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智能建造是什么、為什么、做什么、怎么做?
來源 | 中國建設報
智能建造已成為建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢和轉型升級的重要抓手。但是目前在推進智能建造過程中仍存在不落地、不務實的情況。
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涵、意義以及內容進行介紹,最后就如何務實推進智能建造提出建議。本文共計5375字,預計閱讀14分鐘。
01、智能建造是什么?
建造是建設工程項目的“制造”全過程,是基于全壽命期考慮的工程立項策劃、設計和施工的總稱。工程建造與其他工業(yè)產品制造一樣,必須立足于產品的全生命期的經濟技術性能和效益的最大化。
智能建造是面向工程產品全生命期,實現泛在感知條件下建造生產水平提升和現場作業(yè)賦能的高級階段;
是工程立項策劃、設計和施工技術與管理的信息感知、傳輸、積累和系統(tǒng)化過程,是構建基于互聯網的工程項目信息化管控平臺,在既定的時空范圍內通過功能互補的機器人完成各種工藝操作,實現人工智能與建造要求深度融合的一種建造方式。
推進智能建造應該著重從3個重點內容著手:
一是構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化管控系統(tǒng);
二是數字化協同設計,利用現代化信息技術對工程項目的工程立項、設計與施工的策劃階段,進行全專業(yè)、全過程、全系統(tǒng)協同策劃;
三是機器人施工,在EIM管控平臺和建筑信息模型技術的驅動下,機器人代替人完成工程量大、重復作業(yè)多、危險環(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感表達的系列軟件開發(fā)。
智能建造應特別強調機器人代替人進行現場施工,從而改善建筑業(yè)作業(yè)形態(tài),逐漸實現施工現場少人化,直至無人化施工。
02、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。主要有以下幾個方面:
一是國民經濟的支柱產業(yè)作用更加突出,2020年建筑業(yè)增加值占國內生產總值比重為7.18%,帶動上下游50多個產業(yè)發(fā)展,并提供了大量的就業(yè)崗位;
二是為城鎮(zhèn)化建設和民生改善作出重要貢獻,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7位,諸如國家體育場(鳥巢)、北京大興國際機場、G20杭州峰會主會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構領域的建造能力持續(xù)提升,廣受世人贊譽;
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強總額度的24.4%;
五是用信息技術改造建筑業(yè)方面成效顯著,現在建筑業(yè)對信息技術的依賴無處不在,很難想象如果沒有信息與建造技術的高度融合,類似“兩山”醫(yī)院這樣的工程項目怎么能夠如此高效完成,因此,信息技術促使建筑業(yè)的工作效率大幅提升。
然而,隨著我國經濟由高速增長轉向高質量發(fā)展階段,建筑業(yè)逐漸進入存量時代,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。
二是勞動密集、現場作業(yè)環(huán)境差、勞動強度高的情況沒有根本改變,產業(yè)用工成本高,就業(yè)吸引力弱,勞動者老齡化嚴重。
三是行業(yè)的信息化水平不高,智能建造推進總體滯后。主要表現為簡單搬用外國技術,原創(chuàng)性技術不多,少有自主知識產權的文字和圖形處理的基礎性軟件系統(tǒng);少有高效實用的人工智能工具和施工現場作業(yè)機器人;缺乏切實推動工程項目智能建造有效實施的數字化管控平臺,促進行業(yè)轉型升級的效果不明顯。
綜上,目前在推動智能建造方面,除了建筑業(yè)的信息化水平有較大提升之外,我國已經擁有世界最大的建筑信息模型(BIM)技術應用的體量,在機器人的研制方面也已起步,但我們沒有自主知識產權的BIM基礎平臺和三維圖形系統(tǒng)及其引擎。
建造信息技術的巨量投入被碎片化,少有在解決智能建造“卡脖子”技術方面的明顯突破,智能建造推進面臨的挑戰(zhàn)非常嚴峻,應該引起業(yè)內的高度重視。
我國一直高度重視信息技術與產業(yè)發(fā)展間的融合。世界正在進入以信息產業(yè)為主導的經濟發(fā)展時期。我們要把握數字化、網絡化、智能化融合發(fā)展的契機,以信息化、智能化為杠桿培育新動能,帶動建筑業(yè)轉型升級。
2011年、2015年、2016年,住房和城鄉(xiāng)建設部先后發(fā)布了《2011~2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》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)對大數據、云計算、物聯網、3D打印以及智能化等技術進行應用。
2020年7月,住房和城鄉(xiāng)建設部等多個部門頒發(fā)《關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協同發(fā)展的指導意見》,進一步明確提出了智能建造與建筑工業(yè)化協同發(fā)展的智能建造產業(yè)體系。推進智能建造已經成為國家推進建筑業(yè)高質量發(fā)展的關鍵舉措。
基于目前我國建筑業(yè)的現狀分析和政策導向,建筑業(yè)推進智能建造已是大勢所趨,重點體現在以下方面:
一是建筑業(yè)高質量發(fā)展要求的驅使。建筑業(yè)要走高質量發(fā)展之路,必須做到“四個轉變”:從“數量取勝”轉向“質量取勝”;從“粗放式經營”轉向“精細化管理”;從“經濟效益優(yōu)先”轉向“綠色發(fā)展優(yōu)先”;從“要素驅動”轉向“創(chuàng)新驅動”。實現這些轉變,智能建造是重要手段。
二是工程品質提升的需要。進入新時代,經濟發(fā)展的立足點和落腳點是最大限度滿足人民日益增長的美好生活需要,其中工程品質提升是公眾的重要需求。工程品質的“品”是人們對審美的需求;“質”是工藝性、功能性以及環(huán)境性的大質量要求。推進智能建造是加速工程品質提升的重要方法。
三是改變建筑業(yè)作業(yè)形態(tài)的有力抓手。建筑業(yè)屬于勞動密集產業(yè),現場需要大量人工,如何堅持“以人為本”的發(fā)展理念,改善作業(yè)條件,減輕勞動強度,盡可能多地利用建筑機器人取代人工作業(yè),已經成為建筑業(yè)尋求發(fā)展的共識。
四是提升工作效率,推動行業(yè)轉型升級的必然。
目前建筑業(yè)勞動生產率不高,主因是缺少建造全過程、全專業(yè)、全參與方和全要素協同實時管控的智能建造平臺的高效管控,缺少便捷、實用和高效作業(yè)的機器人施工。
五是實現“零距離”管控工程項目的利器。
推進智能建造充分發(fā)揮信息共享優(yōu)勢,借助于互聯網和物聯網等信息化手段,建造相關方可以便捷使用的工程項目建造管控平臺,實現零距離、全過程、實時性的管控工程項目。
“新基建”的提出,為加速推進智能建造提供了難得機遇?!靶禄ā敝饕ǖ谖宕苿油ㄐ偶夹g基站、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、工業(yè)互聯網等領域。
“新基建”推動了新興技術的信息基礎設施,新興技術與“舊基建”融合的基礎設施和支撐科學研究、技術開發(fā)、產品研制的創(chuàng)新基礎設施3類基礎設施建設。
新基建為加速推進智能建造提供了更加完善的基礎設施條件,我們務必抓住機遇,努力進取,加速推進智能建造。
03、智能建造做什么?
通過智能建造推進,切實實現建筑業(yè)轉型升級和提質增效,應重點做好如下幾個方面的工作:
第一,創(chuàng)建利于工程項目推進智能建造的體制機制。
進一步明確政府、行業(yè)、企業(yè)在推進智能建造過程中的作用和職責,快速形成協同推進之大勢,對于促進智能建造至關重要。
第二,推進智能建造,科技研發(fā)工作必須先行。
智能建造是傳統(tǒng)建造技術與現代化技術高度融合的建造方法,其綜合性和創(chuàng)新性極強,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)進行科技攻關,方能取得實質性效果。
第三,加快創(chuàng)建EIM管控平臺。
工程項目的系統(tǒng)化管控是實現建筑業(yè)高質量發(fā)展的基本要求,創(chuàng)建EIM管控平臺,實現工程項目的系統(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,應列入智能建造推進工作的優(yōu)先選項。
第四,加速建造機器人研制。
建立工程總承包企業(yè)主導,電子、機械、信息與控制等多專業(yè)參與的科技攻關體系,組織多專業(yè)進行建造機器人研制的聯合攻關,加速施工作業(yè)機器人推廣使用。
第五,構建面向項目層、企業(yè)層、集團層的PRP-ERP-GRP管理系統(tǒng)。
智能建造應針對工程項目建造的不同角色,構建政府、業(yè)主、設計、總承包和專業(yè)分包等相關方共享共用的工程項目智能建造的管控平臺;在集團、企業(yè)和項目3個層面體現權責分工,聚焦項目策劃能力、資源整合能力和過程管控能力提升,進行流程優(yōu)化和固化,形成圍繞工程項目不同管控主體的PRP-ERP-GRP系統(tǒng),賦能提質增效。
第六,加速專業(yè)協同化設計平臺構建。
構建建筑、結構、水、暖、機電、裝飾等多專業(yè)協同設計的數字化平臺,打破各專業(yè)設計分離的現狀,從整體層面設計工程產品,達到整體工程質量最優(yōu)。
第七,研發(fā)“工程建造+”,將新型技術融入傳統(tǒng)建造技術。
智能建造推進更應關注針對施工過程的工藝、工序特點,環(huán)境感知要求,融合“大智云物移”等現代化信息技術,形成“質量安全+”“幕墻工程+”“鋼筋工程+”等融合技術,以便實現施工的高效化、工藝的精細化和工程的品質化。
第八,重視開發(fā)自主知識產權的計算機底層支撐系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和辦公系統(tǒng)。
目前普遍使用的計算機三維圖形及其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算機軟件系統(tǒng),對于提升核心技術能力至關重要。
綜上,智能建造是復雜的系統(tǒng)工程,應以提質增效為目標,不作秀,不浮躁,全面部署,扎實推進,方可取得實效。
04、務實推進智能建造
智能建造在我國起步較晚,但是目前已具備良好基礎,應借助我國大市場的優(yōu)勢,停止作秀,扎實推進,務求實效,改變目前智能建造技術和管理碎片化的開發(fā)狀態(tài)。
第一,加快工程項目管理體制機制的變革,加速推進工程項目總承包模式。
推進智能建造需要工程項目立項策劃、設計、施工的建造全過程協同進行,呼喚“工程總承包+全過程工程設計咨詢服務”的工程項目管理體制機制的加速推進。
工程總承包企業(yè)應承擔“工程總承包負總責”的責任,管理觸角向前后延伸;以注冊建筑師為主導的工程設計咨詢應對建筑全生命期的運行質量、環(huán)境適宜性和功能性等承擔相應責任。
數字化協同設計是智能建造的基礎,務必全力推進。
建立“大設計”理念是智能建造推進的充分和必要條件,著力推進土建與機電設備的施工圖與專項施工圖設計及其深化設計、工程組織設計、工程施工組織設計、工程施工方案設計的“工程項目四個同步設計”。
第二,智能建造應做好頂層設計。
推進智能建造應做好頂層設計,整體規(guī)劃,分步實施。
一是研發(fā)具有自主知識產權的三維圖形系統(tǒng);
二是研發(fā)BIM;
三是構建基于BIM的EIM管控平臺;
四是研制人工智能設施,如智能監(jiān)測設施、功能各異的機器人設施等。
城市建設信息管控平臺(CIM)應在城市規(guī)劃的基礎上,集成區(qū)域內的建筑、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。
即智能建造是復雜的系統(tǒng)工程,應以行業(yè)“提質增效”為導向,整體規(guī)劃,分步實施,秉承“不求一次成優(yōu),但求取得實效”的持續(xù)改進思路,為切實提高行業(yè)發(fā)展質量作出貢獻。
第三,基于工程建造的復雜性,應在工程建造服務、管理、場景和流程再造、創(chuàng)新和固化研究的基礎上,會同軟件開發(fā)商“化整為零”開發(fā)若干子系統(tǒng),在推廣應用的基礎上持續(xù)改進,進而針對不同需求進行相應子系統(tǒng)組合,實現若干子系統(tǒng)的集成“積零為整”,逐漸形成適于工程項目多方協同的系統(tǒng)化管控平臺,實現對工程項目實施的全過程、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)的工程項目建造的信息流、物資流、資金流實時管控和運行的系統(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權的圖形系統(tǒng)。
現行BIM三維圖形輸入的參數化設計方法,與我國技術人員熟悉的輸入方法不相吻合,普及性差。
應該凝聚優(yōu)勢資源,創(chuàng)新開發(fā)思路,在我國技術人員熟悉的平面設計方法的基礎上開發(fā)系統(tǒng)的內設轉換軟件,自動生成三維空間圖形,進行真實感表現,攻克“卡脖子”的三維圖形系統(tǒng)的技術難關,研究形成我國具有自主知識產權的三維圖形引擎、平臺和符合中國建造需求的BIM系統(tǒng)。
第五,加速研制和推廣應用人工智能設施,如智能監(jiān)測設施、功能各異的機器人設施等,特別應圍繞工程建造的點多、面廣、量大和勞動強度高、作業(yè)條件差的工藝工序,構建EIM管控平臺與工藝技術聯動聯控的機器人作業(yè)環(huán)境,進行機器人研制。
智能建造是通過計算機技術、網絡技術、機械電子技術、建造技術與管理科學的交叉融合,促使建造及施工過程實現數字化設計、機器人主導或輔助施工的工程建造方式,是加快建筑業(yè)轉型升級,實現建筑業(yè)現代化的主導途徑。
智能建造以工程全生命期綜合效益最大化為目標,重點關注管理流程再造,重點強調建造過程的質量安全保障和資源系統(tǒng)管控、數字化設計和機器人作業(yè)的協同建造方式。讓我們攜手并進,秉承原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、引進消化吸收再創(chuàng)新的方法,注重實效,不懈探索,辛勤耕耘,扎實推進智能建造。