迎接智能建造帶來的機遇與挑戰*

馬智亮

(清華大學土木工程系，北京 100084)

0 引言

智能建造意味著在設計、制造、施工在內的工程建設各階段，充分利用云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能等新一代信息技術，及建筑信息模型(BIM)、地理信息系統(GIS)、自動化和機器人等新興應用技術，通過智能化系統，提高建造過程的智能化水平。2020年7月，住房和城鄉建設部等13個部委聯合下發“關于推進智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見”，由此智能建造在建筑行業引起廣泛關注。

改革開放以來，隨著經濟的迅速發展，我國工程建設突飛猛進，建筑行業相應發展。迄今為止，我國已經建造很多世界級的高樓、鐵路、橋梁、隧洞，被譽為基建狂魔。但相比發達國家，我國人均基礎設施擁有量仍有很大發展空間。因此，為滿足人民群眾對美好生活的追求，仍有很多工程建設工作需要去做，建筑行業仍大有可為；另外建筑行業經歷多年的粗放式發展后，必然需要轉型升級。在此背景下，智能建造的提出恰逢其時，必將給我國建筑行業下一步的發展帶來深遠影響。

1 智能建造帶來的機遇

建筑行業在發展過程中，逐步引入新技術，不斷提高生產力水平。過去40年，建筑行業引入最重要的新技術包括CAD技術和信息化管理技術，極大地推動行業發展。智能建造是工程建設中系統應用新一代信息技術和新興應用技術的建造模式，可以說，智能建造給建筑行業帶來新機遇。

1.1 帶來先進的科學技術

智能建造可提高建筑行業生產力水平。歷史上，機械生產代替手工勞動，依靠電子系統和信息技術實現生產自動化，每次科技進步都帶來生產力的巨大提升。智能建造作為新型建造模式，應起同樣作用，促進建筑行業的轉型升級。從管理上看，智能化管理系統可提高管理水平，真正實現管理效益。整個行業強調企業的信息化管理，提升管理水平。通過智能化管理系統，使企業管理再上一個臺階。以施工項目計劃管理為例，目前需要人工排程、確定計劃，這樣確定的計劃優化程度取決于排程人員的經驗，而如果采用智能化計劃管理功能，則只需排程人員輸入有關基礎信息，不管排程人員是否有經驗，系統均會自動生成優化的計劃。另外，從制造階段或施工階段看，通過使用智能化裝備或設備，可大大提高工作效率，提高工作質量，降低安全風險。如在超高層建筑施工過程中使用造樓機，工期至少可縮短20%，施工質量和安全更有保障。

1.2 可解決建筑行業面臨的急迫問題

建筑行業具有工作環境差、較危險的特點，對年輕人就業沒有吸引力。據調查，目前勞務人員年齡超過40歲的占60%以上，隨著社會經濟條件的改善，越來越少的年輕一代愿意參與施工，因此出現用工荒問題，隨著時間的推移，該問題將更加嚴重。智能建造通過智能化系統，可實現完全取代人或少人化，且可改善操作環境、降低危險度。

另外，據有關資料顯示，因施工中錯誤信息傳遞導致返工，使建筑工程中存在30%的浪費。智能建造通過BIM等手段，可防止錯誤的信息傳遞，或通過信息共享減少甚至去除信息傳遞，從而避免返工，大幅度減少浪費，為企業帶來效益。

2 智能建造帶來的挑戰

智能建造雖然美好，但不可能一蹴而就。從智能建造理念的提出，到完全實現的過程中，智能建造需運用一系列智能化系統來實施，而智能化系統需要人們利用新一代信息技術和新興應用技術來實現。目前已出現部分智能化建造系統，如基于BIM的設計系統、造樓機、焊接機器人、3D打印機、砌墻機器人等，通過利用這些系統，可幫助用戶實現建造過程中局部的智能化，但要實現整個過程的智能化，仍存在一些主要挑戰。

2.1 需不斷完善智能化系統

智能化系統剛誕生時需不斷改進才能走向成功。以施工現場使用的焊接機器人為例，某機械化施工企業從開發出產品原型到完善使用，經歷長達8年的過程。當然，若系統相對簡單，花費的時間也會短些。

2.2 需集成應用新技術開發智能化系統

建筑工程最顯著的特性是建造場地的流動性、產品的單件性和多樣性。因此，需開發和利用多種多樣的系統。目前已存在的智能化系統遠遠不能滿足智能建造的需求。同時，在智能化系統開發過程中，需充分集成應用新技術。因為如人類工作，需綜合運用感知、記憶、計算、分析等能力，智能化系統同樣需要具有這些能力才能替代人類，而每種能力對應到信息技術中，都有不同的技術與之對應。如對應于記憶能力可以有BIM技術、GIS技術，對應于分析能力可以有大數據技術等。所以，智能化系統意味著多項信息技術的綜合應用，不僅帶來技術開發的難度，也會增加智能化系統的復雜度。

2.3 需大量、有效的資源投入

實施智能建造首先要購入或開發各種智能化系統，但若僅購入智能化系統進行應用，即使能夠形成企業競爭力，也很難持久，因為其他企業得知后會很快購入，并迅速獲得該競爭力。為此，有條件的企業可自行開發，或與有關廠商聯合開發，從而打造企業核心競爭力。但無論購入還是開發，都需企業投入資源。另外，企業為用好智能化系統，還需進行人員培訓、應用示范；為加強領導，還需建立相關組織機構，這些工作同樣需要投入資源。

3 企業如何發展智能建造

建筑企業應主動迎接智能建造帶來的機遇和挑戰，發展智能建造。但同其他事物一樣，發展智能建造的前途是光明的，道路是曲折的。企業發展智能建造需把握全局、科學布局、有序推進。

1)把握全局 即深刻理解智能建造的發展歷程、與信息化及BIM等應用的關系、包含的關鍵技術等；應結合企業的發展戰略和現實需求，理解相關智能化系統現狀和發展趨勢，企業對實施智能建造的要求；應理解智能化系統開發的原理、步驟和方法等。

2)科學布局 即科學地確定企業的智能建造發展目標和實現路徑。在把握全局的基礎上，結合企業發展戰略和現實需求，制定企業智能建造發展目標，并按整體規劃、分步實施的思路，確定智能建造的實現路徑。在進行科學布局時，應抓住行業智能建造的熱點。智能建造熱點即智能建造已取得一定成果的應用點。按照建造階段，可將智能建造分為智能設計、智能制造和智能施工3個方面。目前，在各方面已實現部分智能建造應用，稱為熱點。在智能設計方面，已有參數化設計、基于BIM的設計等熱點；在智能制造方面，已有基于BIM的部品深化設計、智能化部品生產管理、智能化部品存儲與運輸管理、智能化生產工廠等熱點；在智能施工方面，已有智慧工地(含BIM5D管理、基于BIM的協同管理、塔式起重機防碰撞等)、裝配式混凝土建筑智能化施工、裝配式鋼結構建筑智能化施工、建筑機器人、造樓機等熱點。這些熱點意味著已存在相應的智能化系統，并開始被應用；同時也意味著這些系統的應用在技術經濟方面大體是可行的。應首先理解這些系統，并在資源投入允許的前提下，按需引入這些系統，進行示范應用，摸索并總結應用經驗。當然，企業也應敢于創新，在熱點之外開辟新應用點。

3)有序推進 即部署相應資源，扎實地加以推進。如上所述，智能建造涉及多項技術，而這些技術往往由不同專業的人才所掌握，除建筑業自有的建筑、結構、水暖電等專業外，還包括計算機、電子工程、自動化、機械工程、軟件工程等。當然，建筑企業若同時擁有這些方面的人才更好，若不能擁有，也可采取與專業公司合作的方法。如某鋼結構公司，投入近2億元，花費3年多時間開發鋼結構智能制造系統，采用的就是該方法。該公司擁有結構工程、機械工程等人才，學習和借鑒國外先進經驗，結合生產實際需要，系統提出智能化需求，然后與外部軟件公司合作，成功開發出該系統，經過1年多的打磨，成功實現該系統在實際生產中的應用，取得很好的效果。

4 結語

智能建造是我國建筑行業的發展方向，具有可以期待的美好前景。為發展智能建造，需有長期作戰的思想準備，需全面把握智能建造，系統、分步驟地發展智能建造，保證投入，確保所需人才，關注智能建造熱點，按需應用并開發智能化系統，摸索并總結應用經驗，不斷提高智能建造水平。

致謝：本文工作得到如下基金資助：國家自然科學基金(51678345)，清華大學(土水學院)-廣聯達BIM聯合研究中心基金。