智慧城市的智慧建造

文｜劉剛

智慧建造實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的智慧化，讓企業(yè)各方受益，實(shí)現(xiàn)綠色、集約、精益的管理。讓工程質(zhì)量提升，大幅減少資源損耗和降低碳排放，降低成本、減少浪費(fèi)、減少返工、提高進(jìn)度。

城市是一個(gè)復(fù)雜的綜合體，由城市的運(yùn)營(yíng)與管理、城市的建筑與基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)與民生、城市的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)五大核心功能系統(tǒng)構(gòu)成。智慧城市是城市從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向更高階段—“智慧化”發(fā)展的新階段。它是促進(jìn)我國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促進(jìn)信息化與城市化、工業(yè)化之間的融合，推動(dòng)新型城鎮(zhèn)化、全面建成小康社會(huì)的重要舉措。

城市的特征是人、建筑和交通等的高度集中，作為人衣食住行中很重要角色的基礎(chǔ)設(shè)施和建筑，如何做到智慧，是城市能否智慧化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

智慧建筑與智慧城市的關(guān)系

隨著我國(guó)城市化步伐的加速，城市的生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展顯得越來越重要，如何在城市建設(shè)中“推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”和“建設(shè)美麗城市”乃至美麗中國(guó)都對(duì)城市建設(shè)提出了新的考驗(yàn)。

智慧城市是加強(qiáng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和運(yùn)行中的綜合應(yīng)用，整合信息資源，提升城市管理能力和服務(wù)水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，讓人們的生活更美好。作為城市重要組成部分的基礎(chǔ)設(shè)施和建筑，如何做到智慧，是城市能否智慧化和人們?cè)诔鞘兄猩钅芊窀篮玫年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此智慧城市要求以“綠色、智能、宜居”的智慧建筑來滿足整個(gè)城市的可持續(xù)發(fā)展和智慧運(yùn)行。

1、智慧城市要求綠色的建筑

我國(guó)目前建設(shè)活動(dòng)造成的污染約占全部污染的三分之一, 建筑運(yùn)營(yíng)過程中也存在高能耗的問題，造成了大量的能源和資源消耗。發(fā)展綠色建筑，倡導(dǎo)節(jié)能減排，集約低碳對(duì)于發(fā)展節(jié)能型社會(huì)與城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。

2、智慧城市要求智能的建筑

在信息社會(huì)中，人們對(duì)于建筑的概念也在發(fā)生變化，傳統(tǒng)建筑提供的服務(wù)和功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)和工作環(huán)境等方面的要求。這就需要把建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理等基本要素以及它們之間內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行優(yōu)化組合，結(jié)合通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)科技手段，從而提供一個(gè)投資合理、高效、智能、便利的環(huán)境。

3、智慧城市要求舒適宜居的建筑

舒適宜居的建筑是我國(guó)發(fā)展“宜居城市”的要求?！笆濉碧岢鑫覈?guó)城市發(fā)展思路以改善民生為目的，以降低能耗為基礎(chǔ)，以和諧、生態(tài)環(huán)保、宜居等為原則。宜居的建筑是指安全、舒適、健康、美觀等功能健全，能滿足節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展要求，符合人的生理及心理舒適性需求的時(shí)代型建筑。他是城市及世界可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力源，是提升居住品質(zhì)的重要載體。

＞＞圖1 智慧建造的框架

智慧建造的概念和內(nèi)涵

智慧城市要求智能、綠色、宜居的智慧建筑，并要求有一個(gè)集約、高效、綠色、智能的建造過程來支撐，這就需要智慧建造。這也對(duì)建筑行業(yè)及企業(yè)提出的更高要求。

如圖1所示，智慧建造就是充分利用新一代信息技術(shù)來改變建設(shè)參與各方相互交互的方式，以提高交互的明確性、效率、靈活性和響應(yīng)速度，讓我們對(duì)建筑有更透徹的感知，讓我們之間有更廣泛的互聯(lián)互通，讓建筑有更深入的智能化，實(shí)現(xiàn)“綠色、智能、宜居”的智慧建筑，來滿足整個(gè)城市的和諧發(fā)展和智慧運(yùn)行。

智慧建造的內(nèi)涵可以從四個(gè)方面理解，如圖2所示。

從范圍上來講，智慧建造包含了一個(gè)建筑的全生命周期，就是包含規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、招投標(biāo)階段、施工階段、運(yùn)維階段以及整個(gè)建筑拆除階段。

從技術(shù)上來講，智慧建造是以項(xiàng)目管理（PM）、建筑信息模型（BIM）、大數(shù)據(jù)管理（DM）、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等為代表的先進(jìn)技術(shù)為支撐建筑全生命周期的智慧化。

從特征上來講，智慧建造充分體現(xiàn)了感知化、互聯(lián)化/物聯(lián)化、智能化的特點(diǎn)。通過感知層利用傳感器、終端設(shè)備等來感知物體和環(huán)境的狀態(tài)并采集數(shù)據(jù)和信息交互，通過三網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)）傳輸?shù)綉?yīng)用層的各種應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的智慧設(shè)計(jì)、智慧施工、智慧運(yùn)維、智慧監(jiān)管等參建各方的智慧管理。

最終實(shí)現(xiàn)建造全過程以及建成后的智慧、互聯(lián)、協(xié)同的目標(biāo)。

智慧建造的信息化解決方案

實(shí)現(xiàn)智慧建造需要信息化手段來支撐，需要結(jié)合建筑行業(yè)特點(diǎn)和核心業(yè)務(wù)規(guī)劃適用的解決方案。智慧建造的信息化解決方案就是以PM（項(xiàng)目管理）為核心，以BIM為支撐，以DM為持續(xù)改進(jìn)和提升的基礎(chǔ)，充分利用云計(jì)算和移動(dòng)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧建造的過程，使建設(shè)項(xiàng)目效益最大化，最終實(shí)現(xiàn)智慧建筑。即智慧建造信息化應(yīng)用架構(gòu)4MC。

＞＞圖3 智慧建造信息化應(yīng)用架構(gòu)

如圖3所示，智慧建造信息化應(yīng)用架構(gòu)4MC主要包括平臺(tái)層、應(yīng)用層、終端層三個(gè)層。

平臺(tái)層可基于云計(jì)算技術(shù)（Cloud Computing）實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)平臺(tái)向云服務(wù)平臺(tái)轉(zhuǎn)化。應(yīng)用層始終圍繞以提升項(xiàng)目管理（Projcet Management）這一關(guān)鍵業(yè)務(wù)為核心，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的信息化，實(shí)現(xiàn)管理效益的提升。從生產(chǎn)作業(yè)的角度來講，通過“專業(yè)工具軟件支撐（BIM）”和“數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品支撐（DM）”的支撐實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建造與運(yùn)維的生產(chǎn)效率提高。終端層實(shí)現(xiàn)信息化的人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)PC終端向移動(dòng)終端（Mobile）和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用拓展。

1、4MC—PM項(xiàng)目全生命周期管理（Project Management）

項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)是建筑行業(yè)的核心業(yè)務(wù)，圍繞項(xiàng)目開展生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和管理活動(dòng)是建筑行業(yè)業(yè)務(wù)形態(tài)的顯著特點(diǎn)。

如圖4所示，對(duì)于建筑行業(yè)，項(xiàng)目管理水平的好壞決定了企業(yè)的發(fā)展好壞，決定了行業(yè)發(fā)展的水平，建筑行業(yè)的信息化要圍繞項(xiàng)目管理（PM）核心業(yè)務(wù)開展，才能取得價(jià)值的最大化。項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)信息化是基于項(xiàng)目全過程的信息化，也是支持集約化經(jīng)營(yíng)和精益化管理思想的落地。

2、4MC—BIM 建筑信息模型（Building Information Modeling）

在項(xiàng)目建設(shè)過程中，單獨(dú)的項(xiàng)目管理系統(tǒng)很難發(fā)揮作用，最大的問題就在于缺乏真實(shí)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)之間難以建立有效關(guān)系。因此需要BIM技術(shù)及產(chǎn)品的支撐，滿足作業(yè)層的生產(chǎn)需要，并產(chǎn)生真實(shí)有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

BIM（Building InformationModeling）建筑信息模型，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。BIM 是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。一個(gè)完善的信息模型，能夠連接建筑項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對(duì)工程對(duì)象的完整描述，可被建設(shè)項(xiàng)目各參與方普遍使用。BIM的可視化、參數(shù)化、數(shù)據(jù)化、可模擬化、可優(yōu)化的特性讓建筑項(xiàng)目的管理和交付更加高效和精益。

如圖5所示，基于項(xiàng)目全生命周期的BIM技術(shù)應(yīng)用是以BIM服務(wù)器為基礎(chǔ)，建模為輸入，以協(xié)同為方向，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各階段、不同專業(yè)、不同軟件產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)交換、集成與共享，為建設(shè)項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做有力支撐。

3、4MC—DM數(shù)據(jù)管理（Data Management）

隨著項(xiàng)目管理系統(tǒng)和BIM系統(tǒng)的深入應(yīng)用，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，面對(duì)海量的大數(shù)據(jù)，如何讓這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步發(fā)揮價(jià)值，需要DM數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的支撐。如圖6所示，DM數(shù)據(jù)管理包括兩個(gè)層面。

一個(gè)是數(shù)據(jù)和知識(shí)的復(fù)用和分析。我們?cè)诠ぷ骱蜕a(chǎn)過程中需要數(shù)據(jù)的支持和服務(wù)，需要復(fù)用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歷史案例工程數(shù)據(jù)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，以輔助工作和決策支持。例如需要查詢和獲取市場(chǎng)材料價(jià)格，需要獲取工程造價(jià)指標(biāo)支持造價(jià)估算，通過數(shù)據(jù)分析找出管理和生產(chǎn)的問題。

＞＞圖5 BIM技術(shù)應(yīng)用

另一方面是知識(shí)管理。在生產(chǎn)和管理過程中，會(huì)積累下很多數(shù)據(jù)和信息。需要進(jìn)行加工、處理并形成知識(shí)進(jìn)行復(fù)用。應(yīng)該說建筑行業(yè)分散性的特點(diǎn)本身就不利于管理的標(biāo)準(zhǔn)化，各項(xiàng)目的一些好的經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)無法有效積累和復(fù)用。因此更需數(shù)據(jù)的管理來支撐企業(yè)持續(xù)提高，發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值。

4、4MC—云平臺(tái)（Cloud Computing）

各系統(tǒng)中處理的復(fù)雜業(yè)務(wù)，產(chǎn)生的大模型和大數(shù)據(jù)如何提高處理效率？這對(duì)服務(wù)器提供高性能的計(jì)算能力和低成本的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力產(chǎn)生了巨大需求。通過云計(jì)算與信息化系統(tǒng)及軟件的整合，使得建筑的建造過程與運(yùn)維更加便捷、集約、靈活和高效。

云計(jì)算是分布式處理、并行處理、網(wǎng)格計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和大型數(shù)據(jù)中心的進(jìn)一步發(fā)展和商業(yè)實(shí)現(xiàn)。如圖7所示，基于“云”的服務(wù)平臺(tái)、服務(wù)模式以讓項(xiàng)目參建各方可以通過公有云和私有云，更自由的訪問數(shù)據(jù)，更高效處理數(shù)據(jù)，更便捷的協(xié)作。

5、移動(dòng)應(yīng)用及物聯(lián)網(wǎng)（Mobile Application）

建筑行業(yè)的項(xiàng)目分散性、人員的移動(dòng)性、管理的離散性等特點(diǎn)，對(duì)信息化的應(yīng)用造成了很多障礙。如何有效的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理、移動(dòng)辦公、數(shù)據(jù)采集，解決信息化最后“幾十米”的問題？可以說以往傳統(tǒng)的信息化是“辦公室”的信息化，我們需要插上網(wǎng)線，利用PC電腦終端來訪問數(shù)據(jù)和使用軟件。尤其建筑施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，項(xiàng)目管理人員多是在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和管理，抱著筆記本電腦下工地也是不方便的。因此要想實(shí)現(xiàn)全面的信息化應(yīng)用，真正的實(shí)現(xiàn)智慧建造，必須關(guān)注項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用問題，利用移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)切實(shí)解決現(xiàn)場(chǎng)人員與信息化系統(tǒng)的交互問題，才能保障數(shù)據(jù)來源及時(shí)、準(zhǔn)確。

如圖8所示，通過PAD、手機(jī)等移動(dòng)終端，結(jié)合BIM技術(shù)手段，在PAD上進(jìn)行建筑模型和圖紙瀏覽，進(jìn)行變更洽商、設(shè)計(jì)交底、施工指導(dǎo)、質(zhì)量檢查、模型瀏覽、溝通管理、設(shè)施管理等都非常高效。

＞＞圖7 云平臺(tái)

充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高現(xiàn)場(chǎng)管控能力，針對(duì)建筑的全生命周期對(duì)各階段、各部位、各實(shí)體，通過RFID、電子標(biāo)簽、測(cè)量器、傳感器、攝像頭等終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過程和運(yùn)維管理的實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能感知、數(shù)據(jù)采集和有效管理，提高作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管理能力，加強(qiáng)了人與建筑的交互。

智慧建造的關(guān)鍵價(jià)值

城市的每個(gè)建筑是智慧化的，城市的基礎(chǔ)設(shè)施與建筑的建造過程與運(yùn)維也是智慧化的，才能有效支撐智慧城市的藍(lán)圖實(shí)現(xiàn)。智慧建造主要有三個(gè)受益主體和服務(wù)對(duì)象，那就是政府、企業(yè)和民眾。

1、對(duì)于政府的價(jià)值

對(duì)于政府來講，智慧建造提供兩方面的價(jià)值。一方面是有效推進(jìn)了城市管理與服務(wù)流程的重塑和優(yōu)化。智慧建造為政府的監(jiān)管提供了協(xié)同高效的基礎(chǔ)性平臺(tái)，數(shù)字化的建筑使得單獨(dú)的建筑物納入城市綜合管理平臺(tái)更加快捷方便，讓建筑乃至城市的建造過程都能夠協(xié)同、節(jié)能、高效，實(shí)現(xiàn)智慧化?？梢詭椭谡麄€(gè)建設(shè)過程中，高效協(xié)同各個(gè)單元、各個(gè)單位、不同部門之間的工作，同時(shí)可以最終形成一個(gè)節(jié)能的、綠色的、環(huán)保、智能的建筑物，促進(jìn)城市的運(yùn)營(yíng)與服務(wù)能力的提升。另一方面是有效推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新和和智能產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。智慧建造是BIM、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)的綜合應(yīng)用的過程，也是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)被充分應(yīng)用的過程，在這個(gè)過程中，必將極大地促進(jìn)企業(yè)科技創(chuàng)新能力，加快整個(gè)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐。帶動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)朝著高附加值的新興產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

2、對(duì)于企業(yè)的價(jià)值

＞＞圖8 移動(dòng)應(yīng)用及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

第一，對(duì)于建造過程的各參與方來講，智慧建造實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的智慧化，讓企業(yè)各方受益，實(shí)現(xiàn)綠色、集約、精益的管理。讓工程質(zhì)量提升，大幅減少資源損耗和降低碳排放，降低成本、減少浪費(fèi)、減少返工、提高進(jìn)度。第二，智慧建造有助于促使企業(yè)主動(dòng)提高自主創(chuàng)新能力、核心競(jìng)爭(zhēng)力和科技創(chuàng)新能力。促進(jìn)建筑企業(yè)加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，由產(chǎn)值和數(shù)量擴(kuò)張型向注重質(zhì)量的內(nèi)涵型轉(zhuǎn)變，勞動(dòng)密集型向科技密集型轉(zhuǎn)變，由速度型向效益型轉(zhuǎn)變，由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。第三，有助于改變我國(guó)建筑行業(yè)浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，有效實(shí)現(xiàn)綠色建筑、綠色施工。推進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3、對(duì)于公眾的價(jià)值

智慧建造是保障和改善民生的重要舉措之一。建筑與民眾生活息息相關(guān)，通過智慧建造可以實(shí)現(xiàn)智慧建筑、智慧家居、智慧小區(qū)等切實(shí)改進(jìn)公眾生活方式，為民眾提供一個(gè)綠色、智能和宜居的建筑環(huán)境，提高民眾幸福指數(shù)，讓人們的生活更美好。

總之，隨著行業(yè)的快速發(fā)展，隨著智慧城市的推進(jìn)，利用以4MC為核心的信息化先進(jìn)手段，促進(jìn)行業(yè)向集約化、精益化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級(jí)，讓人們盡享更便利生活，并與環(huán)境和諧相處，從而構(gòu)建智慧的城市，促進(jìn)建筑行業(yè)進(jìn)入智慧建造的新時(shí)代！