作。但是在此環(huán)節(jié)中，容易出現(xiàn)材料送達(dá)不及時(shí)或材料未達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，企業(yè)可通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的引入，對(duì)施工材料進(jìn)行全過(guò)程的跟蹤管理和監(jiān)控，整個(gè)期間，可利用條形碼形式進(jìn)行電子識(shí)別，以此能夠保證對(duì)采購(gòu)材料、工程設(shè)施等進(jìn)行有效跟蹤。在該技術(shù)的幫助下，管理人員能夠更為全面的掌握各類(lèi)材料物質(zhì)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的情況。

4.7現(xiàn)場(chǎng)漫游檢查

所謂現(xiàn)場(chǎng)漫游檢查，主要是指整個(gè)建設(shè)工程管道布置完成后，對(duì)管道進(jìn)行一種模擬漫游檢查。主要目的是驗(yàn)證管道的具體布置是否科學(xué)合理。同時(shí)，在分析了管道的各種數(shù)據(jù)信息后，有必要分析建筑物的各種裝飾數(shù)據(jù)，然后比較數(shù)據(jù)，以避免數(shù)據(jù)沖突、對(duì)后期施工的影響、施工時(shí)間延遲甚至返工等。因此，有必要加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化存在的問(wèn)題，確保整體施工安全進(jìn)行，提高施工效率。

4.8智慧工地運(yùn)維階段的應(yīng)用

促進(jìn)BIM技術(shù)在智能施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)階段的應(yīng)用：（1）規(guī)劃單元應(yīng)將建設(shè)項(xiàng)目后續(xù)運(yùn)行維護(hù)管理思想納入建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃，全面分析存在的問(wèn)題，使運(yùn)行維護(hù)要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性具有意義。規(guī)劃BIM解決方案時(shí)，需要充分考慮這些影響操作和維護(hù)的因素。（2）運(yùn)行維護(hù)單位要求相關(guān)的運(yùn)行維護(hù)人員具備BIM模型的實(shí)用維護(hù)能力及隨后的管理水平。BIM模型可以完成整個(gè)項(xiàng)目的正常運(yùn)行和維護(hù)。BIM模型可幫助您快速識(shí)別錯(cuò)誤原因及相關(guān)的隱藏危險(xiǎn)。運(yùn)營(yíng)和維護(hù)人員還必須積極參與各種BIM模型的規(guī)范和參數(shù)維護(hù)，以便在以后的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)管理服務(wù)中做好工作。

5、BIM融合信息技術(shù)的發(fā)展

（1）加強(qiáng)BIM融合信息技術(shù)的實(shí)踐，不斷進(jìn)行探索與創(chuàng)新。大數(shù)據(jù)對(duì)施工生產(chǎn)方式、企業(yè)管理方式的轉(zhuǎn)變起著至關(guān)重要的作用，施工企業(yè)建立大數(shù)據(jù)體系并不斷升級(jí)優(yōu)化，融合人工智能算法及其他信息技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的挖掘分析及可視化，為領(lǐng)導(dǎo)者提供決策依據(jù)。企業(yè)應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況與研發(fā)單位合作，嘗試算法改進(jìn)，解決局部收斂問(wèn)題，加快收斂速度，實(shí)現(xiàn)工程資源的最優(yōu)調(diào)度等實(shí)際問(wèn)題。企業(yè)要看清未來(lái)發(fā)展形勢(shì)，逐漸應(yīng)用自動(dòng)化及機(jī)器人技術(shù)，解決施工中可替代的勞動(dòng)力問(wèn)題，為企業(yè)轉(zhuǎn)型做探索。（2）統(tǒng)一數(shù)據(jù)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)通信方式。工程數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)、不同格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一關(guān)系到數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用。采用先進(jìn)傳感設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備及5G技術(shù)可保證數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)姆€(wěn)定及精確，同時(shí)，智慧工地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)容量也可以逐漸采用5G支持的云存儲(chǔ)模式擴(kuò)充容量，以支持后續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，數(shù)據(jù)格式的匯入?yún)R出及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一可以以IFC標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一管理，在不斷的工程實(shí)踐中逐步建立相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換插件與接口，建立BIM融合信息技術(shù)交互的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在現(xiàn)階段工程建設(shè)中引入BIM技術(shù)，為企業(yè)保證工程建設(shè)穩(wěn)定性和提高管理能力方面發(fā)揮重要作用，而智慧工地也會(huì)逐漸成為未來(lái)我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢(shì)，由此可見(jiàn)，BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有重要意義，不僅可以幫助施工企業(yè)更好地掌握工程項(xiàng)目施工進(jìn)度和情況，還為管理者進(jìn)行管理決策提供重要的數(shù)據(jù)支撐，促使工程建設(shè)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

李爭(zhēng)（1978-），男，漢族，山東棗莊人，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)建造師，主要研究方向：建筑施工管理，建筑施工技術(shù)應(yīng)用等。