行業(yè)資訊 | “數(shù)字化”“智慧化”——建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心引擎
廣東建筑工業(yè)化展 2019-11-13 2953
編者按：數(shù)字技術(shù)驅(qū)動的新浪潮之下，建筑的“數(shù)字化”“智慧化”成為了建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心引擎，驅(qū)動著建筑產(chǎn)業(yè)的變革與創(chuàng)新發(fā)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(wèi)國，上海建工集團技術(shù)總監(jiān)、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(guān)經(jīng)驗與智慧。為了讓行業(yè)汲取相關(guān)經(jīng)驗和智慧，本行業(yè)平臺特予以轉(zhuǎn)載。
丁烈云 中國工程院院士
建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)和重要引擎。但是，當前建筑業(yè)的發(fā)展水平，還無法滿足我國國民經(jīng)濟與社會高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略需求。新一輪科技革命，為產(chǎn)業(yè)變革與升級提供了歷史性機遇。全球主要工業(yè)化國家均因地制宜地制定了以智能制造為核心的制造業(yè)變革戰(zhàn)略，我國建筑業(yè)也迫切需要制定工業(yè)化與信息化相融合的智能建造發(fā)展戰(zhàn)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(shù)與工程建造融合形成的工程建造創(chuàng)新模式：即利用以“三化”（數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化）和“三算”（算據(jù)、算力、算法）為特征的新一代信息技術(shù)，在實現(xiàn)工程建造要素資源數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過規(guī)范化建模、網(wǎng)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(xiàn)數(shù)字鏈驅(qū)動下的工程立項策劃、規(guī)劃設計、施（加）工生產(chǎn)、運維服務一體化集成與高效率協(xié)同，不斷拓展工程建造價值鏈、改造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)形態(tài)，向用戶交付以人為本、綠色可持續(xù)的智能化工程產(chǎn)品與服務。智能建造不僅僅是工程建造技術(shù)的變革創(chuàng)新，更將從產(chǎn)品形態(tài)、建造方式、經(jīng)營理念、市場形態(tài)以及行業(yè)管理等方面重塑建筑業(yè)。產(chǎn)品形態(tài)：從實物產(chǎn)品到“實物+數(shù)字”產(chǎn)品。智能建造所交付的工程產(chǎn)品，不僅局限于實物工程產(chǎn)品，還伴隨著一種新的產(chǎn)品形態(tài)——數(shù)字化（智能化）工程產(chǎn)品。借助“數(shù)字孿生”技術(shù)，實物產(chǎn)品與數(shù)字產(chǎn)品有機融合，形成“實物+數(shù)字”復合產(chǎn)品形態(tài)，通過與人、環(huán)境之間動態(tài)交互與自適應調(diào)整，實現(xiàn)以人為本、綠色可持續(xù)的目標。生產(chǎn)方式：從工程施工到“制造-建造”。實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)與滿足個性化需求相統(tǒng)一的大規(guī)模定制，是人類生產(chǎn)方式進化的方向。如果說智能制造是致力于推動制造業(yè)從規(guī)?；a(chǎn)向大規(guī)模定制方向發(fā)展，那么智能建造則強調(diào)在發(fā)揮工程建造個性化生產(chǎn)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，充分汲取制造業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的理論技術(shù)成果，推行“制造-建造”生產(chǎn)方式，走出一條與智能制造路徑不同、卻又殊途同歸的創(chuàng)新之路。經(jīng)營理念：從產(chǎn)品建造到服務建造。在經(jīng)濟服務化轉(zhuǎn)型的大背景下，智能建造提供的集成與協(xié)同機制，一方面使得真正以用戶個性化服務需求為驅(qū)動的工程建造成為可能，另一方面也會使得更多的技術(shù)、知識性服務價值鏈融合到工程建造過程中；技術(shù)、知識型服務將在工程建造活動中發(fā)揮越來越重要的價值，進而形成工程建造服務網(wǎng)絡，推動工程建造向服務化方向轉(zhuǎn)型。市場形態(tài)：從產(chǎn)品交易到平臺經(jīng)濟。當前，平臺經(jīng)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(wǎng)絡連接起來，在以“邁特卡夫定律”為特征的網(wǎng)絡效應驅(qū)使下，工程建造價值鏈將得以不斷重構(gòu)、優(yōu)化，催生出工程建造平臺經(jīng)濟形態(tài)，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(chǎn)業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)工程建造的持續(xù)增值。行業(yè)管理：從行政監(jiān)督到數(shù)字化治理。加快推進社會治理現(xiàn)代化，是實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標和中華民族偉大復興中國夢的戰(zhàn)略考量。智能建造將以開放的工程大數(shù)據(jù)平臺為核心，推動工程行業(yè)管理理念從“單向監(jiān)管”向“共生治理”轉(zhuǎn)變，管理體系從“封閉碎片化”向“開放整體性”發(fā)展，管理機制從“事件驅(qū)動”向“主動服務”升級，治理能力從以“經(jīng)驗決策”為主向以“數(shù)據(jù)驅(qū)動”為主提升。大力發(fā)展智能建造，推動建筑產(chǎn)業(yè)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(qū)和實踐挑戰(zhàn)，需要“政、產(chǎn)、學、研”各界人士不斷解放思想、提升認知、群策群力、協(xié)同攻關(guān)、積極實踐，才能持續(xù)推動我國工程建造高質(zhì)量發(fā)展，不斷向全球工程建造強國邁進
徐衛(wèi)國 清華大學建筑學院教授
當前建筑工業(yè)存在著一些問題，如從設計到施工各環(huán)節(jié)之間銜接不當而造成浪費；施工工地的環(huán)境污染；由于誤差或施工質(zhì)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(gòu)件加工及施工成本越來越高。種種問題迫使建筑工業(yè)進行升級改造。建筑工業(yè)的升級方向何在？其實，建筑工業(yè)的發(fā)展同時面臨機遇，被稱作工業(yè)4.0 的智能制造正在蓬勃興起，這就意味著“數(shù)字建造”、進而“智能建造”成為必然。
智能建造作為經(jīng)濟及社會發(fā)展戰(zhàn)略，在多種行業(yè)已經(jīng)有了長足的推進，建筑行業(yè)也開始探索智能建造：如使用工業(yè)機器臂進行建筑構(gòu)件加工及建筑現(xiàn)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(gòu)件、機器臂熱線切割泡沫作為模具、機器臂多臂協(xié)同編織物件。在施工現(xiàn)場，機械臂自動砌筑墻體、機械臂綁扎鋼筋、機械臂焊接作業(yè)、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(zhì)量，可以大大節(jié)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(xiàn)社會的平等與公平。
清華大學（建筑學院）-中南置地數(shù)字建筑中心研發(fā)的“機器臂自動砌筑系統(tǒng)”與國際國內(nèi)現(xiàn)有砌磚系統(tǒng)不同，首次把機器臂自動砌磚與砂漿打印結(jié)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(tǒng)；并在世界上首次把“自動砌筑系統(tǒng)”運用于實際施工現(xiàn)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(zhuǎn)機械臂前端、根據(jù)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(fā)出的控制指令，并經(jīng)過避障設計；在程序中模擬后，由PRC導出程序用于機械臂執(zhí)行，從而實現(xiàn)從數(shù)字模型到實際建造物的精確轉(zhuǎn)化；這一自動砌筑系統(tǒng)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(shù)字技術(shù)，將數(shù)字測量、數(shù)字建模、傳統(tǒng)工藝與機器臂數(shù)字建造技術(shù)相結(jié)合，大大加快了建設進度。在構(gòu)件設計、加工、建造過程中，先用3D打印構(gòu)件的小比例石膏模型作為參考，經(jīng)設計師確認打印出的參考模型無誤后，再將構(gòu)件模型設計文件輸入到數(shù)控設備系統(tǒng)中，然后操縱機械臂對復雜的石材構(gòu)件進行切割或雕刻加工，該建筑的大部分石材構(gòu)件都是在工廠通過數(shù)控機器臂進行加工完成。
隨著建筑相關(guān)行業(yè)及相關(guān)學科如智能制造、材料科學、環(huán)境技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是目前大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、互動技術(shù)、虛擬及增強現(xiàn)實技術(shù)的不斷開發(fā)，數(shù)字建造又無時不在尋求與這些新興的科學與技術(shù)相結(jié)合，引領(lǐng)著建筑行業(yè)向著新的方向拓展，從而形成新的數(shù)字建造產(chǎn)業(yè)網(wǎng)鏈。在這一產(chǎn)業(yè)網(wǎng)鏈中，房屋建筑的全過程及各專業(yè)將充分利用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)建造目標。房屋建筑的全過程包括設計階段、構(gòu)件加工階段、施工階段、全壽命周期的物業(yè)管理階段等；房屋建筑的各專業(yè)包括建筑設計專業(yè)、結(jié)構(gòu)設計專業(yè)、水暖電設計專業(yè)、施工組織管理專業(yè)等，以及相關(guān)行業(yè)如材料及配送、構(gòu)件加工、施工機械、物業(yè)管理等。數(shù)字建造產(chǎn)業(yè)網(wǎng)鏈的特點在于“全過程”自始至終，以及“各專業(yè)”相互之間具有連續(xù)且共享的數(shù)字流，它從建筑方案設計開始，是經(jīng)過后續(xù)階段及各專業(yè)不斷添加、修改、反饋、優(yōu)化的建筑信息；以此數(shù)字流為依據(jù)，房屋建筑的物質(zhì)性建造依靠互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)、CNC（計算機數(shù)字控制機床）數(shù)控設備、3D打印等智能機械，實現(xiàn)高精度、高效率、環(huán)保性的房屋建造與運維服務。
數(shù)字化建造助推建筑企業(yè) 創(chuàng)新轉(zhuǎn)型發(fā)展
張銘 上海建工集團技術(shù)總監(jiān)、上海建工四建集團總工程師
上海建工的數(shù)字化建造技術(shù)最初是從利用BIM（建筑信息模型）技術(shù)進行深化設計、管線綜合開始的，現(xiàn)在這項技術(shù)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(jié)點深化設計的難題。同時VR技術(shù)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(shù)字化建造技術(shù)與工業(yè)化建造技術(shù)的融合，為上海第一條全預制城市高架——嘉閔高架以及后續(xù)一大批工業(yè)化建筑和市政項目的建設提供了技術(shù)支撐。在嘉閔高架建設中，借助物聯(lián)網(wǎng)，上海建工成功實現(xiàn)了鋼筋的數(shù)字化、自動化加工；通過自主研發(fā)的“基于BIM的城市高架智慧建造平臺”，實現(xiàn)了預制構(gòu)件加工、運輸、現(xiàn)場安裝全過程的智慧管理。
數(shù)字化建造技術(shù)與現(xiàn)代測繪技術(shù)的融合，使得三維掃描、攝影測量、無人機航拍等多源數(shù)據(jù)建模技術(shù)，成功解決了上海迪斯尼樂園、上海玉佛寺改建、廣州泰和醫(yī)院質(zhì)子治療區(qū)等項目的復雜建筑建模、現(xiàn)場實景測量、高精度管線定位復核等難題。
數(shù)字化建造技術(shù)與實時監(jiān)控技術(shù)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(tài)高風險項目施工中提供了實時的安全保障。
數(shù)字化建造技術(shù)同樣為上海建工的管理創(chuàng)新提供了支撐。上海建工自主研發(fā)了基于BIM的智慧建造平臺，并依托上海軌交網(wǎng)絡控制中心、程十發(fā)美術(shù)館等一批項目開展了示范應用，為智慧工地建設和現(xiàn)場質(zhì)量、安全、進度、物資的精細化管理提供了支持。
數(shù)字化建造技術(shù)如何進一步發(fā)展，如何進一步推動企業(yè)發(fā)展、推動行業(yè)發(fā)展成為大家關(guān)注的焦點，我認為應從三個關(guān)鍵問題著手。
數(shù)字化建造進一步發(fā)展的關(guān)鍵問題之一：數(shù)字化建造技術(shù)如何改造建筑業(yè)的傳統(tǒng)管理模式。傳統(tǒng)建筑業(yè)粗放型的管理方式與數(shù)字化建造精細化的管理方式是相矛盾的。傳統(tǒng)管理的“慣性”阻礙著數(shù)字化的發(fā)展，隨著社會發(fā)展，外部對建筑業(yè)的管理要求日益提高，數(shù)字化技術(shù)的用武之地將越來越寬。
數(shù)字化建造進一步發(fā)展的關(guān)鍵問題之二：數(shù)字化建造技術(shù)如何改造建筑業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。目前建筑業(yè)還沒有擺脫手工作業(yè)為主的生產(chǎn)方式，在推進數(shù)字化建造的過程中如何打破“模型留在電腦”的窘?jīng)r，必須提升建筑業(yè)工業(yè)化、機械化、自動化的水平。
數(shù)字化建造進一步發(fā)展的關(guān)鍵問題之三：如何打造全生命期、全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化建筑。其實質(zhì)是拓展數(shù)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(xù)的更新改造過程中，數(shù)字技術(shù)同樣具有很高的價值。將“數(shù)字化建造”置于“數(shù)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(tǒng)復雜的醫(yī)院建筑為對象，通過將樓宇自控、物聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控、人工智能、智能移動端、云計算等技術(shù)集成，在成功解決了建造階段模型向運維模型的轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，形成了面向運維的模型的構(gòu)建技術(shù)、跨系統(tǒng)異構(gòu)運維信息的集成技術(shù)、基于BIM的醫(yī)院建筑可視化運維技術(shù)、基于人工智能的醫(yī)院建筑智慧運維技術(shù)，并且集成于自主研發(fā)的基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維平臺。該平臺將海量異構(gòu)的建筑靜態(tài)和動態(tài)信息集成于一體，形成建筑全生命期的大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于BIM的可視化、主動式的建筑智慧管理，目前已經(jīng)成功應用于上海東方醫(yī)院和新華醫(yī)院。
全產(chǎn)業(yè)鏈問題是指參與構(gòu)成建筑的各供應商、專業(yè)承包商共同參與數(shù)字化建造、共同打造數(shù)字化建筑。而不僅僅局限于設計和總承包環(huán)節(jié)。
十年的探索告訴我們，數(shù)字化建造技術(shù)的應用難度遠超當年“甩圖板”的“革命”，同樣其對建筑業(yè)變革的推動作用也將遠超以往，唯有鍥而不舍、不斷探索。
構(gòu)建數(shù)字建造企業(yè)的實踐探討
黃裕輝 南通三建控股集團董事局主席
當前，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為引領(lǐng)的大數(shù)據(jù)時代，正在迅速地改變一切。特別是即將到來的5G時代，網(wǎng)絡速度飛躍式提升，萬物互聯(lián)即將進入智能新時代，數(shù)字經(jīng)濟將以天翻地覆之勢重塑全球經(jīng)濟形態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等顛覆性的生產(chǎn)方式，大數(shù)據(jù)等顛覆性的生產(chǎn)要素，以及各種顛覆性技術(shù)將推動第四次產(chǎn)業(yè)革命，數(shù)字經(jīng)濟將成為新經(jīng)濟浪潮的助力點、新經(jīng)濟發(fā)展的聚焦點、新經(jīng)濟形態(tài)的制高點、新經(jīng)濟競爭的核心點。
目前，中國建筑業(yè)的數(shù)字化整體水平仍然較低，國外發(fā)達國家在這方面已領(lǐng)先一步。如建筑領(lǐng)域底層操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及建模軟件等，無論是硬件、軟件，還是平臺解決方案、數(shù)據(jù)標的等，都占有很大優(yōu)勢和廣泛市場。隨著中美兩國5G戰(zhàn)略競爭的加劇，數(shù)字建筑業(yè)成為一代人只有一次的機遇。數(shù)字建造是建筑企業(yè)實踐層面的重大變革，事關(guān)中國建筑業(yè)在5G時代實現(xiàn)彎道超車，引領(lǐng)世界數(shù)字建筑業(yè)發(fā)展方向的宏大歷史使命。
近年來，南通三建在企業(yè)轉(zhuǎn)型創(chuàng)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(yè)數(shù)字化內(nèi)涵。數(shù)字企業(yè)建設必須明白什么是數(shù)字經(jīng)濟；建設數(shù)字建筑企業(yè)，必須弄清從哪些方面著手。為了普及數(shù)字化知識，指導數(shù)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(guān)研究機構(gòu)，并與清華大學經(jīng)濟管理學院朱巖教授共同編寫出版了《互聯(lián)網(wǎng)+建筑——數(shù)字經(jīng)濟下的智慧建筑行業(yè)變革》專著，對“互聯(lián)網(wǎng)+建筑”生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建進行了系統(tǒng)研究探討，明確提出了構(gòu)建數(shù)字建筑企業(yè)，要重點在項目管理、企業(yè)管理中大力推廣應用BIM及云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化大商業(yè)平臺生態(tài)系統(tǒng)。
二是打造企業(yè)數(shù)字化生態(tài)體系。進入互聯(lián)網(wǎng)時代中后期，信息互聯(lián)、商品互聯(lián)、物體互聯(lián)、智慧互聯(lián)所推動的各類“連接”集中爆發(fā)，把互聯(lián)網(wǎng)的重心從流通環(huán)節(jié)逐步拉向生產(chǎn)環(huán)節(jié)。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(shù)字建造產(chǎn)業(yè)鏈打造生態(tài)支撐系統(tǒng)，包括BIM、筑集采采購平臺、筑客網(wǎng)絡供應鏈金融、智慧工地、機器人施工、智慧物流、智慧物業(yè)等，統(tǒng)一規(guī)劃建設三建云平臺，全面數(shù)字化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，制定一體化管理標準，貫通計劃鏈、業(yè)務鏈和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，在統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺上相互交換、實時共享，為大數(shù)據(jù)價值的持續(xù)開發(fā)利用提供支撐。
三是構(gòu)建企業(yè)數(shù)字化集成平臺。平臺是數(shù)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(yè)參與數(shù)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(yè)開放服務的建筑信息化第三方集采平臺，也是在建筑行業(yè)打通供應鏈金融的創(chuàng)新供應鏈平臺。這個平臺集數(shù)字化采購與供應鏈金融創(chuàng)新于一體，以大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈技術(shù)為核心，以互聯(lián)網(wǎng)集采+金融科技平臺為依托，致力成為建筑行業(yè)供應鏈優(yōu)化整體解決方案提供商，為全產(chǎn)業(yè)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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