多維度推進地區(qū)建筑業(yè)智慧建造發(fā)展的思考

張守軍

天津市和平區(qū)住房和建設委員會綜合行政執(zhí)法支隊 天津 300020

丁烈云[1]院士、肖緒文[2]院士、盧春房[3]院士對智能建造給出了定義。丁烈云院士認為智能建造要以業(yè)務模式為核心，在正確發(fā)展理念的引領下，發(fā)揮數(shù)字技術穩(wěn)定、經濟、便捷等價值。在工程實踐中，錢七虎[4]院士、毛志兵[5]、李久林[6]等學者提出了智慧建造，錢七虎院士認為，智能建造是針對某項技術、某個功能和某種設備單元而言的，而智慧建造是對復雜的大系統(tǒng)和巨系統(tǒng)而言的，包括感知、認知、傳輸、服務等多功能的系統(tǒng)。智慧建造讓工程具備感知功能，建筑業(yè)將向少人化、無人化發(fā)展，未來發(fā)展空間在地下。以往專家研究成果深刻闡明智慧建造管理內涵，數(shù)字技術與建筑業(yè)融合特點，預判發(fā)展趨勢，為推動智慧建造指明了方向。

本文旨在闡明如何從多個維度推進智慧建造發(fā)展，針對四個主要維度特點和問題，逐個提出解決方案和突破點。運用管理清單和管理工具，在龐雜的管理內容中，化繁為簡，找出要因，從而指導各維度之間的互相促進，協(xié)同聯(lián)動。

1 國際、國內及天津智慧建造的發(fā)展趨勢

在國際建筑業(yè)領域，智能建造技術逐步成為發(fā)展建筑業(yè)的關鍵技術，各國均積極制定建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃和戰(zhàn)略。2020年，我國住房和城鄉(xiāng)建設部等13部委聯(lián)合發(fā)布的《推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》指出，需要大力推進建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化升級，加快建造方式轉變，推動建筑業(yè)高質量發(fā)展。

天津市已初步建成了高效率、大容量的寬帶城域網，信息基礎設施和服務能力達到國內先進水平，尤其在物聯(lián)網、云計算等新興產業(yè)方面，技術發(fā)展起步早、推廣快，已經形成以智能終端、機器人、智能安防、智能制造、智能醫(yī)療等9大領域為代表的智能科技應用場景。這些高端應用場景，都為智慧建造的需求和發(fā)展提供了充足條件。

2 地區(qū)性智慧建造的多維度推進

2.1 管理創(chuàng)新

1）政府管理層面。一是通過重點項目集中管理，對智慧建造相關行業(yè)形成引導。重點項目挖掘出攻關清單，提前布局引導相關行業(yè)，防止攻關時期資金乏力、推廣時期應用不暢的問題。目前存在問題是企業(yè)攻關創(chuàng)新動力不足，既希望政府加強智慧建造管理，帶動整個行業(yè)升級，實現(xiàn)自身成本優(yōu)化，又擔心精準監(jiān)管，使經營空間縮小。解決方案是以地區(qū)重點工程為示范和標桿，對攻關企業(yè)給予各項政策鼓勵。企業(yè)對重點工程有創(chuàng)優(yōu)、樹品牌、打造自身科技能力等需求，能夠承受高投入、強監(jiān)管。必須形成先行先試的突破點，形成創(chuàng)新成果后，通過大量標準工程推廣普及，提升整個行業(yè)的智慧建造管理水平。重點工程投資體量大，對規(guī)劃、設計、制造、施工、運維帶動作用強。以超級工程、重難點工程為突破點，實現(xiàn)智慧建造關鍵躍升，重在突破。通過反復周轉應用相關創(chuàng)新設備、技術，攤銷和降低創(chuàng)新成本，在應用中實現(xiàn)完善和迭代升級。二是在工程總承包基礎上嘗試投資建造一體化，暢通投資與建造管理鏈條，解決環(huán)節(jié)多、管理割裂問題。建筑工業(yè)化的一個發(fā)展方向是裝配式建筑，裝配式建筑設計環(huán)節(jié)安全系數(shù)過高，施工便捷性偏低，造成裝配式建筑總體成本偏高，無法替代現(xiàn)澆式建筑。投資建造一體化意義在于激發(fā)設計環(huán)節(jié)優(yōu)化創(chuàng)新，大幅度降低裝配式建筑成本，使裝配式建筑被社會主動接受，是促進建筑工業(yè)化的內源動力。具體措施上還要調動民營企業(yè)的體制優(yōu)勢，設計人員技術與成本一體化考核，設計環(huán)節(jié)創(chuàng)新突破，降低成本。發(fā)揮國有企業(yè)的課題攻關優(yōu)勢，在部件加工、連接方式、快速施工方面爭取突破，技術環(huán)節(jié)安全高效。

2）行業(yè)管理層面。強化跨界合作交流機制，發(fā)揮多專業(yè)交叉融合優(yōu)勢，實現(xiàn)技術問題的解決。行業(yè)間合作難點在于找不準跨界技術結合點。解決方案是圍繞串聯(lián)行業(yè)的業(yè)務主線，以企業(yè)自身微創(chuàng)新為起點，重視日常漸進性創(chuàng)新，匯聚企業(yè)產業(yè)鏈條上的多點創(chuàng)新，找出跨行業(yè)公司與總承包企業(yè)的結合點。例如智慧建造中BIM技術為其中一條核心主線，以三維數(shù)字技術為基礎，建立規(guī)劃、勘察、設計、建造、運維的全生命周期協(xié)同。拓展BIM的外延應用，與三維掃描、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、云平臺、物聯(lián)網、人工智能、智慧城市等深度整合，構建工程建造的數(shù)字孿生世界。

3）企業(yè)管理層面。要適度整合全產業(yè)鏈，匯聚全鏈資源，培育產業(yè)創(chuàng)新生態(tài)，實現(xiàn)建筑企業(yè)管理增效。智慧建造是復雜的大系統(tǒng)，單點突破無法形成整體收效。存在的問題是施工一線遇到問題具有時效性，產生的創(chuàng)新思路和想法，由于沒有上下游產業(yè)企業(yè)的協(xié)同，只能做局部的優(yōu)化，無法形成高水平的創(chuàng)新成果。突破口是適度發(fā)展全產業(yè)鏈，合理拓展自身產業(yè)鏈的上下游，打通企業(yè)內部產業(yè)鏈條和技術鏈條，形成高水平綜合管理成果。重大工程中，加強總承包企業(yè)與上下游企業(yè)合作，有意識地主導一批專業(yè)領域的國產化替代，國產軟件企業(yè)、國產裝備設備通過政策引導，爭取形成自主知識產權的企業(yè)產業(yè)鏈。全產業(yè)鏈整合為企業(yè)提供了產業(yè)生態(tài)環(huán)境，為國產技術迭代升級提供了產業(yè)生態(tài)圈。大型施工企業(yè)在設計能力方面的不足，建筑裝備企業(yè)在智能軟件方面的缺失，構件制造企業(yè)對施工一線組織掌控的薄弱，這些都需要通過產業(yè)鏈整合，通過智慧建造管理手段彌補，消除管理環(huán)節(jié)遲緩和技術環(huán)節(jié)錯位。

2.2 技術創(chuàng)新

1）政策引領方面，尋找技術成本與價值最佳結合點，滿足工程建設需要，建筑工業(yè)化是政策引領的代表，通過工業(yè)化解決智慧建造，通過工廠制造技術升級解決大部分的智慧建造問題，以制造業(yè)升級帶動建筑業(yè)升級。該路線涉及技術領域相對較少，能快速有效吸收工業(yè)制造國家的先進經驗，典型的為裝配式建筑的研究推廣。工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理，使我國快速提升建筑的智慧建造水平。

2）科技支撐方面，圍繞建筑業(yè)多個領域、多個環(huán)節(jié)的協(xié)同升級，需要我國在多個領域開展基礎研究和應用技術研究，在新材料方面，減輕加工成形工作量，降低后期維護難度，研發(fā)高強、高塑性和高韌性的建造鋼材；研發(fā)輕質、高性能和高耐久的混凝土；研發(fā)形狀記憶材料、智能高分子材料。在新裝備方面，降低數(shù)據(jù)延遲性，提高智能反應速度，升級攝像頭、激光掃描儀、紅外感應器、無人機等建造感知設備；發(fā)展砌墻、焊接、配筋、噴涂、混凝土3D打印機等建筑機器人技術；提升泵送機、升降機、盾構機等自動機械化水平。

3）關鍵技術方面，加強國產化，促進自主基礎軟件迭代升級。目前，在設計階段常用的核心建模軟件是Revit、Bentley和Catia，這些應用軟件由國外編程研發(fā)，強化BIM數(shù)據(jù)底層數(shù)據(jù)研究，并沒有將我國造價定額規(guī)則、行業(yè)規(guī)范等納入計算規(guī)則，在我國的適用性有待提升。為適應智慧建造的進一步發(fā)展，軟件領域迫切需要國產化，與國家標準、規(guī)范精準對接。高度重視建造信息安全，推動區(qū)塊鏈等新技術的集成與創(chuàng)新應用，構筑信息安全防火墻。

4）工程應用方面，智慧建造涉及多個行業(yè)、多個環(huán)節(jié)，缺乏統(tǒng)一的相關標準。天津雖然在全國科技領先，但一些技術標準已經被國外企業(yè)占得先機，標準的制定需要成熟技術和市場檢驗，天津在此方面還不夠成熟，尚難以獲得技術標準的制定權。例如建筑信息模型方面，我國BIM技術軟件之間缺乏聯(lián)系應用，項目軟件應用一體化研究不足。雖然我國各地也陸續(xù)發(fā)布一些針對地方的BIM標準，仍缺少管理過程中針對性的描述。所以基于BIM技術的建筑信息化標準需要統(tǒng)一，需要規(guī)范模型編輯語言及邏輯、預制構件信息格式等。在設計環(huán)節(jié)、模型環(huán)節(jié)標準化前提下，開展制造、施工、運維等環(huán)節(jié)的標準化工作。

2.3 模式創(chuàng)新

模式創(chuàng)新具有重要意義，商業(yè)模式是否成功需要先行驗證，在成功模式下開展配套技術研究，才能最大程度發(fā)揮智慧技術的效率。對管理模式、商業(yè)模式、產業(yè)模式的變化，需要保持敏感，防止缺維度、降維度，體現(xiàn)發(fā)展的全面性、創(chuàng)新性。

目前，我國的建筑產業(yè)正經歷一個重要的階段，以工業(yè)化為研發(fā)方向，數(shù)字化建造前沿技術為手段，綠色建造為最終目標。智慧建造應用場景的研究創(chuàng)新，為需求端變革、聚集配套技術研究，起到了引導作用。只有深入研究科技應用的場景，才能將實際需求與先進技術更完美地結合。從2020年開始，各大地產公司在地產科技這個領域的投入巨大，重點研究頭部企業(yè)數(shù)字化科技建設方案和智慧場景打造實例，分析房企數(shù)字化轉型的優(yōu)質方案，為提升高效能治理、創(chuàng)造高品質生活提出全新解決方案。2020年最熱門的五個場景集中在智慧建造、智慧營銷、智慧社區(qū)、智慧商業(yè)和全屋智能[6-7]。

2.4 人才創(chuàng)新

要根據(jù)不同行業(yè)、企業(yè)的特點，有針對性地培養(yǎng)創(chuàng)新領軍人物和關鍵人才，為建筑業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展注入源源不斷的人才活力。工程項目特點是將各種管理技術集成解決問題，領軍人物對哪些領域需要技術支持，各種技術綜合運用的理解更深刻。智慧建造是復雜系統(tǒng)工程，需要擅長集成的人才。領軍人物對智慧建造的深刻理解和統(tǒng)籌推動，對重難點工程取得創(chuàng)新突破起到關鍵作用。目前在科研院所和高校中推進科研項目揭榜掛帥，在建筑企業(yè)內也要針對基礎重大課題，鼓勵領軍人物擔當重大綜合課題研究。在培養(yǎng)智慧建造復合型人才方面，基于新工科建設，培養(yǎng)“人工智能＋土木建筑”的跨學科、跨專業(yè)的復合型人才，積極開展職業(yè)培訓、智能建造技術研發(fā)和實踐。在管理機制上，要健全容錯糾錯機制，形成支持大膽探索、鼓勵擔當作為的鮮明導向，營造激勵創(chuàng)新的良好環(huán)境。

通過逐項列出四個維度的特點、問題和解決方案，形成了雙矩陣管理清單。管理清單便于政府、行業(yè)、企業(yè)管理者在推進具體項目的智慧建造過程中，根據(jù)管理二八定律，依據(jù)自身優(yōu)勢，判斷主攻維度及解決方案。同時在主攻維度中根據(jù)木桶定律，找出其余三個維度的最短板，以最小的代價補齊短板。

例如具備全鏈產業(yè)優(yōu)勢的施工企業(yè)，全鏈管理優(yōu)勢明顯，確立智慧建造發(fā)展主攻維度為管理創(chuàng)新，在管理維度中通過要因分析，人才創(chuàng)新方面某一要素是最短板，迅速在該項短板上改進措施，增強管理高效性和精準性，從而實現(xiàn)智慧建造管理的快速提升。

3 未來前景展望及重點發(fā)展路徑

從智慧工地、智慧建筑到智慧小區(qū)、智慧城市，人們對便捷、高效、舒適生活狀態(tài)和綠色、宜居、智慧居住環(huán)境的向往越來越迫切。智慧建造意味著從建筑規(guī)劃、設計、施工、竣工驗收等整個過程中充分利用現(xiàn)代信息技術和信息資源，逐步提高建筑業(yè)集約化經營管理程度，使信息對建筑業(yè)的貢獻達到較高水平。智慧建造將助推建筑業(yè)的全生命周期管理，更加強調城市規(guī)劃、建設、管理的整體性和系統(tǒng)性，更加依賴高度工業(yè)化運作。建筑工業(yè)化是我國傳統(tǒng)建筑業(yè)迎來的一場大變革，信息化技術的賦能加速這場變革走向更深化。

智慧建造的管理平臺未來將更加具有綜合性，涉及行業(yè)對接更加全面，不僅是一個個行業(yè)的數(shù)字化轉型，而是多線并行彼此支撐，能夠實現(xiàn)建筑業(yè)工程問題精準對接，實現(xiàn)工程管理跨行業(yè)協(xié)同。智慧建造的數(shù)據(jù)處理將更加高效，收集快、傳送快、分析快。延遲降低，反應高效，海量有效數(shù)據(jù)的智能分析，實現(xiàn)更多領域的無人、少人管理。智慧建造的工程應用更加便捷，各種技術應用手段操作性更強，高普及和易操作將更大程度降低應用成本。

智慧建造的發(fā)展路徑是要緊緊服務于城市、城鄉(xiāng)建設發(fā)展，找到一個可持續(xù)性的盈利模式。在為建筑企業(yè)降低成本上不斷挖掘潛力，在為建筑使用方提供增值服務上創(chuàng)新突破。政府、行業(yè)、企業(yè)三個層面均要持續(xù)深入研究，要在全球范圍內摸索學習最好的盈利模式。

4 結語

天津市作為京津冀一體化的重要城市，利用承接北京非首都功能的契機，充分挖掘海陸樞紐城市、制造城市、商業(yè)城市、北方數(shù)據(jù)中心優(yōu)勢，重點研究交通樞紐、臨港建筑、先進場館、大型社區(qū)、現(xiàn)代商業(yè)建筑的智慧建造綜合技術，在建筑業(yè)的智慧建造領域不斷創(chuàng)新應用場景。不斷推進建筑業(yè)的工業(yè)化、數(shù)字化、智能化升級，由建筑業(yè)的智慧建造，到城市整體應用的智慧升級，促進智慧建造與智慧城市融合，實現(xiàn)天津建筑業(yè)整體建造方式轉變，推動建筑業(yè)向更高階段發(fā)展。