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智能建造已成為建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢和轉(zhuǎn)型升級的重要抓手。但是目前在推進(jìn)智能建造過程中仍存在不落地、不務(wù)實(shí)的情況。本文從智能建造是什么、為什么和做什么等方面對智能建造的內(nèi)涵、意義以及內(nèi)容進(jìn)行介紹，最后就如何務(wù)實(shí)推進(jìn)智能建造提出建議。
關(guān)鍵詞：
◉智能建造◉三維圖形系統(tǒng)◉EIM管控平臺◉建造機(jī)器人
智能建造是什么
建造是建設(shè)工程項(xiàng)目的“制造”全過程，是基于全壽命期考慮的工程立項(xiàng)策劃、設(shè)計(jì)和施工的總稱。工程建造與其他工業(yè)產(chǎn)品制造一樣，必須立足于產(chǎn)品的全生命期的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能和效益的最大化。
智能建造是面向工程產(chǎn)品全生命期，實(shí)現(xiàn)泛在感知條件下建造生產(chǎn)水平提升和現(xiàn)場作業(yè)賦能的高級階段；是工程立項(xiàng)策劃、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)與管理的信息感知、傳輸、積累和系統(tǒng)化過程，是構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的工程項(xiàng)目信息化管控平臺，在既定的時(shí)空范圍內(nèi)通過功能互補(bǔ)的機(jī)器人完成各種工藝操作，實(shí)現(xiàn)人工智能與建造要求深度融合的一種建造方式。
推進(jìn)智能建造應(yīng)該著重從3個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容著手：一是構(gòu)建工程建造信息模型（EngineeringInformationModeling，簡稱EIM）管控平臺，EIM管控平臺是針對工程項(xiàng)目建造的全過程、全參與方和全要素的系統(tǒng)化管控而開發(fā)的建造過程多源信息自動(dòng)化管控系統(tǒng)；二是數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)對工程項(xiàng)目的工程立項(xiàng)、設(shè)計(jì)與施工的策劃階段，進(jìn)行全專業(yè)、全過程、全系統(tǒng)協(xié)同策劃；三是機(jī)器人施工，在EIM管控平臺和建筑信息模型技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，機(jī)器人代替人完成工程量大、重復(fù)作業(yè)多、危險(xiǎn)環(huán)境、繁重體力消耗等情況下的施工作業(yè)。
支撐智能建造的基礎(chǔ)工作是三維圖形描述、圖形引擎和平臺的開發(fā)以及建筑的三維空間描述和真實(shí)感表達(dá)的系列軟件開發(fā)。智能建造應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)機(jī)器人代替人進(jìn)行現(xiàn)場施工，從而改善建筑業(yè)作業(yè)形態(tài)，逐漸實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場少人化，直至無人化施工。
智能建造為什么
改革開放以來，我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，取得了巨大成績。主要有以下幾個(gè)方面：一是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)作用更加突出，2020年建筑業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重為7.18%，帶動(dòng)上下游50多個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并提供了大量的就業(yè)崗位；二是為城鎮(zhèn)化建設(shè)和民生改善作出重要貢獻(xiàn)，2020年我國城鎮(zhèn)化率超過60%，2019年我國城鎮(zhèn)居民人均住房建筑面積為39.8平方米，比1978年提高了近5倍；三是我國建造水平不斷提升，全球前10位的超高層建筑我國占據(jù)7位，諸如國家體育場（鳥巢）、北京大興國際機(jī)場、G20杭州峰會(huì)主會(huì)場等一批公共建筑驚艷世界，我國在超深、超長、超高和超大跨等工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的建造能力持續(xù)提升，廣受世人贊譽(yù)；四是我國建筑業(yè)對外承包營業(yè)額穩(wěn)步增加，國際競爭力提高，2019年對外承包營業(yè)額與合同額分別比上年增長2.28%和7.63%，占全球250強(qiáng)總額度的24.4%；五是用信息技術(shù)改造建筑業(yè)方面成效顯著，現(xiàn)在建筑業(yè)對信息技術(shù)的依賴無處不在，很難想象如果沒有信息與建造技術(shù)的高度融合，類似“兩山”醫(yī)院這樣的工程項(xiàng)目怎么能夠如此高效完成，因此，信息技術(shù)促使建筑業(yè)的工作效率大幅提升。
然而，隨著我國經(jīng)濟(jì)由高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，建筑業(yè)逐漸進(jìn)入存量時(shí)代，發(fā)展面臨下列挑戰(zhàn)：一是傳統(tǒng)管理體制和建造模式相對落后，效率不高。二是勞動(dòng)密集、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高的情況沒有根本改變，產(chǎn)業(yè)用工成本高，就業(yè)吸引力弱，勞動(dòng)者老齡化嚴(yán)重。三是行業(yè)的信息化水平不高，智能建造推進(jìn)總體滯后。主要表現(xiàn)為簡單搬用外國技術(shù)，原創(chuàng)性技術(shù)不多，少有自主知識產(chǎn)權(quán)的文字和圖形處理的基礎(chǔ)性軟件系統(tǒng)；少有高效實(shí)用的人工智能工具和施工現(xiàn)場作業(yè)機(jī)器人；缺乏切實(shí)推動(dòng)工程項(xiàng)目智能建造有效實(shí)施的數(shù)字化管控平臺，促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的效果不明顯。
綜上，目前在推動(dòng)智能建造方面，除了建筑業(yè)的信息化水平有較大提升之外，我國已經(jīng)擁有世界最大的建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用的體量，在機(jī)器人的研制方面也已起步，但我們沒有自主知識產(chǎn)權(quán)的BIM基礎(chǔ)平臺和三維圖形系統(tǒng)及其引擎。建造信息技術(shù)的巨量投入被碎片化，少有在解決智能建造“卡脖子”技術(shù)方面的明顯突破，智能建造推進(jìn)面臨的挑戰(zhàn)非常嚴(yán)峻，應(yīng)該引起業(yè)內(nèi)的高度重視。
我國一直高度重視信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展間的融合。世界正在進(jìn)入以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期。我們要把握數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化融合發(fā)展的契機(jī)，以信息化、智能化為杠桿培育新動(dòng)能，帶動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
2011年、2015年、2016年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部先后發(fā)布了《2011~2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》和《2016~2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》等文件，要求建筑業(yè)企業(yè)對大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、3D打印以及智能化等技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。2020年7月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等多個(gè)部門頒發(fā)《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》，進(jìn)一步明確提出了智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的智能建造產(chǎn)業(yè)體系。推進(jìn)智能建造已經(jīng)成為國家推進(jìn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵舉措。
基于目前我國建筑業(yè)的現(xiàn)狀分析和政策導(dǎo)向，建筑業(yè)推進(jìn)智能建造已是大勢所趨，重點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：
一是建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展要求的驅(qū)使。建筑業(yè)要走高質(zhì)量發(fā)展之路，必須做到“四個(gè)轉(zhuǎn)變”：從“數(shù)量取勝”轉(zhuǎn)向“質(zhì)量取勝”；從“粗放式經(jīng)營”轉(zhuǎn)向“精細(xì)化管理”；從“經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)先”轉(zhuǎn)向“綠色發(fā)展優(yōu)先”；從“要素驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)向“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”。實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)變，智能建造是重要手段。
二是工程品質(zhì)提升的需要。進(jìn)入新時(shí)代，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的立足點(diǎn)和落腳點(diǎn)是最大限度滿足人民日益增長的美好生活需要，其中工程品質(zhì)提升是公眾的重要需求。工程品質(zhì)的“品”是人們對審美的需求；“質(zhì)”是工藝性、功能性以及環(huán)境性的大質(zhì)量要求。推進(jìn)智能建造是加速工程品質(zhì)提升的重要方法。
三是改變建筑業(yè)作業(yè)形態(tài)的有力抓手。建筑業(yè)屬于勞動(dòng)密集產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)場需要大量人工，如何堅(jiān)持“以人為本”的發(fā)展理念，改善作業(yè)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，盡可能多地利用建筑機(jī)器人取代人工作業(yè)，已經(jīng)成為建筑業(yè)尋求發(fā)展的共識。
四是提升工作效率，推動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然。目前建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率不高，主因是缺少建造全過程、全專業(yè)、全參與方和全要素協(xié)同實(shí)時(shí)管控的智能建造平臺的高效管控，缺少便捷、實(shí)用和高效作業(yè)的機(jī)器人施工。
五是實(shí)現(xiàn)“零距離”管控工程項(xiàng)目的利器。推進(jìn)智能建造充分發(fā)揮信息共享優(yōu)勢，借助于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等信息化手段，建造相關(guān)方可以便捷使用的工程項(xiàng)目建造管控平臺，實(shí)現(xiàn)零距離、全過程、實(shí)時(shí)性的管控工程項(xiàng)目。
“新基建”的提出，為加速推進(jìn)智能建造提供了難得機(jī)遇。“新基建”主要包括第五代移動(dòng)通信技術(shù)基站、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。“新基建”推動(dòng)了新興技術(shù)的信息基礎(chǔ)設(shè)施，新興技術(shù)與“舊基建”融合的基礎(chǔ)設(shè)施和支撐科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品研制的創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施3類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。新基建為加速推進(jìn)智能建造提供了更加完善的基礎(chǔ)設(shè)施條件，我們務(wù)必抓住機(jī)遇，努力進(jìn)取，加速推進(jìn)智能建造。
智能建造做什么
通過智能建造推進(jìn)，切實(shí)實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級和提質(zhì)增效，應(yīng)重點(diǎn)做好如下幾個(gè)方面的工作：
第一，創(chuàng)建利于工程項(xiàng)目推進(jìn)智能建造的體制機(jī)制。
進(jìn)一步明確政府、行業(yè)、企業(yè)在推進(jìn)智能建造過程中的作用和職責(zé)，快速形成協(xié)同推進(jìn)之大勢，對于促進(jìn)智能建造至關(guān)重要。
第二，推進(jìn)智能建造，科技研發(fā)工作必須先行。
智能建造是傳統(tǒng)建造技術(shù)與現(xiàn)代化技術(shù)高度融合的建造方法，其綜合性和創(chuàng)新性極強(qiáng)，不能一蹴而就，必須科研工作先行，持續(xù)加大科研投入，持續(xù)進(jìn)行科技攻關(guān)，方能取得實(shí)質(zhì)性效果。
第三，加快創(chuàng)建EIM管控平臺。
工程項(xiàng)目的系統(tǒng)化管控是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基本要求，創(chuàng)建EIM管控平臺，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的系統(tǒng)化管控，對于提升建筑業(yè)管理水平具有舉足輕重的作用，應(yīng)列入智能建造推進(jìn)工作的優(yōu)先選項(xiàng)。
第四，加速建造機(jī)器人研制。
建立工程總承包企業(yè)主導(dǎo)，電子、機(jī)械、信息與控制等多專業(yè)參與的科技攻關(guān)體系，組織多專業(yè)進(jìn)行建造機(jī)器人研制的聯(lián)合攻關(guān)，加速施工作業(yè)機(jī)器人推廣使用。
第五，構(gòu)建面向項(xiàng)目層、企業(yè)層、集團(tuán)層的PRP-ERP-GRP管理系統(tǒng)。
智能建造應(yīng)針對工程項(xiàng)目建造的不同角色，構(gòu)建政府、業(yè)主、設(shè)計(jì)、總承包和專業(yè)分包等相關(guān)方共享共用的工程項(xiàng)目智能建造的管控平臺；在集團(tuán)、企業(yè)和項(xiàng)目3個(gè)層面體現(xiàn)權(quán)責(zé)分工，聚焦項(xiàng)目策劃能力、資源整合能力和過程管控能力提升，進(jìn)行流程優(yōu)化和固化，形成圍繞工程項(xiàng)目不同管控主體的PRP-ERP-GRP系統(tǒng)，賦能提質(zhì)增效。
第六，加速專業(yè)協(xié)同化設(shè)計(jì)平臺構(gòu)建。
構(gòu)建建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、機(jī)電、裝飾等多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的數(shù)字化平臺，打破各專業(yè)設(shè)計(jì)分離的現(xiàn)狀，從整體層面設(shè)計(jì)工程產(chǎn)品，達(dá)到整體工程質(zhì)量最優(yōu)。
第七，研發(fā)“工程建造+”，將新型技術(shù)融入傳統(tǒng)建造技術(shù)。
智能建造推進(jìn)更應(yīng)關(guān)注針對施工過程的工藝、工序特點(diǎn)，環(huán)境感知要求，融合“大智云物移”等現(xiàn)代化信息技術(shù)，形成“質(zhì)量安全+”“幕墻工程+”“鋼筋工程+”等融合技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)施工的高效化、工藝的精細(xì)化和工程的品質(zhì)化。
第八，重視開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)底層支撐系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和辦公系統(tǒng)。
目前普遍使用的計(jì)算機(jī)三維圖形及其BIM系統(tǒng)、底層操作系統(tǒng)windows以及辦公系統(tǒng)office大多源自境外，開發(fā)自主可控的支撐智能建造的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，對于提升核心技術(shù)能力至關(guān)重要。
綜上，智能建造是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)以提質(zhì)增效為目標(biāo)，不作秀，不浮躁，全面部署，扎實(shí)推進(jìn)，方可取得實(shí)效。
務(wù)實(shí)推進(jìn)智能建造
智能建造在我國起步較晚，但是目前已具備良好基礎(chǔ)，應(yīng)借助我國大市場的優(yōu)勢，停止作秀，扎實(shí)推進(jìn)，務(wù)求實(shí)效，改變目前智能建造技術(shù)和管理碎片化的開發(fā)狀態(tài)。
第一，加快工程項(xiàng)目管理體制機(jī)制的變革，加速推進(jìn)工程項(xiàng)目總承包模式。
推進(jìn)智能建造需要工程項(xiàng)目立項(xiàng)策劃、設(shè)計(jì)、施工的建造全過程協(xié)同進(jìn)行，呼喚“工程總承包+全過程工程設(shè)計(jì)咨詢服務(wù)”的工程項(xiàng)目管理體制機(jī)制的加速推進(jìn)。
工程總承包企業(yè)應(yīng)承擔(dān)“工程總承包負(fù)總責(zé)”的責(zé)任，管理觸角向前后延伸；以注冊建筑師為主導(dǎo)的工程設(shè)計(jì)咨詢應(yīng)對建筑全生命期的運(yùn)行質(zhì)量、環(huán)境適宜性和功能性等承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。
數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)是智能建造的基礎(chǔ)，務(wù)必全力推進(jìn)。
建立“大設(shè)計(jì)”理念是智能建造推進(jìn)的充分和必要條件，著力推進(jìn)土建與機(jī)電設(shè)備的施工圖與專項(xiàng)施工圖設(shè)計(jì)及其深化設(shè)計(jì)、工程組織設(shè)計(jì)、工程施工組織設(shè)計(jì)、工程施工方案設(shè)計(jì)的“工程項(xiàng)目四個(gè)同步設(shè)計(jì)”。
第二，智能建造應(yīng)做好頂層設(shè)計(jì)。
推進(jìn)智能建造應(yīng)做好頂層設(shè)計(jì)，整體規(guī)劃，分步實(shí)施。
一是研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三維圖形系統(tǒng)；二是研發(fā)BIM；三是構(gòu)建基于BIM的EIM管控平臺；四是研制人工智能設(shè)施，如智能監(jiān)測設(shè)施、功能各異的機(jī)器人設(shè)施等。
城市建設(shè)信息管控平臺（CIM）應(yīng)在城市規(guī)劃的基礎(chǔ)上，集成區(qū)域內(nèi)的建筑、市政、鐵路、公路、橋梁、水利等各類工程的EIM管控平臺信息。通過EIM管控平臺信息合成、累積和過濾而形成。即智能建造是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)以行業(yè)“提質(zhì)增效”為導(dǎo)向，整體規(guī)劃，分步實(shí)施，秉承“不求一次成優(yōu)，但求取得實(shí)效”的持續(xù)改進(jìn)思路，為切實(shí)提高行業(yè)發(fā)展質(zhì)量作出貢獻(xiàn)。
第三，基于工程建造的復(fù)雜性，應(yīng)在工程建造服務(wù)、管理、場景和流程再造、創(chuàng)新和固化研究的基礎(chǔ)上，會(huì)同軟件開發(fā)商“化整為零”開發(fā)若干子系統(tǒng)，在推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)上持續(xù)改進(jìn)，進(jìn)而針對不同需求進(jìn)行相應(yīng)子系統(tǒng)組合，實(shí)現(xiàn)若干子系統(tǒng)的集成“積零為整”，逐漸形成適于工程項(xiàng)目多方協(xié)同的系統(tǒng)化管控平臺，實(shí)現(xiàn)對工程項(xiàng)目實(shí)施的全過程、全要素和全參與方管控，最終創(chuàng)建具有我國原創(chuàng)血統(tǒng)的工程項(xiàng)目建造的信息流、物資流、資金流實(shí)時(shí)管控和運(yùn)行的系統(tǒng)化工作平臺——EIM管控平臺。
第四，創(chuàng)新開發(fā)思路，創(chuàng)建我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的圖形系統(tǒng)。
現(xiàn)行BIM三維圖形輸入的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，與我國技術(shù)人員熟悉的輸入方法不相吻合，普及性差。應(yīng)該凝聚優(yōu)勢資源，創(chuàng)新開發(fā)思路，在我國技術(shù)人員熟悉的平面設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上開發(fā)系統(tǒng)的內(nèi)設(shè)轉(zhuǎn)換軟件，自動(dòng)生成三維空間圖形，進(jìn)行真實(shí)感表現(xiàn)，攻克“卡脖子”的三維圖形系統(tǒng)的技術(shù)難關(guān)，研究形成我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三維圖形引擎、平臺和符合中國建造需求的BIM系統(tǒng)。
第五，加速研制和推廣應(yīng)用人工智能設(shè)施，如智能監(jiān)測設(shè)施、功能各異的機(jī)器人設(shè)施等，特別應(yīng)圍繞工程建造的點(diǎn)多、面廣、量大和勞動(dòng)強(qiáng)度高、作業(yè)條件差的工藝工序，構(gòu)建EIM管控平臺與工藝技術(shù)聯(lián)動(dòng)聯(lián)控的機(jī)器人作業(yè)環(huán)境，進(jìn)行機(jī)器人研制。
智能建造是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)械電子技術(shù)、建造技術(shù)與管理科學(xué)的交叉融合，促使建造及施工過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、機(jī)器人主導(dǎo)或輔助施工的工程建造方式，是加快建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)現(xiàn)代化的主導(dǎo)途徑。
智能建造以工程全生命期綜合效益最大化為目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注管理流程再造，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)建造過程的質(zhì)量安全保障和資源系統(tǒng)管控、數(shù)字化設(shè)計(jì)和機(jī)器人作業(yè)的協(xié)同建造方式。讓我們攜手并進(jìn)，秉承原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的方法，注重實(shí)效，不懈探索，辛勤耕耘，扎實(shí)推進(jìn)智能建造。
作者系中國工程院院士
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