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摘 要：工程建设行业是国民经济的支柱产业，为国民经济的发展作出了重要贡献。但是，一方面我国正在进行着前所未有的工程建设，旺盛的需求势头仍然在持续；另一方面行业面临环境污染、用工荒、行业科技含量低等方面的问题。近日，住房和城乡建设部等13部门联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，就未来推进建筑工业化、数字化、智能化升级，加快建造方式转变，打造“中国建造”升级版作出部署。《指导意见》指出，要以大力发展建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，创新突破相关核心技术，加大智能建造在工程建设各环节应用，形成全产业链融合一体的智能建造产业体系。如何正确理解智能建造和建筑工业化，建筑工业化、数字化、智能化如何协同发展，有哪些痛点待解，本文针对上述问题提出分析与思考，供同行借鉴和参考。那么，针对智能建造与建筑工业化协同发展，最需要的科学技术是什么？应该如何进行科技创新才能使科学技术真正地起到保障作用？笔者在这里分享几点不成熟的看法。
关键词：智能建造；建筑工业化；发展
引言：互联网、物联网、大数据和人工智能等在深刻改变人们生活、生产方式及社会组织形态的同时，也给我国的工业体系带来了巨大改变。近年来，德国提出工业4.0，美国提出工业互联网，我国制定了《中国制造2025》规划，力求通过新型工业化促进数字经济和实体经济相结合，提升我国的综合实力。作为我国工业化的一个重要优势领域，“中国建造”也随之日益得到重视。国家为此提出了发展装配式建筑的构想，但一直没有从整个建造生产体系构建出一套完整的转型路线。如何积极借鉴智能制造的经验，按照“两化深度融合”的思路，基于BIM大数据、人工智能等先进技术，全面提升我国的建造水平，成为实现智能建造与建筑工业化协同发展的必然选择。
1 智能建造概述
“智能建造”(IntelligentConstruction或SmartConstruction)一词的产生得益于数字化和智能化技术的发展,由“数字建造”(DigitalConstruction)衍化而来,可以认为是数字建造的高级阶段。但无论是学术界还是行业内,都尚未对智能建造形成统一的定义和内涵界定。结合自己的科研认知与工程实践,笔者认为智能建造应考虑先进信息技术与建造环节的高度融合,实现建造过程的高弹性、高效率、高质量以及安全与环境友好。特别是弹性,它是一个系统智能化的重要体现。例如,在服装制造业,一个传统生产线可能只生产一类服装,而一个智能化生产线可根据不同需求生产不同类型的服装,这就是所谓的“弹性”。当然,弹性不仅体现在应对内部需求变化的能力,还体现在应对外界环境变化的能力。由此,笔者凝练出了智能建造的定义。狭义上而言,智能建造是以BIM、物联网、人工智能、云计算、大数据等技术为基础,可以实时自适应于变化需求的高度集成与协同的建造系统。可以看出,智能建造不是一个面向单一生产环节的技术,而是一个高度集成多个环节的建造系统,即融合了设计、生产、物流和施工等关键环节。在这个建造系统内,各个环节可以实现信息高度共享和业务相互协同,从而可以对各环节的变化需求(如设计变更、供应变化)快速响应,即实现建造过程的弹性和效率。而先进信息技术是智能建造的基础,其快速发展为智能建造实施提供了必要条件。BIM技术为智能建造提供了产品相关基础信息创造、集成、管理与服务的底层支撑;物联网技术为生产、物流与施工过程中的信息实时获取与传输提供了基础支持;人工智能则为智能建造各环节的智能分析与操作提供了有力保障。基于智能建造的定义,智能建造系统由智能设计、智能生产、智能物流和智能施工组成。设计作为生产、物流和施工的源头,其不仅要考虑建造产品的功能需求,还应考虑智能生产、智能物流和智能施工有效实施的需求,即面向生产、物流、施工智能化的设计。智能设计就是要实现设计方式与流程的智能化,既可以有效评估设计的功能性以及设计对智能生产和智能施工的支撑性,又可以对设计变更、供应变化、工厂或工地环境变化做出快速响应。智能生产和智能施工,不是将传统的生产和施工环节简单地自动化、智能化,而是实现面向自动化和智能化的生产方式与工艺流程,并适应于设计变更、供应变化、现场环境变化等。这既需要对传统生产方式与工艺流程进行变革,又需要对建造产品设计构造与设计方式进行变革。而智能物流则是根据生产和施工的需要,实现原材料或构配件的智能采购和配送,同样可对设计、生产和施工中的变化做出快速响应。可见,通过这些环节的有机融合,有利于实现建造过程的弹性。
2智能建造的特征
智能建造是互联智能建造的核心是联接，要把施工现场、工程机械设备、生产线、构件工厂、供应商、建筑产品、客户紧密地联接在一起。智能建造适应了万物互联的发展趋势，将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统（CPS）形成一个智能网络，使得产品与施工场地、工程设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联，使得工作部件、系统以及人类能够通过网络持续地保持数字信息的交流。其主要包括虚拟和现实的互联，施工现场、生产设备的互联，设备和建筑构件的互联等。智能建造是数据随着工程互联网和智慧工地的推广、智能装备和终端的普及以及各种各样传感器的使用，将会带来无所不在的感知和无所不在的联接。所有的工程机械装备、人、物料感知设备、联网终端，包括建造者本身都在源源不断地产生数据。这些数据将会渗透到建筑施工项目管理、企业运营、价值链乃至建筑工程的整个生命周期，在智能建造的背景下将呈现爆炸式增长态势。项目管理、施工现场、数字工厂的数据、建筑构件的数据、建造过程产生的数据，都将对企业的运营、价值链的优化和产品全生命周期的优化起到重要支撑作用。智能建造是逻辑“逻辑-设计-建造”的古老建筑学逻辑，将被重新阐释为“算法-形式-建构”的逻辑（观点来源：袁烽《城市建筑》）。近年来，随着BIM标准化建设、PC预制工厂的发展，智能建造也逐渐从前沿的研究课题走向实际的建造工程。但作为一个完整的设计及建造系统，智能建造在如今的工程应用中还只是“凤毛麟角”，需要更多专业人士投入来推动其发展。诚然，智能建造并不是“万灵药”，传统建造方式的经验和技术积累远超智能建造，如今的数字建造可能需要通过特殊的复杂造型才能体现其精确性、优越性，但随着技术的发展、算法的进步，智能建造将来也许会变得廉价、便捷，或是社会需要模块化的生产，到那时我们如今的尝试将会变得更加有意义。智能建造是集成基于“BIM+大数据+云计算”，更多的智能化设备、传感设备、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施，将形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与建筑、建筑构件之间以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。智能建造是创新施工发展的过程实际上也是中国建造创新发展的过程，包括技术、工法、建筑产品、模式、业态、组织等方面的创新将会层出不穷。尤其是建造过程中数字模拟技术拓展了人类的想像力空间，再加上新型科技材料、机器人精确加工、3D打印技术的应用，将会生产出一些更加绚丽的新工艺、新产品。
3智能建造的发展浅析
3.1加强基础技术与平台研发
近年来,BIM、物联网、人工智能、云计算、大数据等技术的快速发展及其在建筑业的推广应用,为智能建造实施奠定了良好基础。然而,相关技术的集成度和平台的支撑度还远远无法满足智能建造系统的需要。特别是仍缺少具有自主知识产权的智能设计平台、成熟的行业互联网平台以及智能生产和施工装备与平台。因此,需要加强产学研用,研发适用的智能建造基础技术与平台,支撑智能设计、智能生产、智能物流和智能施工的有效实施。
3.2发展智能化系统应该坚持硬件和软件并重、技术和管理并重，以及既有系统和智能化系统融合
智能化系统中的硬件需要各种硬件设备来支撑，包括计算机、三维激光扫描仪、测量机器人、无人挖土机、无人机等，以及与这些设备配套使用的软件以及其他软件。硬件是可以看得见、摸得着的，但是没有软件驱动，就不可能充分发挥其作用，甚至无法运行。特别是有的工作，例如设计工作和管理工作，离开软件系统则不可能实现智能化。所以，在推动智能建造和建筑工业化协同发展过程中，同样应该克服“重硬件、轻软件”的倾向。智能化系统中的技术系统主要是指开展技术工作所应用的智能化系统，例如，各种设计智能化系统、施工方案智能化展示系统等，其主要起赋能作用。管理系统是指开展管理工作所应用的系统，例如，项目管理系统、企业管理系统等，主要用于提高管理水平的作用。显然，二者都十分重要，不可偏废。随着对信息化工作的重视，目前相当多企业已经建立了各种信息化系统。有的企业通过对信息化系统进行升级，实现了数字化转型。智能化系统的开发应用并不意味着抛弃既有的系统，而应该与既有的系统实现有机融合。一方面，可能需要导入一些智能化系统，取代部分既有系统，实现系统的性能提升；另一方面，导入的智能化系统形成一个新的存在，可与既有系统融合，共同发挥作用。例如，如果在设计院导入设计BIM模型合规性检查智能化系统，它的作用只是取代或辅助设计人员对设计BIM模型进行检查，原先在设计中使用的BIM建模系统仍然有存在的必要。再如，如果在施工项目中导入一个使用机器人系统，用于现浇楼面混凝土的抹平，它仍然需要利用项目管理系统开展安排计划、检查质量等工作。
3.3协同建造工业化与智能化
建造工业化为建造智能化提供了便利条件。特别是预制构件(如混凝土构件、钢构件)的大量推广应用,突显了制造业的特点和优势,使得各个建造环节更易于融合,可有力推动智能建造的发展。而数字化、智能化技术在建筑业的深度应用,又为预制构件的设计、生产、运输、装配等环节的有效融合提供了可能性。因此,协同推进建造工业化与智能化,将加快智能建造的发展进程,更有利于建筑业的转型升级。
3.4传统湿作业模式与智能建造协同发展
长期以来，传统的湿作业模式的“高度离散化”，如何把建筑业这种“散乱”的结构进行有效系统整合，促进产业链的协同和管理模式的创新，一直是困扰行业发展的难题之一。但是，随着云计算、大数据的发展，并结合BIM技术，这一切开始有了新的曙光。数字技术将为其带来三个“转化”：一是作业数字化。过去工地一线的作业内容是记在小本上或者脑子里，这就导致从任务分配到任务跟踪，再到任务结束的整个过程中信息不连贯，并经常出现扯皮推诿的现象。利用数字化技术，能够实现信息实时传递与留存，在保证工作结果有据可依的同时，还能收集到工地现场的所有数据，使管理更加立体，全面实时感知；二是管理系统化。智慧工地平台全面接入施工现场的塔吊、施工电梯、高支模、深基坑、环境监测、杂技等多种设备信息，并将作业在线数据按照不同的管理维度（如进度管理、安全管理、质量管理）抽提给项目部的各级管理层，实现统一数据标准，达成业务动态协同；三是决策智慧化。BIM+智慧工地平台使先进技术真正应用到项目管理，覆盖质量安全巡检、生产任务排分、安全教育、技术交底、物料验收等各种场景。一旦有了业务应用的场景，即可产生海量数据，平台支持数据仓库的建立，有利于数据的存储、清洗、分析。筛选出有效数据后供项目负责人制定战略规划，合理高效决策并及时预警风险。
3.5不仅应该加强单项系统的研发，也应该重视系统之间的集成
试想，如果一个项目上使用了40种不同的机器人，每一种机器人都需要有人操作，使用前需要人工输入大量的数据作为已知条件，这样的应用场景能够满足实际要求吗？如果在多年前，这也许是可以接受的，但现在显然无法接受，因为技术已经发展了。制造业的智能化步伐比建筑业要快很多，据有关资料，我国是工业机器人应用第一大国，但在建筑业的机器人应用方面还是凤毛麟角。为此，建筑业可以学习制造业这一方面的经验。但是，行业差距阻碍了这一点，因为建筑业不像制造业有固定的生产车间和稳定的工作环境，产品也不是批量生产的。另外，军事上的数据链技术也值得我们借鉴。通过这一技术，参与作战的己方飞机、舰船之间通过数据网络，共享己方信息、战场动态信息以及己方各种资源，更加有效地进行协同作战。建筑业的情形与军事上的情形十分相像。如果我们同时使用多个智能化系统，也应该将它们集成起来，使它们能够共享信息、协同作战。对于信息系统，这样做可以避免信息孤岛；对于智能化系统，可以使多个系统高效地协同工作。一般来讲，信息化可以分为自动化、数字化和智能化三个阶段。实际上，实现数据共享是数字化阶段需要完成的任务。从这个意义上讲，在智能化阶段，往往需要补上数字化阶段的课程。智能化系统的集成需要基于数据库和数据标准。通过数据库，实现信息一次录入、处处使用，避免重复录入；同时，进入数据库的所有数据需要符合一定的数据标准，所有从数据库读写数据的智能化系统需要支持相同的数据标准。如果能够做到这一点，即使在一个项目上使用大量的机器人，每个机器人也可以自动从数据库获得所需的数据，并自主地开展工作，而不需要人的大量介入。同时，每个机器人由于都在一个数据环境中，也可以自组织的方式协同工作。
3.6 加快人才培养与标准建设
智能建造的有效实施和落地,离不开复合型人才的培养和系列标准的制定,而这些目前都是非常欠缺的。对于人才培养,一方面要培养智能建造方案和平台研发人才,另一方面要培养智能建造系统落地应用人才。但无论是哪类人才,都应具有工程建设知识和信息技术知识。特别是应用人才,掌握一定的信息技术知识是非常必要的、关键的。对于标准制定,要结合智能建造的发展进程,制定智能建造标准体系,例如数据标准,技术、装备、平台标准,应用、评价标准等。
结束语
综上所述，智能建造作为建筑业的发展方向和新的引擎,将有利于推进建筑业的改造升级和高质量发展。而清晰理解智能建造的内涵,系统梳理智能建造的重点工作,将有利于推进智能建造的成功实施。《意见》的发布,无疑给智能建造指明了发展方向、确立了发展路径、提供了发展契机。相信随着智能建造的持续推进,建筑业一定能够成功转型,实现弹性建造、高效建造、高质量建造、安全建造和绿色建造的目标。
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