行業資訊 | “數字化”“智慧化”——建筑產業轉型升級的核心引擎
廣東建筑工業化展 2019-11-13 3393
編者按：數字技術驅動的新浪潮之下，建筑的“數字化”“智慧化”成為了建筑產業轉型升級的核心引擎，驅動著建筑產業的變革與創新發展。日前，中國建設報邀請中國工程院院士丁烈云，清華大學建筑學院教授徐衛國，上海建工集團技術總監、上海建工四建集團總工程師張銘，南通三建控股集團董事局主席黃裕輝，共同分享相關經驗與智慧。為了讓行業汲取相關經驗和智慧，本行業平臺特予以轉載。
丁烈云 中國工程院院士
建筑業是我國國民經濟的支柱產業和重要引擎。但是，當前建筑業的發展水平，還無法滿足我國國民經濟與社會高質量發展戰略需求。新一輪科技革命，為產業變革與升級提供了歷史性機遇。全球主要工業化國家均因地制宜地制定了以智能制造為核心的制造業變革戰略，我國建筑業也迫切需要制定工業化與信息化相融合的智能建造發展戰略，徹底改變碎片化、粗放式的工程建造模式。所謂智能建造，是新一代信息技術與工程建造融合形成的工程建造創新模式：即利用以“三化”（數字化、網絡化和智能化）和“三算”（算據、算力、算法）為特征的新一代信息技術，在實現工程建造要素資源數字化的基礎上，通過規范化建模、網絡化交互、可視化認知、高性能計算以及智能化決策支持，實現數字鏈驅動下的工程立項策劃、規劃設計、施（加）工生產、運維服務一體化集成與高效率協同，不斷拓展工程建造價值鏈、改造產業結構形態，向用戶交付以人為本、綠色可持續的智能化工程產品與服務。智能建造不僅僅是工程建造技術的變革創新，更將從產品形態、建造方式、經營理念、市場形態以及行業管理等方面重塑建筑業。產品形態：從實物產品到“實物+數字”產品。智能建造所交付的工程產品，不僅局限于實物工程產品，還伴隨著一種新的產品形態——數字化（智能化）工程產品。借助“數字孿生”技術，實物產品與數字產品有機融合，形成“實物+數字”復合產品形態，通過與人、環境之間動態交互與自適應調整，實現以人為本、綠色可持續的目標。生產方式：從工程施工到“制造-建造”。實現規模化生產與滿足個性化需求相統一的大規模定制，是人類生產方式進化的方向。如果說智能制造是致力于推動制造業從規模化生產向大規模定制方向發展，那么智能建造則強調在發揮工程建造個性化生產優勢的基礎上，充分汲取制造業大規模生產的理論技術成果，推行“制造-建造”生產方式，走出一條與智能制造路徑不同、卻又殊途同歸的創新之路。經營理念：從產品建造到服務建造。在經濟服務化轉型的大背景下，智能建造提供的集成與協同機制，一方面使得真正以用戶個性化服務需求為驅動的工程建造成為可能，另一方面也會使得更多的技術、知識性服務價值鏈融合到工程建造過程中；技術、知識型服務將在工程建造活動中發揮越來越重要的價值，進而形成工程建造服務網絡，推動工程建造向服務化方向轉型。市場形態：從產品交易到平臺經濟。當前，平臺經濟模式正在席卷全球。智能建造將不斷拓展、豐富工程建造價值鏈，越來越多的工程建造參與主體將通過信息網絡連接起來，在以“邁特卡夫定律”為特征的網絡效應驅使下，工程建造價值鏈將得以不斷重構、優化，催生出工程建造平臺經濟形態，大幅降低市場交易成本，改變工程建造市場資源配置方式，豐富工程建造的產業生態，實現工程建造的持續增值。行業管理：從行政監督到數字化治理。加快推進社會治理現代化，是實現“兩個一百年”奮斗目標和中華民族偉大復興中國夢的戰略考量。智能建造將以開放的工程大數據平臺為核心，推動工程行業管理理念從“單向監管”向“共生治理”轉變，管理體系從“封閉碎片化”向“開放整體性”發展，管理機制從“事件驅動”向“主動服務”升級，治理能力從以“經驗決策”為主向以“數據驅動”為主提升。大力發展智能建造，推動建筑產業變革，是一個復雜而艱巨的歷史性征程，當前還面臨著諸多的認知誤區和實踐挑戰，需要“政、產、學、研”各界人士不斷解放思想、提升認知、群策群力、協同攻關、積極實踐，才能持續推動我國工程建造高質量發展，不斷向全球工程建造強國邁進
徐衛國 清華大學建筑學院教授
當前建筑工業存在著一些問題，如從設計到施工各環節之間銜接不當而造成浪費；施工工地的環境污染；由于誤差或施工質量問題造成能源的浪費；勞動力成本的快速上升導致人工勞動密集型的建筑構件加工及施工成本越來越高。種種問題迫使建筑工業進行升級改造。建筑工業的升級方向何在？其實，建筑工業的發展同時面臨機遇，被稱作工業4.0 的智能制造正在蓬勃興起，這就意味著“數字建造”、進而“智能建造”成為必然。
智能建造作為經濟及社會發展戰略，在多種行業已經有了長足的推進，建筑行業也開始探索智能建造：如使用工業機器臂進行建筑構件加工及建筑現場施工。包括機器臂切削各種材料成型、機器臂疊層或空間打印構件、機器臂熱線切割泡沫作為模具、機器臂多臂協同編織物件。在施工現場，機械臂自動砌筑墻體、機械臂綁扎鋼筋、機械臂焊接作業、機械臂噴抹工作等等，這些自動或智能加工和建造項目可以提升建筑質量，可以大大節省加工及建造過程中人力成本的付出，可以提高復雜形體加工的精度和效率。更重要的是智能建造可以把工人從繁重的體力勞動中解放出來，進一步實現社會的平等與公平。
清華大學（建筑學院）-中南置地數字建筑中心研發的“機器臂自動砌筑系統”與國際國內現有砌磚系統不同，首次把機器臂自動砌磚與砂漿打印結合在一起，形成全自動砌磚及3D打印砂漿一體化智能建造系統；并在世界上首次把“自動砌筑系統”運用于實際施工現場，建成一座“磚藝迷宮花園”。在迷宮花園的設計及砌筑打印過程中，首先在犀牛軟件里生成曲面墻體并布置磚塊，接著設計出機械臂運動軌跡，并使用KUKA|PRC語言將其導出為機械臂可識別的程序語句；機械臂的動作包括用真空吸盤取磚、在指定位置放磚、翻轉機械臂前端、根據磚塊排布在磚面上打印砂漿等幾個操作，運動軌跡命令中整合了機械臂對氣泵等外部設備發出的控制指令，并經過避障設計；在程序中模擬后，由PRC導出程序用于機械臂執行，從而實現從數字模型到實際建造物的精確轉化；這一自動砌筑系統的實際工作過程只需兩人進行操作，一人控制鍵盤及程序輸入，另一人準備磚塊及砂漿材料，可大大減少人工的投入。
西班牙建筑師高迪在18世紀開始巴塞羅那圣家族教堂的設計施工時，一直通過繪制圖紙并配合手工制作石膏模型來推敲方案并指導建設，前后共40余年，只建成了一個耳堂和四個塔樓之一，相當于整個工程量的五分之一。20世紀70年代末開始，圣家族教堂的建設運用了數字技術，將數字測量、數字建模、傳統工藝與機器臂數字建造技術相結合，大大加快了建設進度。在構件設計、加工、建造過程中，先用3D打印構件的小比例石膏模型作為參考，經設計師確認打印出的參考模型無誤后，再將構件模型設計文件輸入到數控設備系統中，然后操縱機械臂對復雜的石材構件進行切割或雕刻加工，該建筑的大部分石材構件都是在工廠通過數控機器臂進行加工完成。
隨著建筑相關行業及相關學科如智能制造、材料科學、環境技術的迅速發展，特別是目前大數據、云計算、人工智能、互動技術、虛擬及增強現實技術的不斷開發，數字建造又無時不在尋求與這些新興的科學與技術相結合，引領著建筑行業向著新的方向拓展，從而形成新的數字建造產業網鏈。在這一產業網鏈中，房屋建筑的全過程及各專業將充分利用數字技術實現建造目標。房屋建筑的全過程包括設計階段、構件加工階段、施工階段、全壽命周期的物業管理階段等；房屋建筑的各專業包括建筑設計專業、結構設計專業、水暖電設計專業、施工組織管理專業等，以及相關行業如材料及配送、構件加工、施工機械、物業管理等。數字建造產業網鏈的特點在于“全過程”自始至終，以及“各專業”相互之間具有連續且共享的數字流，它從建筑方案設計開始，是經過后續階段及各專業不斷添加、修改、反饋、優化的建筑信息；以此數字流為依據，房屋建筑的物質性建造依靠互聯網及物聯網、CNC（計算機數字控制機床）數控設備、3D打印等智能機械，實現高精度、高效率、環保性的房屋建造與運維服務。
張銘 上海建工集團技術總監、上海建工四建集團總工程師
上海建工的數字化建造技術最初是從利用BIM（建筑信息模型）技術進行深化設計、管線綜合開始的，現在這項技術已得到普遍應用，在上海迪士尼樂園等工程中成功解決了復雜造型、復雜節點深化設計的難題。同時VR技術開始被嘗試應用于裝飾效果的輔助展示，提供了身臨其境的“實景”展示效果。
數字化建造技術與工業化建造技術的融合，為上海第一條全預制城市高架——嘉閔高架以及后續一大批工業化建筑和市政項目的建設提供了技術支撐。在嘉閔高架建設中，借助物聯網，上海建工成功實現了鋼筋的數字化、自動化加工；通過自主研發的“基于BIM的城市高架智慧建造平臺”，實現了預制構件加工、運輸、現場安裝全過程的智慧管理。
數字化建造技術與現代測繪技術的融合，使得三維掃描、攝影測量、無人機航拍等多源數據建模技術，成功解決了上海迪斯尼樂園、上海玉佛寺改建、廣州泰和醫院質子治療區等項目的復雜建筑建模、現場實景測量、高精度管線定位復核等難題。
數字化建造技術與實時監控技術的融合，在玉佛寺大雄寶殿整體平移和南京金鷹天地廣場項目三塔連廊200米高空整體提升等動態高風險項目施工中提供了實時的安全保障。
數字化建造技術同樣為上海建工的管理創新提供了支撐。上海建工自主研發了基于BIM的智慧建造平臺，并依托上海軌交網絡控制中心、程十發美術館等一批項目開展了示范應用，為智慧工地建設和現場質量、安全、進度、物資的精細化管理提供了支持。
數字化建造技術如何進一步發展，如何進一步推動企業發展、推動行業發展成為大家關注的焦點，我認為應從三個關鍵問題著手。
數字化建造進一步發展的關鍵問題之一：數字化建造技術如何改造建筑業的傳統管理模式。傳統建筑業粗放型的管理方式與數字化建造精細化的管理方式是相矛盾的。傳統管理的“慣性”阻礙著數字化的發展，隨著社會發展，外部對建筑業的管理要求日益提高，數字化技術的用武之地將越來越寬。
數字化建造進一步發展的關鍵問題之二：數字化建造技術如何改造建筑業的傳統生產方式。目前建筑業還沒有擺脫手工作業為主的生產方式，在推進數字化建造的過程中如何打破“模型留在電腦”的窘況，必須提升建筑業工業化、機械化、自動化的水平。
數字化建造進一步發展的關鍵問題之三：如何打造全生命期、全產業鏈的數字化建筑。其實質是拓展數字化建造的價值和參與方。
在建筑的全生命周期中，建造過程只是其中的一個階段，建筑在使用運行階段，乃至后續的更新改造過程中，數字技術同樣具有很高的價值。將“數字化建造”置于“數字建筑”全生命期中，其價值將會凸顯出來。為此，我們選擇了對運維要求較高且系統復雜的醫院建筑為對象，通過將樓宇自控、物聯網、視頻監控、人工智能、智能移動端、云計算等技術集成，在成功解決了建造階段模型向運維模型的轉化的基礎上，形成了面向運維的模型的構建技術、跨系統異構運維信息的集成技術、基于BIM的醫院建筑可視化運維技術、基于人工智能的醫院建筑智慧運維技術，并且集成于自主研發的基于BIM的醫院建筑智慧運維平臺。該平臺將海量異構的建筑靜態和動態信息集成于一體，形成建筑全生命期的大數據，實現基于BIM的可視化、主動式的建筑智慧管理，目前已經成功應用于上海東方醫院和新華醫院。
全產業鏈問題是指參與構成建筑的各供應商、專業承包商共同參與數字化建造、共同打造數字化建筑。而不僅僅局限于設計和總承包環節。
十年的探索告訴我們，數字化建造技術的應用難度遠超當年“甩圖板”的“革命”，同樣其對建筑業變革的推動作用也將遠超以往，唯有鍥而不舍、不斷探索。
黃裕輝 南通三建控股集團董事局主席
當前，以互聯網技術為引領的大數據時代，正在迅速地改變一切。特別是即將到來的5G時代，網絡速度飛躍式提升，萬物互聯即將進入智能新時代，數字經濟將以天翻地覆之勢重塑全球經濟形態。物聯網、云計算、人工智能等顛覆性的生產方式，大數據等顛覆性的生產要素，以及各種顛覆性技術將推動第四次產業革命，數字經濟將成為新經濟浪潮的助力點、新經濟發展的聚焦點、新經濟形態的制高點、新經濟競爭的核心點。
目前，中國建筑業的數字化整體水平仍然較低，國外發達國家在這方面已領先一步。如建筑領域底層操作系統、數據庫及建模軟件等，無論是硬件、軟件，還是平臺解決方案、數據標的等，都占有很大優勢和廣泛市場。隨著中美兩國5G戰略競爭的加劇，數字建筑業成為一代人只有一次的機遇。數字建造是建筑企業實踐層面的重大變革，事關中國建筑業在5G時代實現彎道超車，引領世界數字建筑業發展方向的宏大歷史使命。
近年來，南通三建在企業轉型創新過程中，從實踐層面上進行了積極大膽的探索。具體有以下幾個方面：
一是明確建筑業數字化內涵。數字企業建設必須明白什么是數字經濟；建設數字建筑企業，必須弄清從哪些方面著手。為了普及數字化知識，指導數字化建設，南通三建與清華大學、復旦大學等共同建立了相關研究機構，并與清華大學經濟管理學院朱巖教授共同編寫出版了《互聯網+建筑——數字經濟下的智慧建筑行業變革》專著，對“互聯網+建筑”生態系統構建進行了系統研究探討，明確提出了構建數字建筑企業，要重點在項目管理、企業管理中大力推廣應用BIM及云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能等技術，構建數字化大商業平臺生態系統。
二是打造企業數字化生態體系。進入互聯網時代中后期，信息互聯、商品互聯、物體互聯、智慧互聯所推動的各類“連接”集中爆發，把互聯網的重心從流通環節逐步拉向生產環節。此時，稀缺的不再是“連接”本身，而是科學利用極大豐富的“連接”資源的方法和途徑。南通三建圍繞數字建造產業鏈打造生態支撐系統，包括BIM、筑集采采購平臺、筑客網絡供應鏈金融、智慧工地、機器人施工、智慧物流、智慧物業等，統一規劃建設三建云平臺，全面數字化生產環節，制定一體化管理標準，貫通計劃鏈、業務鏈和產業鏈協同，在統一的基礎數據平臺上相互交換、實時共享，為大數據價值的持續開發利用提供支撐。
三是構建企業數字化集成平臺。平臺是數字化應用與運行的載體。2014年起，南通三建作為核心采購企業參與數字化共享平臺-“筑集采”的建設，并率先推廣應用。這是一個集PC、APP、微信于一體、面向行業開放服務的建筑信息化第三方集采平臺，也是在建筑行業打通供應鏈金融的創新供應鏈平臺。這個平臺集數字化采購與供應鏈金融創新于一體，以大數據、人工智能、區塊鏈技術為核心，以互聯網集采+金融科技平臺為依托，致力成為建筑行業供應鏈優化整體解決方案提供商，為全產業供應鏈提供項目管理、采購、物流、倉儲、供應鏈金融等全方位、一體化的精準供應鏈服務。
文章來源 | 中國建設報
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