全生命期視角下施工企業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型路徑初探

文｜上海建工四建集團(tuán)有限公司 余芳強(qiáng)

1.引言

2017年，習(xí)近平總書記提出“實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)”[1]，標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。隨后，國(guó)務(wù)院國(guó)資委印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)國(guó)有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》，開啟了國(guó)有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新篇章[2]。2021年7月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等13 部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展》的指導(dǎo)意見(jiàn)，明確提出要在建造全過(guò)程加大BIM、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的集成與創(chuàng)新應(yīng)用[3]。在此背景下，上海建工集團(tuán)股份有限公司（簡(jiǎn)稱上海建工）在“十四五”規(guī)劃里，提出“數(shù)字化賦能的建筑全生命期服務(wù)商領(lǐng)跑者”的戰(zhàn)略定位。上海建工四建集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱“四建集團(tuán)”）是上海建工旗下最大的總承包企業(yè)之一，一直在探索施工企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路。

但作為傳統(tǒng)大型國(guó)有施工企業(yè)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型到底如何轉(zhuǎn)，目前仍缺乏清晰的實(shí)施路徑，也缺乏可對(duì)標(biāo)的成功經(jīng)驗(yàn)。雖然有很多研究總結(jié)制造型企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型成功路徑[4]，但由于建筑業(yè)信息化程度低、參與方多和各階段隔離等特點(diǎn)，制造型企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑對(duì)施工企業(yè)并不完全適應(yīng)。因此，本文將在文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，分析企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型優(yōu)劣勢(shì)、機(jī)遇與挑戰(zhàn)，總結(jié)四建集團(tuán)數(shù)字化創(chuàng)新賦能全生命期的主要應(yīng)用場(chǎng)景，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要舉措，探討施工企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路，具體技術(shù)路線如圖 1 所示。

圖1 技術(shù)路線

2.四建集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型SWOT 分析

為探索四建集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的路徑，本文首先對(duì)四建集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、外部機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析。

2.1 優(yōu)勢(shì)分析

本文從領(lǐng)導(dǎo)意識(shí)、專業(yè)團(tuán)隊(duì)和數(shù)字化創(chuàng)新三方面分析了四建集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的優(yōu)勢(shì)。

（1）領(lǐng)導(dǎo)層較早具有數(shù)字化轉(zhuǎn)型的堅(jiān)定意識(shí)

“十四五”期間，上海建工提出數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略，四建集團(tuán)相應(yīng)地將數(shù)字建造技術(shù)定位為四建集團(tuán)兩大核心技術(shù)之一。四建集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)層較早具備了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略意識(shí)，并且這個(gè)意識(shí)十多年未變，十分堅(jiān)定。

（2）企業(yè)組建了數(shù)字化軟件平臺(tái)自主研發(fā)團(tuán)隊(duì)

鑒于當(dāng)前BIM 軟件產(chǎn)品不成熟的問(wèn)題，四建集團(tuán)自2015年開始打造數(shù)字化軟件平臺(tái)自主研發(fā)團(tuán)隊(duì)。目前該團(tuán)隊(duì)已有近40 人的規(guī)模，具有土木工程、軟件工程、弱電工程、人工智能、自動(dòng)化等各專業(yè)人才。

（3）團(tuán)隊(duì)積累了豐富的數(shù)字建造技術(shù)和平臺(tái)研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

最近5年，四建集團(tuán)先后自主研發(fā)了智造專業(yè)系統(tǒng)、工程物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智慧運(yùn)維系統(tǒng)和智慧建造與運(yùn)維工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等，具有豐富的數(shù)字建造平臺(tái)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)四建集團(tuán)還完成了上海市東方醫(yī)院、新華醫(yī)院兒科綜合樓、中共一大會(huì)議紀(jì)念館、上海圖書館東館等工程BIM 實(shí)施工作，具有豐富的BIM 應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2.2 劣勢(shì)分析

本文從基層單位管理人員意識(shí)和數(shù)字化專業(yè)團(tuán)隊(duì)能力兩方面分析了四建集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要劣勢(shì)。

（1）基層管理人員數(shù)字化轉(zhuǎn)型意識(shí)和動(dòng)力不足

雖然四建集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)層數(shù)字化轉(zhuǎn)型意識(shí)較強(qiáng)，但調(diào)研表明四建集團(tuán)大量項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目工程師、項(xiàng)目技術(shù)員等基層管理人員對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型意識(shí)仍不足。由于數(shù)字建造技術(shù)的價(jià)值不清晰，成功案例較少，大部分基層管理人員存在數(shù)字化轉(zhuǎn)型動(dòng)力不足的問(wèn)題。

（2）研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員年輕，能力有待提高

四建集團(tuán)數(shù)字建造研發(fā)團(tuán)隊(duì)中工作3年及以下的人員占50%以上，缺乏具有豐富現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和開發(fā)能力的成熟人才。另外，作為傳統(tǒng)國(guó)有施工企業(yè)，招聘高水平的計(jì)算機(jī)、軟件開發(fā)等數(shù)字化專業(yè)人才難度也比較大，從而造成數(shù)字建造研發(fā)團(tuán)隊(duì)能力略顯不足的現(xiàn)狀，需要一段時(shí)間逐步培養(yǎng)。

2.3 外部機(jī)遇

在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文從政府政策支持和外部市場(chǎng)需求兩方面總結(jié)了企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型的外部機(jī)遇。

（1）各級(jí)政府政策大力支持

數(shù)字中國(guó)建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為國(guó)家戰(zhàn)略，因此從國(guó)家到各級(jí)地方政府相繼發(fā)布推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的政策文件，促進(jìn)企業(yè)和項(xiàng)目使用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)，探索數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路。《2020上海市BIM技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展報(bào)告》總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，2021年全國(guó)各地政府發(fā)布了建筑業(yè)數(shù)字化相關(guān)政策40 多項(xiàng)，有效推動(dòng)了數(shù)字建造技術(shù)發(fā)展。

（2）外部市場(chǎng)需求旺盛

在政府政策和自身轉(zhuǎn)型需求共同驅(qū)動(dòng)下，大量政府投資項(xiàng)目提出了在設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維階段應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的需求；并且在設(shè)計(jì)、施工招標(biāo)文件中明確要求投標(biāo)單位提供BIM、智慧工地等技術(shù)服務(wù)，這帶來(lái)了旺盛的市場(chǎng)需求。

2.4 外部挑戰(zhàn)

雖然數(shù)字化轉(zhuǎn)型是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，但數(shù)字建造技術(shù)實(shí)際應(yīng)用仍面臨不少實(shí)際問(wèn)題，主要包括技術(shù)不完善和市場(chǎng)不成熟兩方面。

（1）數(shù)字建造技術(shù)和軟件不完善

調(diào)研表明，目前BIM 設(shè)計(jì)軟件、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和智能控制設(shè)備大都來(lái)自國(guó)外，國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)軟件較少。而國(guó)外軟件和設(shè)備普遍存在與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)不匹配，價(jià)格高等問(wèn)題。因此數(shù)字建造技術(shù)推廣面臨技術(shù)和軟件不完善，性價(jià)比不高的挑戰(zhàn)；施工企業(yè)需要結(jié)合自身需求定制研發(fā)，從而導(dǎo)致大量不成熟的平臺(tái)產(chǎn)品“滿天飛”。

（2）數(shù)字建造市場(chǎng)不成熟

數(shù)字建造技術(shù)應(yīng)用仍處于市場(chǎng)培育期，大量存在技術(shù)應(yīng)用和管理流程不匹配，軟件工具與從業(yè)人員能力不匹配，技術(shù)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不匹配等問(wèn)題。因此，需要項(xiàng)目管理人員的一定限度寬容和各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持。特別是需要通過(guò)大量的前期示范應(yīng)用和培訓(xùn)宣傳讓更多從業(yè)人員能夠具有應(yīng)用數(shù)字建造技術(shù)的能力。

3.數(shù)字化創(chuàng)新賦能全生命期服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景分析

四建集團(tuán)較早地意識(shí)到數(shù)字建造的價(jià)值需要在建筑全生命期視角下才能充分評(píng)估，因此一直在探索全生命期各階段的數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景，包括以下六個(gè)方面：

3.1 基于數(shù)字測(cè)繪的施工策劃

隨著三維激光掃描儀、無(wú)人機(jī)傾斜攝影等智能裝備的快速發(fā)展，工程數(shù)字測(cè)繪技術(shù)在施工應(yīng)用越來(lái)越廣泛。四建集團(tuán)所有在建項(xiàng)目配置無(wú)人機(jī)，要求在施工策劃階段對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行傾斜攝影，獲取準(zhǔn)確的地形、紅線和周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，輔助施工場(chǎng)地布置；在施工過(guò)程中至少每?jī)芍芎脚囊淮维F(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀，用于施工進(jìn)度、安全和文明工地管理，極大地提高了施工效率。

3.2 基于BIM 的正向深化設(shè)計(jì)

針對(duì)BIM 深化設(shè)計(jì)應(yīng)用，四建集團(tuán)總結(jié)了異形復(fù)雜建筑造型、勁性鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、基坑底板、預(yù)制PC 構(gòu)件以及多專業(yè)交叉的機(jī)房、管井、走廊吊頂、屋面等性價(jià)比較高的主要應(yīng)用場(chǎng)景，要求所有項(xiàng)目全面推廣。同時(shí)，結(jié)合成功項(xiàng)目案例，對(duì)建模人員進(jìn)行培訓(xùn)，使得建模人員具有一定深化設(shè)計(jì)知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，從而保障建模結(jié)果可用于現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的施工過(guò)程遠(yuǎn)程智能管控

隨著四建集團(tuán)全國(guó)化發(fā)展，總部人員管理半徑越來(lái)越大，這對(duì)企業(yè)管理水平提出了更高的要求。四建集團(tuán)一直嘗試采用智慧工地等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行安全監(jiān)控。但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大部分智慧工地系統(tǒng)性價(jià)比較低，需要結(jié)合項(xiàng)目管理需求，選用性價(jià)比高的應(yīng)用場(chǎng)景。2021年，四建集團(tuán)通過(guò)引入5G 技術(shù)，在所有在建項(xiàng)目的塔吊、門口等制高點(diǎn)安裝高清視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)；并自主研發(fā)了四建智造專業(yè)系統(tǒng)，以較低成本實(shí)現(xiàn)了在手機(jī)APP 端對(duì)全國(guó)各地150 多個(gè)項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)、可視化、智慧化管理，縮短了管理半徑，價(jià)值顯著。

圖3 基于物聯(lián)網(wǎng)的工程施工風(fēng)險(xiǎn)智能化監(jiān)控

3.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧化主動(dòng)式建筑運(yùn)維管理

施工階段建立的BIM 和工程資料對(duì)建筑運(yùn)維價(jià)值巨大，但由于一直以來(lái)施工和運(yùn)維之間的信息斷層嚴(yán)重，缺乏成熟平臺(tái)支持跨階段BIM 轉(zhuǎn)化，從而造成竣工BIM 和其他信息在運(yùn)維中難以直接使用。從2016年開始，四建集團(tuán)在東方醫(yī)院[5]、新華醫(yī)院、上海圖書館東館（如圖4所示）、上海天文館等大量項(xiàng)目進(jìn)行基于BIM 的智慧運(yùn)維應(yīng)用實(shí)踐。實(shí)踐表明，將竣工BIM 轉(zhuǎn)化為運(yùn)維BIM，并融合BIM 與智能化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可形成滿足運(yùn)維需求的建筑數(shù)字孿生模型，并支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備故障預(yù)測(cè)、重復(fù)報(bào)修工單挖掘和能耗異常識(shí)別等智慧化運(yùn)維應(yīng)用，可為運(yùn)維人員提供主動(dòng)式、專業(yè)化的運(yùn)維服務(wù)，有助于公共建筑綠色、可靠和安全運(yùn)維，可提高運(yùn)維滿意度，降低運(yùn)維成本。

圖4 上海圖書館東館BIM 運(yùn)維案例

4.數(shù)字化轉(zhuǎn)型舉措分析

在總結(jié)數(shù)字化創(chuàng)新實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，本節(jié)總結(jié)了四建集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要舉措，包括技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)模式創(chuàng)新和經(jīng)營(yíng)模式創(chuàng)新三個(gè)方面。

4.1 建造工藝和數(shù)字技術(shù)深度融合，創(chuàng)新研發(fā)核心技術(shù)

鑒于目前數(shù)字建造技術(shù)仍不成熟，軟硬件性價(jià)比仍較低的現(xiàn)狀，施工企業(yè)首先需要深度梳理自身需求，特別是當(dāng)前建造工藝或施工管理中的痛點(diǎn)問(wèn)題；然后結(jié)合先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等數(shù)字技術(shù)，創(chuàng)新研發(fā)數(shù)字驅(qū)動(dòng)的新型建造裝備、技術(shù)和工藝。通過(guò)數(shù)字化賦能解決痛點(diǎn)問(wèn)題，挖掘看得見(jiàn)的價(jià)值，達(dá)到以點(diǎn)帶面的效果，推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

4.2 工業(yè)化和智能化協(xié)同創(chuàng)新，打造新型建筑工業(yè)化生產(chǎn)模式

大量應(yīng)用表明，工業(yè)化建造模式比傳統(tǒng)建造模式更適合使用數(shù)字化技術(shù)；而新型工業(yè)化建造模式也離不開數(shù)字化賦能。因此，當(dāng)前階段施工企業(yè)應(yīng)該更加關(guān)注工業(yè)化建造項(xiàng)目中的數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景，特別是列入住建部《智能建造與新型建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展可復(fù)制經(jīng)驗(yàn)做法清單》的成熟應(yīng)用場(chǎng)景。

4.3 打造數(shù)字化服務(wù)核心能力，助力企業(yè)經(jīng)營(yíng)模式創(chuàng)新

調(diào)研表明，上海、海南自貿(mào)港、雄安新區(qū)、深圳、廣州、南京、杭州等市場(chǎng)均發(fā)布了推廣數(shù)字建造技術(shù)的政策，大量政府投資工程招標(biāo)都有數(shù)字建造相關(guān)能力要求，也有越來(lái)越多的業(yè)主提出了建造和運(yùn)維一體化BIM 應(yīng)用需求。四建集團(tuán)通過(guò)多年的積累，將面向建筑全生命期的數(shù)字建造技術(shù)打造為核心技術(shù)；并在經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中重點(diǎn)推薦，有效支撐了大量醫(yī)院建筑、文化類建筑和交通樞紐等項(xiàng)目的承接，形成了核心技術(shù)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)營(yíng)模式。

5.結(jié)論

本文通過(guò)分析建筑企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型文獻(xiàn)和四建集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型優(yōu)劣勢(shì)，總結(jié)了四建集團(tuán)數(shù)字創(chuàng)新的經(jīng)驗(yàn)和轉(zhuǎn)型的主要舉措，得出以下結(jié)論：

（1）施工企業(yè)應(yīng)該在全生命期視角下分析數(shù)字化轉(zhuǎn)型的價(jià)值，探索勘查、設(shè)計(jì)、施工、竣工、運(yùn)維和更新各階段的數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景。

（2）施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)從技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)模式創(chuàng)新、體制機(jī)制創(chuàng)新和經(jīng)營(yíng)模式創(chuàng)新等方面探索數(shù)字化轉(zhuǎn)型的具體路徑。

（3）鑒于目前數(shù)字建造技術(shù)不成熟、數(shù)字化人才缺乏、行業(yè)基層人員數(shù)字化意識(shí)不足的問(wèn)題，技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng)是數(shù)字化初期轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)工作。