工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的探索與思考

鮑 逸（上海市房屋安全監(jiān)察所，上海 200002）

工程建設(shè)行業(yè)是傳統(tǒng)基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是我國國民經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)，是我國經(jīng)濟建設(shè)的重要組成部分。但建筑業(yè)生產(chǎn)方式比較粗放、勞動生產(chǎn)率低、工業(yè)化程度低、科技創(chuàng)新能力明顯不足，與國家高質(zhì)量發(fā)展的需求差距較大。隨著市場環(huán)境與政策的變化、國家對節(jié)能環(huán)保要求的逐步提高以及勞動力短缺逐漸凸顯等因素，建筑行業(yè)正面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。工程建設(shè)領(lǐng)域企業(yè)需把握好數(shù)字化轉(zhuǎn)型的歷史機遇，以技術(shù)創(chuàng)新來主動迎接技術(shù)變革帶來的挑戰(zhàn)。

1 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的政策背景

我國高度重視數(shù)字化發(fā)展，國家和部門出臺了多項數(shù)字化轉(zhuǎn)型相關(guān)的政策黨的十九屆五中全會通過的“十四五規(guī)劃”和 2035 遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要[1]指出要加快數(shù)字化發(fā)展，并對數(shù)字化技術(shù)賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級做了系統(tǒng)部署。

住建部、發(fā)改委等 13 個部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》（建市[2020]）60號）[2]提出了我國智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的目標(biāo)，并對建造方式變革和建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提出了新的要求。通過提升建筑工業(yè)化、技術(shù)創(chuàng)新、信息化、綠色建造等重點任務(wù)，推進(jìn)建筑工業(yè)化、數(shù)字化和智能化升級。

國務(wù)院國資委印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》[3]提出了建筑類企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的具體要求，通過數(shù)字化技術(shù)的集成應(yīng)用來助力智慧城市建設(shè)。

上海市委、市政府公布《關(guān)于全面推進(jìn)上海城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意見》[4]指出要用數(shù)字化、信息化技術(shù)來解決超大城市治理和發(fā)展的難題，形成超大城市的精細(xì)化治理模式。

這一系列政策對工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展提出了新的要求，并指明了新的發(fā)展方向。

2 工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要問題

過去幾十年，我國建設(shè)行業(yè)成就斐然，完成了上海中心大廈、港珠澳大橋等重大工程，工程建造水平在世界范圍內(nèi)名列前茅。但建筑行業(yè)的生產(chǎn)方式比較粗放、勞動生產(chǎn)率低、科技創(chuàng)新能力明顯不足。近年來，廣大工程建設(shè)企業(yè)積極適應(yīng)數(shù)字化發(fā)展的新形勢新要求，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面取得了顯著的成效，但仍存在一些問題[5]。

2.1 不同階段、專業(yè)和業(yè)務(wù)模塊協(xié)同性不足

規(guī)劃、設(shè)計、施工和運營等階段高度獨立，缺乏多階段共享與互動。目前，大多數(shù)信息化平臺功能較單一，無法覆蓋建筑各個階段，連全生命周期信息化平臺也只能覆蓋規(guī)劃、設(shè)計、施工和運營等階段的某一個階段，妨礙了流程的有效貫通和統(tǒng)一協(xié)作。

建設(shè)行業(yè)每個階段涉及多專業(yè)協(xié)同及相互提資。不同專業(yè)使用的計算軟件不同，使用的信息化平臺之間數(shù)據(jù)模型不同，多專業(yè)之間的協(xié)同性較差。另外，單方面專業(yè)設(shè)計工作的改變，可能造成其他專業(yè)設(shè)計工作的反復(fù)。

目前，不同工程建設(shè)單位建設(shè)了經(jīng)營管理信息系統(tǒng)、項目管理系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)，但不同信息化系統(tǒng)之間完全獨立，可交互性差。

2.2 海量數(shù)據(jù)缺乏管理和共享機制

工程建設(shè)行業(yè)數(shù)據(jù)資源十分豐富，但數(shù)據(jù)來源繁雜，由于數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，且缺少共享機制，信息無法有效利用。如何將不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲、訪問、共享和再利用，是工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵所在。

2.3 缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和架構(gòu)

由于缺乏頂層設(shè)計，模型和平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致；數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)體系也可能不一致，導(dǎo)致模型不具備共享和交互特性，例如設(shè)計模型中缺少力學(xué)分析模型需要的荷載信息。

3 工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不同階段

3.1 項目管理的信息化

項目管理的信息化包括內(nèi)部管理模塊，以及項目現(xiàn)場的安全、質(zhì)量和環(huán)境等生產(chǎn)模塊，兩者相互協(xié)同，實現(xiàn)對項目進(jìn)展和關(guān)鍵指標(biāo)的精細(xì)化實施進(jìn)行監(jiān)控。通過信息化實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理、規(guī)范化生產(chǎn)以及一體化協(xié)同，提升建筑行業(yè)的管理水平。

3.2 業(yè)務(wù)場景的在線化

在信息化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)業(yè)務(wù)場景的在線化，包括在線化管理以及生產(chǎn)現(xiàn)場的交互。通過在線連接的實時交互提升管理的效率，并創(chuàng)新服務(wù)模式。

3.3 項目決策的智能化

隨著數(shù)字化的進(jìn)一步發(fā)展，信息化和在線化技術(shù)不斷成熟，且數(shù)據(jù)積累越來越多，為項目決策智能化奠定了基礎(chǔ)。

4 建筑全生命期數(shù)字化技術(shù)探索

隨著大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)、云計算、BIM、VR、AI 和 5 G等信息技術(shù)的發(fā)展，工程建設(shè)行業(yè)逐漸向數(shù)字化、信息化和智能化發(fā)展。主要包括傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化模式，以及基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生等新一代數(shù)字技術(shù)的數(shù)字產(chǎn)業(yè)化模式。目前，數(shù)字化技術(shù)在工程建設(shè)的全生命周期中得到了應(yīng)用[6]。

4.1 數(shù)字化測繪

隨著三維激光掃描技術(shù)和無人機攝影測量技術(shù)的出現(xiàn)及廣泛應(yīng)用，數(shù)字化測繪技術(shù)為地形測繪和歷史建筑測繪提供了全新思路。數(shù)字化測繪技術(shù)不僅自動化程度高，獲得的圖形屬性信息豐富，而且測繪結(jié)果存儲方便。

目前，由于無人機承載重量有限，而部分高精度設(shè)備的體積或重量過大，傳統(tǒng)測繪仍占一定的比例。測繪學(xué)界和業(yè)界已經(jīng)開始智能化測繪技術(shù)的研發(fā)，實現(xiàn)數(shù)字化測繪向智能化測繪轉(zhuǎn)型升級。

4.2 數(shù)字化協(xié)同設(shè)計

目前，設(shè)計人員普遍面臨工作強度大、重復(fù)性勞動多等問題，不少設(shè)計單位正著手研發(fā)三維數(shù)字化設(shè)計平臺[7]，支持正向三維協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)不同參建方的設(shè)計協(xié)同和虛擬施工等。

4.3 智能建造

當(dāng)前建筑行業(yè)勞動力短缺，人力資源成本逐漸提高，且存在浪費資源和破壞環(huán)境等問題。智能建造是以土木工程為基礎(chǔ)，使用智能化的材料、機械和設(shè)備，在建設(shè)工程全產(chǎn)業(yè)鏈采用先進(jìn)的技術(shù)和手段的建造方式。其顯著特點包括：信息化設(shè)計、數(shù)字化生產(chǎn)、智慧化施工、全生命周期管理和大數(shù)據(jù)集成等。同濟大學(xué)已在國內(nèi)率先開設(shè)了智能建造專業(yè)，聚焦培養(yǎng)智能建造專業(yè)卓越后備人才。

BIM 技術(shù)、新型工業(yè)化建筑技術(shù)的發(fā)展為智能建造的落地提供了支持。很多大的施工單位如上海建工等正大力推廣智慧工地建設(shè)，應(yīng)用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G 終端、AI 智能、BIM 等技術(shù)，顯著提高施工現(xiàn)場的人、機、料、法、環(huán)等資源集中管理水平，實現(xiàn)施工建造全過程動態(tài)精細(xì)化管控，確保工程項目的安全、質(zhì)量、進(jìn)度以及文明施工，建構(gòu)起涵蓋建筑數(shù)字化交付與全生命期運維的業(yè)務(wù)體系。

人工智能在傳統(tǒng)工程建設(shè)現(xiàn)場作業(yè)中的應(yīng)用越來越多。碧桂園等房地產(chǎn)企業(yè)成立了機器人公司，專門研發(fā)適合建筑工地使用的智能機器人，如砌墻機器人、焊接機器人等，通過三維激光掃描、機器視覺、智能識別等技術(shù)，實現(xiàn)對全要素的全過程管理，實現(xiàn)施工數(shù)字化。

4.4 智慧診斷和運維

我國處于高速建設(shè)階段后期，建設(shè)方式逐漸轉(zhuǎn)為存量提質(zhì)改造和增量結(jié)構(gòu)調(diào)整并重，大量的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施面臨診治與提升需求。傳統(tǒng)的檢測和診治手段存在檢測效率相對較低、部分檢測精度較差，現(xiàn)場作業(yè)和內(nèi)業(yè)處理耗費大量的人力物力等問題。目前，房屋檢測機構(gòu)如上海市建筑科學(xué)研究院房屋質(zhì)量檢測站等研發(fā)了基于多源數(shù)據(jù)融合的建筑精細(xì)化測繪與實景建模、材料強度自動化檢測、損傷智能識別、損傷協(xié)同記錄系統(tǒng)等智能檢測技術(shù)，提高了現(xiàn)場檢測效率和精度，降低了人工成本。今后在結(jié)構(gòu)安全的智能診斷方面還有待進(jìn)一步研發(fā)。

建筑的運營期是建設(shè)期的 10 倍，甚至更長，建筑智慧運維是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心關(guān)鍵?；诮ㄖ镏械奈锫?lián)網(wǎng)設(shè)備，對建筑運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和上傳，在云端基于人工智能的算法，對建筑中的設(shè)備進(jìn)行智能控制，實現(xiàn)運行狀態(tài)實時感知、性能預(yù)測和智能預(yù)警等。智慧運維包括智能感知技術(shù)、數(shù)據(jù)智能融合技術(shù)和 AI 決策與控制等幾個方面，充分結(jié)合移動互聯(lián)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)基礎(chǔ)感知、場景全景展示、設(shè)備管理/控制、數(shù)據(jù)融合分析、交互查詢、數(shù)據(jù)可視化及輔助決策等功能模塊的一體化管理。

5 工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的幾點建議

從現(xiàn)實來看，我國工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型仍然面臨著不少的挑戰(zhàn)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型很大程度上依賴基礎(chǔ)信息技術(shù)和建筑工業(yè)化水平。工程建設(shè)行業(yè)生產(chǎn)體系高度復(fù)雜、涉及專業(yè)較多，行業(yè)實現(xiàn)全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型難度很大。另外，數(shù)字化轉(zhuǎn)型初期需要額外的投入且部分?jǐn)?shù)字化技術(shù)帶來的價值短期內(nèi)不能直接體現(xiàn)，就難以形成市場內(nèi)在動力。建議工程建設(shè)行業(yè)在以下方面加強投入和研發(fā)[8]。

5.1 加強頂層設(shè)計和總體規(guī)劃

工程建設(shè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈涉及環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)方式比較粗放，轉(zhuǎn)型升級需要經(jīng)過一個不斷深入的發(fā)展過程。應(yīng)結(jié)合企業(yè)的業(yè)務(wù)特點，統(tǒng)籌業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、技術(shù)、研發(fā)等各個方面，合理確定數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo)和不同階段的重點任務(wù)，推進(jìn)企業(yè)信息化、數(shù)字化與業(yè)務(wù)的深度融合。

5.2 加強平臺標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

工程建設(shè)行業(yè)的平臺建設(shè)涉及多個行業(yè)、多個領(lǐng)域和多個專業(yè)，需加強標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)籌規(guī)劃，建立健全工程建設(shè)行業(yè)的平臺建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系，為平臺的建設(shè)提供依據(jù)。

5.3 加強數(shù)據(jù)共享和利用

數(shù)據(jù)越來越成為當(dāng)今的重要資產(chǎn)，要應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值。通過制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、接口和調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)，建立有效的溝通機制，不同部門在政策、數(shù)據(jù)和平臺系統(tǒng)方面能協(xié)同共享。

5.4 推動科技創(chuàng)新

工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對傳統(tǒng)信息技術(shù)提出較高要求。數(shù)字化轉(zhuǎn)型必須依靠科技創(chuàng)新，在 BIM 技術(shù)、智能制造、智慧運維等方面，提出新的解決方案。

5.5 加強數(shù)字化人才培養(yǎng)

數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅僅是技術(shù)領(lǐng)域的革新，更需要數(shù)字化人才的發(fā)展，數(shù)字化人才的培養(yǎng)是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)。企業(yè)要培養(yǎng)能夠真正運用數(shù)字化技術(shù)解決企業(yè)發(fā)展中痛點問題的專業(yè)化人才隊伍，還要加強對技術(shù)工人隊伍的培養(yǎng)。

6 結(jié) 語

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是工程建設(shè)行業(yè)發(fā)展的必然，工程建設(shè)行業(yè)需要在頂層設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、數(shù)據(jù)共享、技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)等方面加強投入和研發(fā)，實現(xiàn)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。智能建筑、智慧城市、新基建等給建筑業(yè)帶來巨大紅利，工程建設(shè)領(lǐng)域企業(yè)要把握機遇、抓住機遇，以數(shù)字化、信息化賦能高質(zhì)量發(fā)展，助力智慧城市建設(shè)。