工程建設行業數字化轉型的探索與思考

鮑 逸（上海市房屋安全監察所，上海 200002）

工程建設行業是傳統基礎性產業，也是我國國民經濟的重要產業，是我國經濟建設的重要組成部分。但建筑業生產方式比較粗放、勞動生產率低、工業化程度低、科技創新能力明顯不足，與國家高質量發展的需求差距較大。隨著市場環境與政策的變化、國家對節能環保要求的逐步提高以及勞動力短缺逐漸凸顯等因素，建筑行業正面臨新的機遇和挑戰。工程建設領域企業需把握好數字化轉型的歷史機遇，以技術創新來主動迎接技術變革帶來的挑戰。

1 數字化轉型的政策背景

我國高度重視數字化發展，國家和部門出臺了多項數字化轉型相關的政策黨的十九屆五中全會通過的“十四五規劃”和 2035 遠景目標綱要[1]指出要加快數字化發展，并對數字化技術賦能傳統產業轉型升級做了系統部署。

住建部、發改委等 13 個部門聯合印發的《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》（建市[2020]）60號）[2]提出了我國智能建造與建筑工業化協同發展的目標，并對建造方式變革和建筑業高質量發展提出了新的要求。通過提升建筑工業化、技術創新、信息化、綠色建造等重點任務，推進建筑工業化、數字化和智能化升級。

國務院國資委印發的《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》[3]提出了建筑類企業數字化轉型的具體要求，通過數字化技術的集成應用來助力智慧城市建設。

上海市委、市政府公布《關于全面推進上海城市數字化轉型的意見》[4]指出要用數字化、信息化技術來解決超大城市治理和發展的難題，形成超大城市的精細化治理模式。

這一系列政策對工程建設行業的發展提出了新的要求，并指明了新的發展方向。

2 工程建設行業數字化轉型的主要問題

過去幾十年，我國建設行業成就斐然，完成了上海中心大廈、港珠澳大橋等重大工程，工程建造水平在世界范圍內名列前茅。但建筑行業的生產方式比較粗放、勞動生產率低、科技創新能力明顯不足。近年來，廣大工程建設企業積極適應數字化發展的新形勢新要求，在數字化轉型方面取得了顯著的成效，但仍存在一些問題[5]。

2.1 不同階段、專業和業務模塊協同性不足

規劃、設計、施工和運營等階段高度獨立，缺乏多階段共享與互動。目前，大多數信息化平臺功能較單一，無法覆蓋建筑各個階段，連全生命周期信息化平臺也只能覆蓋規劃、設計、施工和運營等階段的某一個階段，妨礙了流程的有效貫通和統一協作。

建設行業每個階段涉及多專業協同及相互提資。不同專業使用的計算軟件不同，使用的信息化平臺之間數據模型不同，多專業之間的協同性較差。另外，單方面專業設計工作的改變，可能造成其他專業設計工作的反復。

目前，不同工程建設單位建設了經營管理信息系統、項目管理系統等信息化系統，但不同信息化系統之間完全獨立，可交互性差。

2.2 海量數據缺乏管理和共享機制

工程建設行業數據資源十分豐富，但數據來源繁雜，由于數據格式不統一，且缺少共享機制，信息無法有效利用。如何將不同的數據進行統一的存儲、訪問、共享和再利用，是工程建設行業數字化轉型的關鍵所在。

2.3 缺乏統一的數據模型和架構

由于缺乏頂層設計，模型和平臺的數據結構不一致；數據模型中數據體系也可能不一致，導致模型不具備共享和交互特性，例如設計模型中缺少力學分析模型需要的荷載信息。

3 工程建設行業數字化轉型的不同階段

3.1 項目管理的信息化

項目管理的信息化包括內部管理模塊，以及項目現場的安全、質量和環境等生產模塊，兩者相互協同，實現對項目進展和關鍵指標的精細化實施進行監控。通過信息化實現標準化管理、規范化生產以及一體化協同，提升建筑行業的管理水平。

3.2 業務場景的在線化

在信息化的基礎上，實現業務場景的在線化，包括在線化管理以及生產現場的交互。通過在線連接的實時交互提升管理的效率，并創新服務模式。

3.3 項目決策的智能化

隨著數字化的進一步發展，信息化和在線化技術不斷成熟，且數據積累越來越多，為項目決策智能化奠定了基礎。

4 建筑全生命期數字化技術探索

隨著大數據、機器學習、云計算、BIM、VR、AI 和 5 G等信息技術的發展，工程建設行業逐漸向數字化、信息化和智能化發展。主要包括傳統產業轉型升級的產業數字化模式，以及基于大數據、物聯網和數字孿生等新一代數字技術的數字產業化模式。目前，數字化技術在工程建設的全生命周期中得到了應用[6]。

4.1 數字化測繪

隨著三維激光掃描技術和無人機攝影測量技術的出現及廣泛應用，數字化測繪技術為地形測繪和歷史建筑測繪提供了全新思路。數字化測繪技術不僅自動化程度高，獲得的圖形屬性信息豐富，而且測繪結果存儲方便。

目前，由于無人機承載重量有限，而部分高精度設備的體積或重量過大，傳統測繪仍占一定的比例。測繪學界和業界已經開始智能化測繪技術的研發，實現數字化測繪向智能化測繪轉型升級。

4.2 數字化協同設計

目前，設計人員普遍面臨工作強度大、重復性勞動多等問題，不少設計單位正著手研發三維數字化設計平臺[7]，支持正向三維協同設計，實現不同參建方的設計協同和虛擬施工等。

4.3 智能建造

當前建筑行業勞動力短缺，人力資源成本逐漸提高，且存在浪費資源和破壞環境等問題。智能建造是以土木工程為基礎，使用智能化的材料、機械和設備，在建設工程全產業鏈采用先進的技術和手段的建造方式。其顯著特點包括：信息化設計、數字化生產、智慧化施工、全生命周期管理和大數據集成等。同濟大學已在國內率先開設了智能建造專業，聚焦培養智能建造專業卓越后備人才。

BIM 技術、新型工業化建筑技術的發展為智能建造的落地提供了支持。很多大的施工單位如上海建工等正大力推廣智慧工地建設，應用云計算、物聯網、5G 終端、AI 智能、BIM 等技術，顯著提高施工現場的人、機、料、法、環等資源集中管理水平，實現施工建造全過程動態精細化管控，確保工程項目的安全、質量、進度以及文明施工，建構起涵蓋建筑數字化交付與全生命期運維的業務體系。

人工智能在傳統工程建設現場作業中的應用越來越多。碧桂園等房地產企業成立了機器人公司，專門研發適合建筑工地使用的智能機器人，如砌墻機器人、焊接機器人等，通過三維激光掃描、機器視覺、智能識別等技術，實現對全要素的全過程管理，實現施工數字化。

4.4 智慧診斷和運維

我國處于高速建設階段后期，建設方式逐漸轉為存量提質改造和增量結構調整并重，大量的建筑和基礎設施面臨診治與提升需求。傳統的檢測和診治手段存在檢測效率相對較低、部分檢測精度較差，現場作業和內業處理耗費大量的人力物力等問題。目前，房屋檢測機構如上海市建筑科學研究院房屋質量檢測站等研發了基于多源數據融合的建筑精細化測繪與實景建模、材料強度自動化檢測、損傷智能識別、損傷協同記錄系統等智能檢測技術，提高了現場檢測效率和精度，降低了人工成本。今后在結構安全的智能診斷方面還有待進一步研發。

建筑的運營期是建設期的 10 倍，甚至更長，建筑智慧運維是建筑業轉型升級的核心關鍵?；诮ㄖ镏械奈锫摼W設備，對建筑運行數據進行實時采集和上傳，在云端基于人工智能的算法，對建筑中的設備進行智能控制，實現運行狀態實時感知、性能預測和智能預警等。智慧運維包括智能感知技術、數據智能融合技術和 AI 決策與控制等幾個方面，充分結合移動互聯技術、物聯網技術，實現基礎感知、場景全景展示、設備管理/控制、數據融合分析、交互查詢、數據可視化及輔助決策等功能模塊的一體化管理。

5 工程建設行業數字化轉型的幾點建議

從現實來看，我國工程建設行業數字化轉型仍然面臨著不少的挑戰。數字化轉型很大程度上依賴基礎信息技術和建筑工業化水平。工程建設行業生產體系高度復雜、涉及專業較多，行業實現全面數字化轉型難度很大。另外，數字化轉型初期需要額外的投入且部分數字化技術帶來的價值短期內不能直接體現，就難以形成市場內在動力。建議工程建設行業在以下方面加強投入和研發[8]。

5.1 加強頂層設計和總體規劃

工程建設行業產業鏈涉及環節多，生產方式比較粗放，轉型升級需要經過一個不斷深入的發展過程。應結合企業的業務特點，統籌業務、數據、技術、研發等各個方面，合理確定數字化轉型的戰略目標和不同階段的重點任務，推進企業信息化、數字化與業務的深度融合。

5.2 加強平臺標準體系建設

工程建設行業的平臺建設涉及多個行業、多個領域和多個專業，需加強標準的統籌規劃，建立健全工程建設行業的平臺建設標準體系，為平臺的建設提供依據。

5.3 加強數據共享和利用

數據越來越成為當今的重要資產，要應用大數據技術發揮數據的價值。通過制定統一的數據、接口和調用標準，建立有效的溝通機制，不同部門在政策、數據和平臺系統方面能協同共享。

5.4 推動科技創新

工程建設行業數字化轉型對傳統信息技術提出較高要求。數字化轉型必須依靠科技創新，在 BIM 技術、智能制造、智慧運維等方面，提出新的解決方案。

5.5 加強數字化人才培養

數字化轉型不僅僅是技術領域的革新，更需要數字化人才的發展，數字化人才的培養是數字化轉型的重要一環。企業要培養能夠真正運用數字化技術解決企業發展中痛點問題的專業化人才隊伍，還要加強對技術工人隊伍的培養。

6 結 語

數字化轉型是工程建設行業發展的必然，工程建設行業需要在頂層設計、標準體系建設、數據共享、技術創新、人才培養等方面加強投入和研發，實現行業的數字化轉型。智能建筑、智慧城市、新基建等給建筑業帶來巨大紅利，工程建設領域企業要把握機遇、抓住機遇，以數字化、信息化賦能高質量發展，助力智慧城市建設。