全生命期視角下施工企業數字化創新與轉型路徑初探

文｜上海建工四建集團有限公司 余芳強

1.引言

2017年，習近平總書記提出“實施國家大數據戰略，加快建設數字中國”[1]，標志著我國進入數字化時代。隨后，國務院國資委印發了《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》，開啟了國有企業數字化轉型的新篇章[2]。2021年7月，住房和城鄉建設部等13 部門聯合發布《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展》的指導意見，明確提出要在建造全過程加大BIM、物聯網、人工智能等技術的集成與創新應用[3]。在此背景下，上海建工集團股份有限公司（簡稱上海建工）在“十四五”規劃里，提出“數字化賦能的建筑全生命期服務商領跑者”的戰略定位。上海建工四建集團有限公司（簡稱“四建集團”）是上海建工旗下最大的總承包企業之一，一直在探索施工企業數字化轉型之路。

但作為傳統大型國有施工企業，數字化轉型到底如何轉，目前仍缺乏清晰的實施路徑，也缺乏可對標的成功經驗。雖然有很多研究總結制造型企業的數字化轉型成功路徑[4]，但由于建筑業信息化程度低、參與方多和各階段隔離等特點，制造型企業的數字化轉型路徑對施工企業并不完全適應。因此，本文將在文獻調研基礎上，分析企業數字化轉型優劣勢、機遇與挑戰，總結四建集團數字化創新賦能全生命期的主要應用場景，數字化轉型的主要舉措，探討施工企業數字化轉型之路，具體技術路線如圖 1 所示。

圖1 技術路線

2.四建集團數字化轉型SWOT 分析

為探索四建集團數字化轉型的路徑，本文首先對四建集團數字化轉型的優勢、劣勢、外部機遇與挑戰進行了分析。

2.1 優勢分析

本文從領導意識、專業團隊和數字化創新三方面分析了四建集團數字化轉型的優勢。

（1）領導層較早具有數字化轉型的堅定意識

“十四五”期間，上海建工提出數字化轉型的戰略，四建集團相應地將數字建造技術定位為四建集團兩大核心技術之一。四建集團領導層較早具備了數字化轉型的戰略意識，并且這個意識十多年未變，十分堅定。

（2）企業組建了數字化軟件平臺自主研發團隊

鑒于當前BIM 軟件產品不成熟的問題，四建集團自2015年開始打造數字化軟件平臺自主研發團隊。目前該團隊已有近40 人的規模，具有土木工程、軟件工程、弱電工程、人工智能、自動化等各專業人才。

（3）團隊積累了豐富的數字建造技術和平臺研發與應用經驗

最近5年，四建集團先后自主研發了智造專業系統、工程物聯網系統、智慧運維系統和智慧建造與運維工業互聯網平臺等，具有豐富的數字建造平臺研發經驗。同時四建集團還完成了上海市東方醫院、新華醫院兒科綜合樓、中共一大會議紀念館、上海圖書館東館等工程BIM 實施工作，具有豐富的BIM 應用實踐經驗。

2.2 劣勢分析

本文從基層單位管理人員意識和數字化專業團隊能力兩方面分析了四建集團數字化轉型的主要劣勢。

（1）基層管理人員數字化轉型意識和動力不足

雖然四建集團領導層數字化轉型意識較強，但調研表明四建集團大量項目經理、項目工程師、項目技術員等基層管理人員對數字化轉型意識仍不足。由于數字建造技術的價值不清晰，成功案例較少，大部分基層管理人員存在數字化轉型動力不足的問題。

（2）研發團隊成員年輕，能力有待提高

四建集團數字建造研發團隊中工作3年及以下的人員占50%以上，缺乏具有豐富現場經驗和開發能力的成熟人才。另外，作為傳統國有施工企業，招聘高水平的計算機、軟件開發等數字化專業人才難度也比較大，從而造成數字建造研發團隊能力略顯不足的現狀，需要一段時間逐步培養。

2.3 外部機遇

在充分調研的基礎上，本文從政府政策支持和外部市場需求兩方面總結了企業數字轉型的外部機遇。

（1）各級政府政策大力支持

數字中國建設和數字化轉型已成為國家戰略，因此從國家到各級地方政府相繼發布推動數字化轉型的政策文件，促進企業和項目使用BIM、物聯網、大數據、人工智能等數字化技術，探索數字化轉型之路。《2020上海市BIM技術應用與發展報告》總結分析發現，2021年全國各地政府發布了建筑業數字化相關政策40 多項，有效推動了數字建造技術發展。

（2）外部市場需求旺盛

在政府政策和自身轉型需求共同驅動下，大量政府投資項目提出了在設計、建造、運維階段應用數字技術的需求；并且在設計、施工招標文件中明確要求投標單位提供BIM、智慧工地等技術服務，這帶來了旺盛的市場需求。

2.4 外部挑戰

雖然數字化轉型是未來發展趨勢，但數字建造技術實際應用仍面臨不少實際問題，主要包括技術不完善和市場不成熟兩方面。

（1）數字建造技術和軟件不完善

調研表明，目前BIM 設計軟件、物聯網設備和智能控制設備大都來自國外，國產自主研發軟件較少。而國外軟件和設備普遍存在與國內標準不匹配，價格高等問題。因此數字建造技術推廣面臨技術和軟件不完善，性價比不高的挑戰；施工企業需要結合自身需求定制研發，從而導致大量不成熟的平臺產品“滿天飛”。

（2）數字建造市場不成熟

數字建造技術應用仍處于市場培育期，大量存在技術應用和管理流程不匹配，軟件工具與從業人員能力不匹配，技術設備與現場環境不匹配等問題。因此，需要項目管理人員的一定限度寬容和各級領導的大力支持。特別是需要通過大量的前期示范應用和培訓宣傳讓更多從業人員能夠具有應用數字建造技術的能力。

3.數字化創新賦能全生命期服務應用場景分析

四建集團較早地意識到數字建造的價值需要在建筑全生命期視角下才能充分評估，因此一直在探索全生命期各階段的數字化應用場景，包括以下六個方面：

3.1 基于數字測繪的施工策劃

隨著三維激光掃描儀、無人機傾斜攝影等智能裝備的快速發展，工程數字測繪技術在施工應用越來越廣泛。四建集團所有在建項目配置無人機，要求在施工策劃階段對施工場地進行傾斜攝影，獲取準確的地形、紅線和周圍環境數據，輔助施工場地布置；在施工過程中至少每兩周航拍一次現場現狀，用于施工進度、安全和文明工地管理，極大地提高了施工效率。

3.2 基于BIM 的正向深化設計

針對BIM 深化設計應用，四建集團總結了異形復雜建筑造型、勁性鋼結構節點、基坑底板、預制PC 構件以及多專業交叉的機房、管井、走廊吊頂、屋面等性價比較高的主要應用場景，要求所有項目全面推廣。同時，結合成功項目案例，對建模人員進行培訓，使得建模人員具有一定深化設計知識和現場經驗，從而保障建模結果可用于現場施工。

3.3 基于物聯網的施工過程遠程智能管控

隨著四建集團全國化發展，總部人員管理半徑越來越大，這對企業管理水平提出了更高的要求。四建集團一直嘗試采用智慧工地等物聯網技術對施工現場風險源進行安全監控。但試驗發現，大部分智慧工地系統性價比較低，需要結合項目管理需求，選用性價比高的應用場景。2021年，四建集團通過引入5G 技術，在所有在建項目的塔吊、門口等制高點安裝高清視頻監控攝像機；并自主研發了四建智造專業系統，以較低成本實現了在手機APP 端對全國各地150 多個項目施工現場的遠程實時、可視化、智慧化管理，縮短了管理半徑，價值顯著。

圖3 基于物聯網的工程施工風險智能化監控

3.4 數據驅動的智慧化主動式建筑運維管理

施工階段建立的BIM 和工程資料對建筑運維價值巨大，但由于一直以來施工和運維之間的信息斷層嚴重，缺乏成熟平臺支持跨階段BIM 轉化，從而造成竣工BIM 和其他信息在運維中難以直接使用。從2016年開始，四建集團在東方醫院[5]、新華醫院、上海圖書館東館（如圖4所示）、上海天文館等大量項目進行基于BIM 的智慧運維應用實踐。實踐表明，將竣工BIM 轉化為運維BIM，并融合BIM 與智能化系統數據，可形成滿足運維需求的建筑數字孿生模型，并支持數據驅動的設備故障預測、重復報修工單挖掘和能耗異常識別等智慧化運維應用，可為運維人員提供主動式、專業化的運維服務，有助于公共建筑綠色、可靠和安全運維，可提高運維滿意度，降低運維成本。

圖4 上海圖書館東館BIM 運維案例

4.數字化轉型舉措分析

在總結數字化創新實踐經驗基礎上，本節總結了四建集團數字化轉型的主要舉措，包括技術創新、生產模式創新和經營模式創新三個方面。

4.1 建造工藝和數字技術深度融合，創新研發核心技術

鑒于目前數字建造技術仍不成熟，軟硬件性價比仍較低的現狀，施工企業首先需要深度梳理自身需求，特別是當前建造工藝或施工管理中的痛點問題；然后結合先進物聯網和人工智能等數字技術，創新研發數字驅動的新型建造裝備、技術和工藝。通過數字化賦能解決痛點問題，挖掘看得見的價值，達到以點帶面的效果，推動數字化轉型。

4.2 工業化和智能化協同創新，打造新型建筑工業化生產模式

大量應用表明，工業化建造模式比傳統建造模式更適合使用數字化技術；而新型工業化建造模式也離不開數字化賦能。因此，當前階段施工企業應該更加關注工業化建造項目中的數字化應用場景，特別是列入住建部《智能建造與新型建筑工業化協同發展可復制經驗做法清單》的成熟應用場景。

4.3 打造數字化服務核心能力，助力企業經營模式創新

調研表明，上海、海南自貿港、雄安新區、深圳、廣州、南京、杭州等市場均發布了推廣數字建造技術的政策，大量政府投資工程招標都有數字建造相關能力要求，也有越來越多的業主提出了建造和運維一體化BIM 應用需求。四建集團通過多年的積累，將面向建筑全生命期的數字建造技術打造為核心技術；并在經營活動中重點推薦，有效支撐了大量醫院建筑、文化類建筑和交通樞紐等項目的承接，形成了核心技術驅動的經營模式。

5.結論

本文通過分析建筑企業數字化轉型文獻和四建集團數字化轉型優劣勢，總結了四建集團數字創新的經驗和轉型的主要舉措，得出以下結論：

（1）施工企業應該在全生命期視角下分析數字化轉型的價值，探索勘查、設計、施工、竣工、運維和更新各階段的數字化應用場景。

（2）施工企業應當從技術創新、生產模式創新、體制機制創新和經營模式創新等方面探索數字化轉型的具體路徑。

（3）鑒于目前數字建造技術不成熟、數字化人才缺乏、行業基層人員數字化意識不足的問題，技術創新和人才培養是數字化初期轉型的重點工作。