建筑結構丨智能建造是什么、為什么、做什么、怎么做？
時間:2021-11-20 11:34來源:未知 作者:一百一教育 點擊:
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建筑結構丨智能建造是什么、為什么、做什么、怎么做？
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智能建造已成為建筑業發展的必然趨勢和轉型升級的重要抓手。但是目前在推進智能建造過程中仍存在不落地、不務實的情況。本文從智能建造是什么、為什么和做什么等方面對智能建造的內涵、意義以及內容進行介紹，最后就如何務實推進智能建造提出建議。
建造是建設工程項目的“制造”全過程，是基于全壽命期考慮的工程立項策劃、設計和施工的總稱。工程建造與其他工業產品制造一樣，必須立足于產品的全生命期的經濟技術性能和效益的最大化。
智能建造是面向工程產品全生命期，實現泛在感知條件下建造生產水平提升和現場作業賦能的高級階段；是工程立項策劃、設計和施工技術與管理的信息感知、傳輸、積累和系統化過程，是構建基于互聯網的工程項目信息化管控平臺，在既定的時空范圍內通過功能互補的機器人完成各種工藝操作，實現人工智能與建造要求深度融合的一種建造方式。
推進智能建造應該著重從3個重點內容著手：一是構建工程建造信息模型（EngineeringInformationModeling，簡稱EIM）管控平臺，EIM管控平臺是針對工程項目建造的全過程、全參與方和全要素的系統化管控而開發的建造過程多源信息自動化管控系統；二是數字化協同設計，利用現代化信息技術對工程項目的工程立項、設計與施工的策劃階段，進行全專業、全過程、全系統協同策劃；三是機器人施工，在EIM管控平臺和建筑信息模型技術的驅動下，機器人代替人完成工程量大、重復作業多、危險環境、繁重體力消耗等情況下的施工作業。
支撐智能建造的基礎工作是三維圖形描述、圖形引擎和平臺的開發以及建筑的三維空間描述和真實感表達的系列軟件開發。智能建造應特別強調機器人代替人進行現場施工，從而改善建筑業作業形態，逐漸實現施工現場少人化，直至無人化施工。
改革開放以來，我國建筑業發展迅速，取得了巨大成績。主要有以下幾個方面：一是國民經濟的支柱產業作用更加突出，2020年建筑業增加值占國內生產總值比重為7.18%，帶動上下游50多個產業發展，并提供了大量的就業崗位；二是為城鎮化建設和民生改善作出重要貢獻，2020年我國城鎮化率超過60%，2019年我國城鎮居民人均住房建筑面積為39.8平方米，比1978年提高了近5倍；三是我國建造水平不斷提升，全球前10位的超高層建筑我國占據7位，諸如國家體育場（鳥巢）、北京大興國際機場、G20杭州峰會主會場等一批公共建筑驚艷世界，我國在超深、超長、超高和超大跨等工程結構領域的建造能力持續提升，廣受世人贊譽；四是我國建筑業對外承包營業額穩步增加，國際競爭力提高，2019年對外承包營業額與合同額分別比上年增長2.28%和7.63%，占全球250強總額度的24.4%；五是用信息技術改造建筑業方面成效顯著，現在建筑業對信息技術的依賴無處不在，很難想象如果沒有信息與建造技術的高度融合，類似“兩山”醫院這樣的工程項目怎么能夠如此高效完成，因此，信息技術促使建筑業的工作效率大幅提升。
然而，隨著我國經濟由高速增長轉向高質量發展階段，建筑業逐漸進入存量時代，發展面臨下列挑戰：一是傳統管理體制和建造模式相對落后，效率不高。二是勞動密集、現場作業環境差、勞動強度高的情況沒有根本改變，產業用工成本高，就業吸引力弱，勞動者老齡化嚴重。三是行業的信息化水平不高，智能建造推進總體滯后。主要表現為簡單搬用外國技術，原創性技術不多，少有自主知識產權的文字和圖形處理的基礎性軟件系統；少有高效實用的人工智能工具和施工現場作業機器人；缺乏切實推動工程項目智能建造有效實施的數字化管控平臺，促進行業轉型升級的效果不明顯。
綜上，目前在推動智能建造方面，除了建筑業的信息化水平有較大提升之外，我國已經擁有世界最大的建筑信息模型（BIM）技術應用的體量，在機器人的研制方面也已起步，但我們沒有自主知識產權的BIM基礎平臺和三維圖形系統及其引擎。建造信息技術的巨量投入被碎片化，少有在解決智能建造“卡脖子”技術方面的明顯突破，智能建造推進面臨的挑戰非常嚴峻，應該引起業內的高度重視。
我國一直高度重視信息技術與產業發展間的融合。世界正在進入以信息產業為主導的經濟發展時期。我們要把握數字化、網絡化、智能化融合發展的契機，以信息化、智能化為杠桿培育新動能，帶動建筑業轉型升級。
2011年、2015年、2016年，住房和城鄉建設部先后發布了《2011~2015年建筑業信息化發展綱要》《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》和《2016~2020年建筑業信息化發展綱要》等文件，要求建筑業企業對大數據、云計算、物聯網、3D打印以及智能化等技術進行應用。2020年7月，住房和城鄉建設部等多個部門頒發《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，進一步明確提出了智能建造與建筑工業化協同發展的智能建造產業體系。推進智能建造已經成為國家推進建筑業高質量發展的關鍵舉措。
基于目前我國建筑業的現狀分析和政策導向，建筑業推進智能建造已是大勢所趨，重點體現在以下方面：
一是建筑業高質量發展要求的驅使。建筑業要走高質量發展之路，必須做到“四個轉變”：從“數量取勝”轉向“質量取勝”；從“粗放式經營”轉向“精細化管理”；從“經濟效益優先”轉向“綠色發展優先”；從“要素驅動”轉向“創新驅動”。實現這些轉變，智能建造是重要手段。
二是工程品質提升的需要。進入新時代，經濟發展的立足點和落腳點是最大限度滿足人民日益增長的美好生活需要，其中工程品質提升是公眾的重要需求。工程品質的“品”是人們對審美的需求；“質”是工藝性、功能性以及環境性的大質量要求。推進智能建造是加速工程品質提升的重要方法。
三是改變建筑業作業形態的有力抓手。建筑業屬于勞動密集產業，現場需要大量人工，如何堅持“以人為本”的發展理念，改善作業條件，減輕勞動強度，盡可能多地利用建筑機器人取代人工作業，已經成為建筑業尋求發展的共識。
四是提升工作效率，推動行業轉型升級的必然。目前建筑業勞動生產率不高，主因是缺少建造全過程、全專業、全參與方和全要素協同實時管控的智能建造平臺的高效管控，缺少便捷、實用和高效作業的機器人施工。
五是實現“零距離”管控工程項目的利器。推進智能建造充分發揮信息共享優勢，借助于互聯網和物聯網等信息化手段，建造相關方可以便捷使用的工程項目建造管控平臺，實現零距離、全過程、實時性的管控工程項目。
“新基建”的提出，為加速推進智能建造提供了難得機遇。“新基建”主要包括第五代移動通信技術基站、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、工業互聯網等領域。“新基建”推動了新興技術的信息基礎設施，新興技術與“舊基建”融合的基礎設施和支撐科學研究、技術開發、產品研制的創新基礎設施3類基礎設施建設。新基建為加速推進智能建造提供了更加完善的基礎設施條件，我們務必抓住機遇，努力進取，加速推進智能建造。
通過智能建造推進，切實實現建筑業轉型升級和提質增效，應重點做好如下幾個方面的工作：
進一步明確政府、行業、企業在推進智能建造過程中的作用和職責，快速形成協同推進之大勢，對于促進智能建造至關重要。
智能建造是傳統建造技術與現代化技術高度融合的建造方法，其綜合性和創新性極強，不能一蹴而就，必須科研工作先行，持續加大科研投入，持續進行科技攻關，方能取得實質性效果。
工程項目的系統化管控是實現建筑業高質量發展的基本要求，創建EIM管控平臺，實現工程項目的系統化管控，對于提升建筑業管理水平具有舉足輕重的作用，應列入智能建造推進工作的優先選項。
建立工程總承包企業主導，電子、機械、信息與控制等多專業參與的科技攻關體系，組織多專業進行建造機器人研制的聯合攻關，加速施工作業機器人推廣使用。
第五，構建面向項目層、企業層、集團層的PRP-ERP-GRP管理系統。
智能建造應針對工程項目建造的不同角色，構建政府、業主、設計、總承包和專業分包等相關方共享共用的工程項目智能建造的管控平臺；在集團、企業和項目3個層面體現權責分工，聚焦項目策劃能力、資源整合能力和過程管控能力提升，進行流程優化和固化，形成圍繞工程項目不同管控主體的PRP-ERP-GRP系統，賦能提質增效。
構建建筑、結構、水、暖、機電、裝飾等多專業協同設計的數字化平臺，打破各專業設計分離的現狀，從整體層面設計工程產品，達到整體工程質量最優。
第七，研發“工程建造+”，將新型技術融入傳統建造技術。
智能建造推進更應關注針對施工過程的工藝、工序特點，環境感知要求，融合“大智云物移”等現代化信息技術，形成“質量安全+”“幕墻工程+”“鋼筋工程+”等融合技術，以便實現施工的高效化、工藝的精細化和工程的品質化。
第八，重視開發自主知識產權的計算機底層支撐系統、操作系統和辦公系統。
目前普遍使用的計算機三維圖形及其BIM系統、底層操作系統windows以及辦公系統office大多源自境外，開發自主可控的支撐智能建造的計算機軟件系統，對于提升核心技術能力至關重要。
綜上，智能建造是復雜的系統工程，應以提質增效為目標，不作秀，不浮躁，全面部署，扎實推進，方可取得實效。
智能建造在我國起步較晚，但是目前已具備良好基礎，應借助我國大市場的優勢，停止作秀，扎實推進，務求實效，改變目前智能建造技術和管理碎片化的開發狀態。
第一，加快工程項目管理體制機制的變革，加速推進工程項目總承包模式。
推進智能建造需要工程項目立項策劃、設計、施工的建造全過程協同進行，呼喚“工程總承包+全過程工程設計咨詢服務”的工程項目管理體制機制的加速推進。
工程總承包企業應承擔“工程總承包負總責”的責任，管理觸角向前后延伸；以注冊建筑師為主導的工程設計咨詢應對建筑全生命期的運行質量、環境適宜性和功能性等承擔相應責任。
建立“大設計”理念是智能建造推進的充分和必要條件，著力推進土建與機電設備的施工圖與專項施工圖設計及其深化設計、工程組織設計、工程施工組織設計、工程施工方案設計的“工程項目四個同步設計”。
一是研發具有自主知識產權的三維圖形系統；二是研發BIM；三是構建基于BIM的EIM管控平臺；四是研制人工智能設施，如智能監測設施、功能各異的機器人設施等。
城市建設信息管控平臺（CIM）應在城市規劃的基礎上，集成區域內的建筑、市政、鐵路、公路、橋梁、水利等各類工程的EIM管控平臺信息。通過EIM管控平臺信息合成、累積和過濾而形成。即智能建造是復雜的系統工程，應以行業“提質增效”為導向，整體規劃，分步實施，秉承“不求一次成優，但求取得實效”的持續改進思路，為切實提高行業發展質量作出貢獻。
第三，基于工程建造的復雜性，應在工程建造服務、管理、場景和流程再造、創新和固化研究的基礎上，會同軟件開發商“化整為零”開發若干子系統，在推廣應用的基礎上持續改進，進而針對不同需求進行相應子系統組合，實現若干子系統的集成“積零為整”，逐漸形成適于工程項目多方協同的系統化管控平臺，實現對工程項目實施的全過程、全要素和全參與方管控，最終創建具有我國原創血統的工程項目建造的信息流、物資流、資金流實時管控和運行的系統化工作平臺——EIM管控平臺。
第四，創新開發思路，創建我國具有自主知識產權的圖形系統。
現行BIM三維圖形輸入的參數化設計方法，與我國技術人員熟悉的輸入方法不相吻合，普及性差。應該凝聚優勢資源，創新開發思路，在我國技術人員熟悉的平面設計方法的基礎上開發系統的內設轉換軟件，自動生成三維空間圖形，進行真實感表現，攻克“卡脖子”的三維圖形系統的技術難關，研究形成我國具有自主知識產權的三維圖形引擎、平臺和符合中國建造需求的BIM系統。
第五，加速研制和推廣應用人工智能設施，如智能監測設施、功能各異的機器人設施等，特別應圍繞工程建造的點多、面廣、量大和勞動強度高、作業條件差的工藝工序，構建EIM管控平臺與工藝技術聯動聯控的機器人作業環境，進行機器人研制。
智能建造是通過計算機技術、網絡技術、機械電子技術、建造技術與管理科學的交叉融合，促使建造及施工過程實現數字化設計、機器人主導或輔助施工的工程建造方式，是加快建筑業轉型升級，實現建筑業現代化的主導途徑。
智能建造以工程全生命期綜合效益最大化為目標，重點關注管理流程再造，重點強調建造過程的質量安全保障和資源系統管控、數字化設計和機器人作業的協同建造方式。讓我們攜手并進，秉承原始創新、集成創新、引進消化吸收再創新的方法，注重實效，不懈探索，辛勤耕耘，扎實推進智能建造。
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