智慧城市的智慧建造

文｜劉剛

智慧建造實現建筑全生命周期的智慧化，讓企業各方受益，實現綠色、集約、精益的管理。讓工程質量提升，大幅減少資源損耗和降低碳排放，降低成本、減少浪費、減少返工、提高進度。

城市是一個復雜的綜合體，由城市的運營與管理、城市的建筑與基礎設施、社會與民生、城市的經濟產業五大核心功能系統構成。智慧城市是城市從數字化、網絡化向更高階段—“智慧化”發展的新階段。它是促進我國實現經濟轉型升級、促進信息化與城市化、工業化之間的融合，推動新型城鎮化、全面建成小康社會的重要舉措。

城市的特征是人、建筑和交通等的高度集中，作為人衣食住行中很重要角色的基礎設施和建筑，如何做到智慧，是城市能否智慧化的關鍵環節。

智慧建筑與智慧城市的關系

隨著我國城市化步伐的加速，城市的生態文明建設與可持續發展顯得越來越重要，如何在城市建設中“推進綠色發展、循環發展、低碳發展”和“建設美麗城市”乃至美麗中國都對城市建設提出了新的考驗。

智慧城市是加強現代科學技術在城市規劃、建設、管理和運行中的綜合應用，整合信息資源，提升城市管理能力和服務水平，促進產業轉型，讓人們的生活更美好。作為城市重要組成部分的基礎設施和建筑，如何做到智慧，是城市能否智慧化和人們在城市中生活能否更美好的關鍵環節。因此智慧城市要求以“綠色、智能、宜居”的智慧建筑來滿足整個城市的可持續發展和智慧運行。

1、智慧城市要求綠色的建筑

我國目前建設活動造成的污染約占全部污染的三分之一, 建筑運營過程中也存在高能耗的問題，造成了大量的能源和資源消耗。發展綠色建筑，倡導節能減排，集約低碳對于發展節能型社會與城市的可持續發展具有重要意義。綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。

2、智慧城市要求智能的建筑

在信息社會中，人們對于建筑的概念也在發生變化，傳統建筑提供的服務和功能已遠遠不能滿足現代社會和工作環境等方面的要求。這就需要把建筑物的結構、系統、服務和管理等基本要素以及它們之間內在聯系進行優化組合，結合通訊技術、網絡技術、信息技術、自動化控制技術、物聯網技術等先進科技手段，從而提供一個投資合理、高效、智能、便利的環境。

3、智慧城市要求舒適宜居的建筑

舒適宜居的建筑是我國發展“宜居城市”的要求。“十二五”提出我國城市發展思路以改善民生為目的，以降低能耗為基礎，以和諧、生態環保、宜居等為原則。宜居的建筑是指安全、舒適、健康、美觀等功能健全，能滿足節能、生態、環保及可持續發展要求，符合人的生理及心理舒適性需求的時代型建筑。他是城市及世界可持續發展的動力源，是提升居住品質的重要載體。

＞＞圖1 智慧建造的框架

智慧建造的概念和內涵

智慧城市要求智能、綠色、宜居的智慧建筑，并要求有一個集約、高效、綠色、智能的建造過程來支撐，這就需要智慧建造。這也對建筑行業及企業提出的更高要求。

如圖1所示，智慧建造就是充分利用新一代信息技術來改變建設參與各方相互交互的方式，以提高交互的明確性、效率、靈活性和響應速度，讓我們對建筑有更透徹的感知，讓我們之間有更廣泛的互聯互通，讓建筑有更深入的智能化，實現“綠色、智能、宜居”的智慧建筑，來滿足整個城市的和諧發展和智慧運行。

智慧建造的內涵可以從四個方面理解，如圖2所示。

從范圍上來講，智慧建造包含了一個建筑的全生命周期，就是包含規劃設計階段、招投標階段、施工階段、運維階段以及整個建筑拆除階段。

從技術上來講，智慧建造是以項目管理（PM）、建筑信息模型（BIM）、大數據管理（DM）、物聯網和云計算等為代表的先進技術為支撐建筑全生命周期的智慧化。

從特征上來講，智慧建造充分體現了感知化、互聯化/物聯化、智能化的特點。通過感知層利用傳感器、終端設備等來感知物體和環境的狀態并采集數據和信息交互，通過三網（互聯網、通信網、廣電網）傳輸到應用層的各種應用系統，實現項目全生命周期的智慧設計、智慧施工、智慧運維、智慧監管等參建各方的智慧管理。

最終實現建造全過程以及建成后的智慧、互聯、協同的目標。

智慧建造的信息化解決方案

實現智慧建造需要信息化手段來支撐，需要結合建筑行業特點和核心業務規劃適用的解決方案。智慧建造的信息化解決方案就是以PM（項目管理）為核心，以BIM為支撐，以DM為持續改進和提升的基礎，充分利用云計算和移動應用、物聯網等先進技術，實現智慧建造的過程，使建設項目效益最大化，最終實現智慧建筑。即智慧建造信息化應用架構4MC。

＞＞圖3 智慧建造信息化應用架構

如圖3所示，智慧建造信息化應用架構4MC主要包括平臺層、應用層、終端層三個層。

平臺層可基于云計算技術（Cloud Computing）實現傳統平臺向云服務平臺轉化。應用層始終圍繞以提升項目管理（Projcet Management）這一關鍵業務為核心，實現項目全生命周期的信息化，實現管理效益的提升。從生產作業的角度來講，通過“專業工具軟件支撐（BIM）”和“數據服務產品支撐（DM）”的支撐實現項目建造與運維的生產效率提高。終端層實現信息化的人機交互，實現從傳統PC終端向移動終端（Mobile）和物聯網應用拓展。

1、4MC—PM項目全生命周期管理（Project Management）

項目管理業務是建筑行業的核心業務，圍繞項目開展生產經營和管理活動是建筑行業業務形態的顯著特點。

如圖4所示，對于建筑行業，項目管理水平的好壞決定了企業的發展好壞，決定了行業發展的水平，建筑行業的信息化要圍繞項目管理（PM）核心業務開展，才能取得價值的最大化。項目管理業務信息化是基于項目全過程的信息化，也是支持集約化經營和精益化管理思想的落地。

2、4MC—BIM 建筑信息模型（Building Information Modeling）

在項目建設過程中，單獨的項目管理系統很難發揮作用，最大的問題就在于缺乏真實、實時的數據支持，數據之間難以建立有效關系。因此需要BIM技術及產品的支撐，滿足作業層的生產需要，并產生真實有效的基礎數據。

BIM（Building InformationModeling）建筑信息模型，是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型。BIM 是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達。一個完善的信息模型，能夠連接建筑項目生命期不同階段的數據、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設項目各參與方普遍使用。BIM的可視化、參數化、數據化、可模擬化、可優化的特性讓建筑項目的管理和交付更加高效和精益。

如圖5所示，基于項目全生命周期的BIM技術應用是以BIM服務器為基礎，建模為輸入，以協同為方向，實現項目各階段、不同專業、不同軟件產品之間的數據交換、集成與共享，為建設項目目標的實現做有力支撐。

3、4MC—DM數據管理（Data Management）

隨著項目管理系統和BIM系統的深入應用，會產生各種各樣的結構化和非結構化數據，面對海量的大數據，如何讓這些數據進一步發揮價值，需要DM數據管理系統的支撐。如圖6所示，DM數據管理包括兩個層面。

一個是數據和知識的復用和分析。我們在工作和生產過程中需要數據的支持和服務，需要復用經驗數據，歷史案例工程數據，需要對數據進行科學分析，以輔助工作和決策支持。例如需要查詢和獲取市場材料價格，需要獲取工程造價指標支持造價估算，通過數據分析找出管理和生產的問題。

＞＞圖5 BIM技術應用

另一方面是知識管理。在生產和管理過程中，會積累下很多數據和信息。需要進行加工、處理并形成知識進行復用。應該說建筑行業分散性的特點本身就不利于管理的標準化，各項目的一些好的經驗、標準、指標無法有效積累和復用。因此更需數據的管理來支撐企業持續提高，發揮數據的價值。

4、4MC—云平臺（Cloud Computing）

各系統中處理的復雜業務，產生的大模型和大數據如何提高處理效率？這對服務器提供高性能的計算能力和低成本的海量數據存儲能力產生了巨大需求。通過云計算與信息化系統及軟件的整合，使得建筑的建造過程與運維更加便捷、集約、靈活和高效。

云計算是分布式處理、并行處理、網格計算、網絡存儲和大型數據中心的進一步發展和商業實現。如圖7所示，基于“云”的服務平臺、服務模式以讓項目參建各方可以通過公有云和私有云，更自由的訪問數據，更高效處理數據，更便捷的協作。

5、移動應用及物聯網（Mobile Application）

建筑行業的項目分散性、人員的移動性、管理的離散性等特點，對信息化的應用造成了很多障礙。如何有效的進行現場管理、移動辦公、數據采集，解決信息化最后“幾十米”的問題？可以說以往傳統的信息化是“辦公室”的信息化，我們需要插上網線，利用PC電腦終端來訪問數據和使用軟件。尤其建筑施工現場環境復雜，項目管理人員多是在現場作業和管理，抱著筆記本電腦下工地也是不方便的。因此要想實現全面的信息化應用，真正的實現智慧建造，必須關注項目現場的應用問題，利用移動應用技術、物聯網等技術切實解決現場人員與信息化系統的交互問題，才能保障數據來源及時、準確。

如圖8所示，通過PAD、手機等移動終端，結合BIM技術手段，在PAD上進行建筑模型和圖紙瀏覽，進行變更洽商、設計交底、施工指導、質量檢查、模型瀏覽、溝通管理、設施管理等都非常高效。

＞＞圖7 云平臺

充分利用物聯網技術提高現場管控能力，針對建筑的全生命周期對各階段、各部位、各實體，通過RFID、電子標簽、測量器、傳感器、攝像頭等終端設備，實現對項目建設過程和運維管理的實時監控、智能感知、數據采集和有效管理，提高作業現場的管理能力，加強了人與建筑的交互。

智慧建造的關鍵價值

城市的每個建筑是智慧化的，城市的基礎設施與建筑的建造過程與運維也是智慧化的，才能有效支撐智慧城市的藍圖實現。智慧建造主要有三個受益主體和服務對象，那就是政府、企業和民眾。

1、對于政府的價值

對于政府來講，智慧建造提供兩方面的價值。一方面是有效推進了城市管理與服務流程的重塑和優化。智慧建造為政府的監管提供了協同高效的基礎性平臺，數字化的建筑使得單獨的建筑物納入城市綜合管理平臺更加快捷方便，讓建筑乃至城市的建造過程都能夠協同、節能、高效，實現智慧化。可以幫助政府在整個建設過程中，高效協同各個單元、各個單位、不同部門之間的工作，同時可以最終形成一個節能的、綠色的、環保、智能的建筑物，促進城市的運營與服務能力的提升。另一方面是有效推動了產業科技創新和和智能產業的迅速發展。智慧建造是BIM、物聯網和云計算等技術的綜合應用的過程，也是先進科學技術被充分應用的過程，在這個過程中，必將極大地促進企業科技創新能力，加快整個行業的轉型升級步伐。帶動城市經濟朝著高附加值的新興產業轉型。

2、對于企業的價值

＞＞圖8 移動應用及物聯網應用

第一，對于建造過程的各參與方來講，智慧建造實現建筑全生命周期的智慧化，讓企業各方受益，實現綠色、集約、精益的管理。讓工程質量提升，大幅減少資源損耗和降低碳排放，降低成本、減少浪費、減少返工、提高進度。第二，智慧建造有助于促使企業主動提高自主創新能力、核心競爭力和科技創新能力。促進建筑企業加快轉變發展方式，由產值和數量擴張型向注重質量的內涵型轉變，勞動密集型向科技密集型轉變，由速度型向效益型轉變，由粗放型向集約型轉變。第三，有助于改變我國建筑行業浪費嚴重的問題，有效實現綠色建筑、綠色施工。推進節能減排，實現企業的可持續發展。

3、對于公眾的價值

智慧建造是保障和改善民生的重要舉措之一。建筑與民眾生活息息相關，通過智慧建造可以實現智慧建筑、智慧家居、智慧小區等切實改進公眾生活方式，為民眾提供一個綠色、智能和宜居的建筑環境，提高民眾幸福指數，讓人們的生活更美好。

總之，隨著行業的快速發展，隨著智慧城市的推進，利用以4MC為核心的信息化先進手段，促進行業向集約化、精益化、現代化轉型升級，讓人們盡享更便利生活，并與環境和諧相處，從而構建智慧的城市，促進建筑行業進入智慧建造的新時代！