淺析建筑工程中智能制造和智能建造的創新

孟德坤 張曉欣 王賓賓 宋鵬飛 佟成龍

智能制造和智能建造作為當前建筑工程領域的熱門話題，正在成為推動建筑行業發展的關鍵力量。隨著經濟的快速發展和城市化進程的加快，建筑工程的需求量不斷增加，但傳統的施工模式和工藝已經無法滿足當下的需求。因此，引入智能制造和智能建造技術成為迫切需求。

智能制造和智能建造可提高建筑工程的生產效率和質量，還可減少資源和能源的浪費。通過引入自動化設備、數字化管理和智能監控系統，可以實現建筑工程的集成化和優化管理，從而提高建筑的安全性、舒適度和可持續性。

1 智能制造技術在建筑工程中的應用

1.1 智能制造概念及原理

智能制造是一種通過利用先進的信息技術，將傳統制造過程的各個環節進行智能化、自動化和集成化的生產方式[1]。其原理是通過物聯網、云計算、人工智能等技術，將設備、設施和人員連接起來，并通過大數據分析和機器學習實現對生產過程的優化和控制。智能制造的目標是提高生產的靈活性、效率和質量，實現更加個性化、高度定制化的產品制造。

1.2 智能制造在建筑工程中的應用

1.2.1 項目背景

智能制造技術是重要的創新驅動力。天津嘉里中心二期項目旨在充分應用智能制造技術，提升建筑工程的效率、降低成本，并提高工程質量。這個項目將作為典范，展示如何將先進的智能技術融入建筑領域，推動行業向更高水平邁進。

1.2.2 項目概況

天津嘉里中心二期項目是一項地上總面積為479394 m2的綜合性建筑規劃，涵蓋辦公、公寓和商業功能。辦公塔樓高228 m，呈現獨特的函屋頂造型，坐落于基地的東北角，營造出豐富多樣的沿河景觀。與之相鄰的居住式公寓塔樓高142.05 m，與一期公寓呈線性布局，不僅保障了景觀視線，也為城市增添了開闊的綠帶景觀。商業裙樓則連接了2 座塔樓和一期建筑，確保了商業空間的連貫性，同時協調了辦公、居住和商業使用，使各功能區域相輔相成，互不干擾。

1.2.3 智能制造的應用

在天津嘉里中心二期項目中，智能制造技術被廣泛應用，如從集成附著式升降腳手架技術到成品支架抗震支架等多項創新技術：第1，預制構件工廠化生產加工技術通過提前在工廠中生產構件，實現對建筑材料的精準控制和高效生產，極大地縮短了施工周期。同時，鋼結構深化設計與物聯網應用技術利用先進的設計和物聯網技術，提高了鋼結構的設計精度和制造效率，使其在建筑中更加穩固可靠。第2，項目采用了基于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的管線綜合技術，整合了建筑管線設計與施工，提高了施工效率和管線布置的準確性。第3，通過建筑垃圾減量化與資源化利用技術，實現對建筑廢棄物的有效管理和資源再利用，促進了建筑行業的可持續發展。同時，施工揚塵控制技術和裝配式機房建造技術也得到了應用，有效降低了施工現場揚塵對環境和工人健康的影響，并提升了建筑機房的建造效率和質量。第4，成品支架和抗震支架等先進支撐技術的使用，保障了建筑物在施工和日后使用中的安全穩定性。這些智能制造技術的應用共同為天津嘉里中心二期項目的高效建設和可持續發展提供強有力的支持。

1.2.4 項目效果

通過智能制造技術在建筑工程中的應用，天津嘉里中心二期項目在施工過程中取得了顯著的成效。高效、精準的作業大幅提升了施工效率和工程質量，降低了人工成本和施工過程中的安全風險。智能制造技術的應用確保了項目的順利實施。此外，這項技術的應用提升了建筑物的智能化管理水平，為建筑物的運營與管理提供了更高效和智能的手段。該項目將為智能制造技術在建筑工程領域的應用提供寶貴經驗。

1.3 智能制造帶來的優勢和挑戰

1.3.1 優勢

具體為：第1，提升施工效率：智能制造可以實現部分自動化和智能化的施工過程，減少人為錯誤和時間浪費，提高施工效率。第2，降低施工成本：智能制造能夠對建筑材料的生產、設備的使用以及施工工藝進行優化，以降低施工成本。第3，提高施工質量：通過智能監測和預警，及時發現和解決施工中的問題和隱患，提高施工質量和安全性。第4，個性化定制：智能制造可以根據客戶需求進行個性化定制，提供更加符合用戶需求的建筑產品和服務[2]。

1.3.2 挑戰

具體為：第1，技術挑戰：智能制造需要先進的技術支持，包括物聯網、云計算、人工智能等，需要投入大量的資金和人力資源來研發和應用這些技術。第2，數據隱私和安全：智能制造涉及大量的數據采集和處理，需要加強對數據隱私和安全的保護，防止數據泄露和濫用的風險。第3，管理與人機協作：實現智能制造需要對傳統的生產管理模式進行轉變，同時也需要人員具備與智能設備進行良好協作和配合的能力。此外，智能制造還需要考慮人員培訓和技術更新的問題。

2 天津市建筑工程中智能制造和智能建造的創新需求

2.1 天津市建筑工程現狀分析

天津市作為一個具有重要經濟地位和建筑業發展潛力的城市，其建筑工程領域的現狀顯示出一系列挑戰和發展機遇。在當前背景下，智能制造和智能建造的創新需求日益凸顯。

2.2 技術水平與需求匹配

目前，天津市建筑工程領域的技術水平迅速提升，但市場對智能制造和智能建造技術的需求并未匹配。雖然在一些大型項目中逐步應用了部分智能技術，但整體上仍存在技術應用與實際需求之間的脫節現象。

2.3 施工效率與質量提升

天津市建筑工程的施工效率和質量一直是行業關注的焦點。盡管部分項目采用了現代化的施工工藝，但在全面智能化方面仍有較大發展空間。智能制造和智能建造技術的引入有望進一步提升施工效率、降低成本，并改善工程質量。

2.4 人工成本和安全風險

天津市建筑工程面臨的人工成本逐年增長，施工安全風險也備受關注。智能制造和智能建造技術的應用有望在減少人工成本的同時，最大限度地降低施工過程中的安全風險。

2.5 建筑物智能化管理

智能化的建筑物管理系統已成為發展的必然趨勢。天津市建筑工程仍在探索如何更好地將智能技術融入建筑物的設計、建造和運營管理中，以提高資源利用效率、減少能源消耗提升居住、辦公環境的舒適度和安全性。

天津市建筑工程領域在智能制造和智能建造方面的發展尚處于起步階段，但市場需求和技術發展呼喚著更深入的應用和創新，以推動建筑工程行業向更智能、更高效、更可持續的方向發展。

3 天津市建筑工程中智能建造的創新需求

在天津市建筑工程中，智能建造的創新需求主要涉及建筑設計與仿真、智能化施工設備和工具、BIM 技術等方面。這些創新需求可有效提升建筑工程的智能化水平，提高工程質量和效益：第1，天津市建筑工程可以建立智能建筑設計和仿真模擬平臺。通過引入數字化設計和模擬技術，實現對建筑工程施工過程的先期預測和模擬，進一步優化施工方案并有效降低風險[3]。如使用虛擬現實技術可將設計方案呈現在現實空間中，以便更好地評估和調整設計方案。此外，通過仿真模擬施工過程，可以提前發現潛在問題，減少施工中的錯誤和變更，提高工程施工效率。第2，天津市建筑工程需要開發智能化的建筑施工設備和工具。智能化施工設備和工具可以實現自動化與智能化操作，減少人力投入，提高工作效率和質量。如可使用無人機進行建筑結構的巡檢和監測，大幅縮短巡檢時間，提高監測精度。同時，可以利用智能傳感器和物聯網技術實現設備與工具的聯網管理，及時監測設備狀態和工具使用情況，提高資源的利用率和維護效率。

此外，天津市建筑工程還需要推廣BIM 技術的應用。BIM 技術可實現設計、施工和管理的一體化，提高建筑工程的整體協同性和效益。通過建立全過程的信息共享平臺，各階段的設計、施工和管理團隊可以實時協同工作，更好地把握施工進度和質量。同時，BIM 技術還可以實現對施工過程的全程監控和數據分析，及時發現和解決問題，提高施工質量和效率。天津市建筑工程中智能建造的創新需求主要包括建立智能建筑設計和仿真模擬平臺、開發智能化的施工設備和工具，以及推廣BIM 技術的應用。

4 應對創新需求的措施和建議

4.1 技術創新

為了應對天津市建筑工程中智能制造和智能建造的創新需求，需要進行技術創新:第1，可以建立與企業、高校和科研機構的合作，共同研發智能建筑工程技術和裝備。通過引進和消化吸收國內外的先進技術與成果，開展創新研究，提高天津市建筑工程的技術水平和競爭力。第2，鼓勵企業加強自主研發能力，設立專門的研發機構和團隊，加大研發投入，推動技術創新。同時，建立智能建筑工程技術創新平臺，為企業和科研機構提供合作與交流的機會，促進技術創新的開展[4]。與企業、高校和科研機構建立緊密的合作關系，共同研發智能建筑工程技術和裝備。第3，加大財政資金對智能建筑工程技術研發的支持力度，設立專門的科技創新基金，鼓勵企業加大自主研發投入。培養和引進高水平的科研人才，提高技術創新的能力和水平。

4.2 人員培訓與發展

根據天津市建筑工程中智能制造和智能建造的創新需求，可制訂明確的培訓計劃和發展方向，具體包括：

1）與專業培訓機構合作，針對工程從業人員的不同層次和需求，設計培訓課程，涵蓋從基礎知識到高級技能的全方位培訓。同時，可以邀請行業內的專家和學者通過講座進行指導，分享最新的智能建造技術和實踐經驗。

2）為了激勵和獎勵員工在智能建造方面的積極參與和創新能力，建立智能建造技能認證制度。同時，組織技能競賽，評選出優秀的智能建造人才，并給予特殊的獎勵和榮譽，提高員工的競爭意識和積極性。

3）與高校的合作也是培養智能建造人才的重要途徑。與相關專業的高校建立合作關系，共同開設智能建造相關的專業課程。邀請行業內的專家和企業代表參與教學，使課程內容與實際需求緊密結合。此外，可以與高校開展實踐項目，讓學生參與實際工程項目提升他們的能力和經驗?？傊?，加強人員培訓與發展是適應天津市建筑工程中智能制造和智能建造需求的重要舉措。通過加大培訓力度，建立技能認證制度，與高校合作開設相關課程，可以培養更多的專業人才，提高人員的技術水平和創新能力，推動智能建造的發展[5]。

4.3 政策支持與規范制定

推動天津市建筑工程中智能制造和智能建造的創新，政府需要給予政策支持和制定相關規范：第1，財稅政策方面，可出臺稅收優惠政策，對從事智能建造的企業提供減免或減稅，并設立智能建造創新基金，以支持企業的風險投資和創業發展。第2，資金方面，應設立專項資金用于智能建造技術的研發和應用，并通過財政補貼鼓勵企業積極采用智能建造技術。第3，規范制定方面，應制定相關標準和規范，明確技術要求和施工流程，并通過強制性標準和認證規范智能建造行業的發展。此外，應加強對智能建造技術的監管和評估，制定技術評估指導意見，鼓勵企業采用智能建造技術。對于違法違規行為，應加大處罰力度，包括對虛假宣傳、瞞報不合格等行為的處罰。這些政策支持與規范制定將為天津市建筑工程中智能制造和智能建造的創新提供有力保障，為企業提供積極的經濟環境和良好的市場秩序。

技術創新、人員培訓與發展、政策支持與規范制定是應對天津市建筑工程中智能制造和智能建造創新需求的關鍵措施。通過不斷提升技術水平、培養專業人才，并以明確的政策支持和規范制定為后盾，可為智能建造領域的持續發展提供堅實支撐。政府、企業和科研機構的緊密合作將助力行業更快速地邁向智能化、高效化和可持續發展，為未來天津市建筑工程的智能化轉型鋪平道路。

5 結語

天津市在建筑工程領域迫切需要智能制造和智能建造技術的創新來滿足多方面需求。這包括提升工程施工效率與質量，降低成本，實現個性化定制和可持續發展。智能化將進一步自動化施工過程，優化材料生產和工藝，同時提高質量和安全性。此舉也為定制化服務和資源回收再利用鋪平道路。此外，隨著技術的演進，智能技術將持續提升工程效率、減少資源浪費，并推動建筑工程領域的全面創新。工業互聯網、全生命周期管理以及新興技術的結合將進一步提高智能化水平，并為行業提供更高效的解決方案。

綜上，智能制造和建造技術將成為天津市建筑工程領域實現可持續發展和綠色發展目標的重要推動力。政府需要緊密關注這些技術的發展，加強與產業界、研究機構的合作，以推動建筑工程的智能化轉型，實現更可持續、更高效的發展目標。