陳 珂, 張蕓菡, 郭豐毅, 王鴻迪
(1.華中科技大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院, 武漢 430074; 2.浙江財(cái)經(jīng)大學(xué) 公共管理學(xué)院, 杭州 310018)
建筑業(yè)是國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì),全國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值逐年穩(wěn)定提升,于2022年達(dá)到31.2萬(wàn)億元。然而,建筑業(yè)長(zhǎng)期面臨施工方式低效、用工成本高、質(zhì)量安全水平低、耗能污染嚴(yán)重等問(wèn)題[1]。隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和人工智能等新一代信息技術(shù)與建筑業(yè)的快速融入,傳統(tǒng)建造模式正在向智能建造轉(zhuǎn)型。2020年7月,住建部發(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》,指出要形成涵蓋科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、施工裝配、運(yùn)營(yíng)等全產(chǎn)業(yè)鏈融合一體的智能建造產(chǎn)業(yè)體系[2]。北京、深圳、武漢等24個(gè)城市正開展智能建造試點(diǎn),積極探索建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新路徑。
智能建造為催生建筑業(yè)新業(yè)態(tài)帶來(lái)了機(jī)遇。智能建造從建筑業(yè)全鏈條出發(fā),對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等階段進(jìn)行智能化升級(jí),在轉(zhuǎn)型過(guò)程中,逐漸形成了覆蓋全鏈條的眾多新業(yè)態(tài)。一是與新一代信息技術(shù)相融合,形成了項(xiàng)目管理和行業(yè)治理的新模式[3],如魚泡網(wǎng)將大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)應(yīng)用于藍(lán)領(lǐng)招聘、零工信息服務(wù)等應(yīng)用,提升了招工找活的效率,又如廣聯(lián)達(dá)、魯班、筑云科技等企業(yè)提出的智能工地“BIM(建筑信息模型)+IoT(物聯(lián)網(wǎng))+AI(人工智能)”解決方案,實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)可視化、智能化管理;二是與先進(jìn)機(jī)械裝備相融合,推動(dòng)行業(yè)從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型發(fā)展[4],如無(wú)人駕駛推土機(jī)系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)執(zhí)行操作指令,實(shí)現(xiàn)推、鏟、平、運(yùn)、集等功能的自動(dòng)化執(zhí)行,使得勞動(dòng)力能從高重復(fù)性、高危險(xiǎn)性的作業(yè)中脫離出來(lái);三是與高質(zhì)量發(fā)展理念相融合,保證產(chǎn)品和服務(wù)能滿足使用、經(jīng)濟(jì)、資源等發(fā)展需要[5],如中國(guó)電信、商湯科技等開發(fā)智慧社區(qū)綜合管理系統(tǒng),整合社區(qū)現(xiàn)有的服務(wù)資源,提供安保、清潔、綠化、設(shè)備/建筑維護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)。
杜明芳[6]分析了智能建造的5個(gè)新技術(shù)新業(yè)態(tài),包括建筑機(jī)器人、建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、城市信息模型和數(shù)字孿生建筑。黃光球等[7]探討了項(xiàng)目建設(shè)各階段智能化技術(shù)的應(yīng)用,為推動(dòng)智能建造產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。毛超和張路鳴[8]分析篩選出智能建造產(chǎn)業(yè)鏈的若干個(gè)核心產(chǎn)業(yè),并以此構(gòu)建了智能建造產(chǎn)業(yè)體系。然而,上述研究多圍繞智能建造的具體技術(shù),并未基于智能建造特征以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)理論,梳理新業(yè)態(tài)的本質(zhì)、類型及發(fā)展思路,對(duì)促進(jìn)新業(yè)態(tài)發(fā)展的指引作用仍然不足。
針對(duì)上述問(wèn)題,本文結(jié)合智能建造、產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)等相關(guān)概念,分析智能建造背景下建筑業(yè)新業(yè)態(tài)的本質(zhì)邏輯,繼而從工程建設(shè)全流程視角總結(jié)出設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維4個(gè)階段的新業(yè)態(tài),并提出了促進(jìn)新業(yè)態(tài)發(fā)展的建議。
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外并未形成對(duì)智能建造的統(tǒng)一定義。美國(guó)交通研究委員會(huì)(Transportation Research Board)強(qiáng)調(diào)智能建造應(yīng)在工程建設(shè)過(guò)程中收集、存儲(chǔ)、分析各類信息,指導(dǎo)執(zhí)行適當(dāng)?shù)男袆?dòng)或決策,提高項(xiàng)目的效率和安全[9]。英國(guó)建筑業(yè)領(lǐng)導(dǎo)委員會(huì)(Construction Leadership Council)認(rèn)為智能建造是在建筑設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段,充分利用數(shù)字技術(shù)和工業(yè)化制造技術(shù),提高生產(chǎn)率、降低全生命周期成本、提升綠色及可持續(xù)性[10]。毛超等[11]認(rèn)為智能建造是利用新技術(shù)對(duì)建造過(guò)程賦能,推動(dòng)工程建造活動(dòng)升級(jí),促進(jìn)建筑數(shù)據(jù)充分流動(dòng),實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈條的信息集成和業(yè)務(wù)協(xié)同、建設(shè)過(guò)程能效提升、資源價(jià)值最大化的新型生產(chǎn)方式。
綜合產(chǎn)業(yè)組織、產(chǎn)業(yè)形態(tài)等相關(guān)研究,產(chǎn)業(yè)業(yè)態(tài)在狹義上指針對(duì)消費(fèi)者需求,提供銷售或服務(wù)的模式,在廣義上則指具有相同屬性的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部、同產(chǎn)業(yè)內(nèi)各部門或各個(gè)企業(yè)在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)活動(dòng)時(shí)形成的相互聯(lián)系及組合形態(tài)[12]。新業(yè)態(tài)則強(qiáng)調(diào)對(duì)原有業(yè)態(tài)模式的創(chuàng)造性變革,主要通過(guò)用戶需求變化、產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈分解融合、社會(huì)組織方式變化、技術(shù)創(chuàng)新等路徑產(chǎn)生[13]。智能建造背景下的建筑業(yè)新業(yè)態(tài)是面向行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需求,在新一代信息技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)下的結(jié)果,其本質(zhì)邏輯可以從以下視角解讀:
1)從技術(shù)發(fā)展視角,各類新一代信息技術(shù)被運(yùn)用于整個(gè)行業(yè)流程中,推動(dòng)建筑業(yè)朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。一方面是將傳統(tǒng)生產(chǎn)活動(dòng)與BIM(建筑信息模型)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)相融合,在數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件、智能管理平臺(tái)等工具的支持下,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率及管理成效的提升;另一方面則是利用新技術(shù)形成新的生產(chǎn)方式,如開發(fā)智能施工機(jī)器人,使其擁有感知、認(rèn)知、學(xué)習(xí)甚至決策的能力,實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程的少人化、無(wú)人化。
2)從用戶需求視角,智能建造促進(jìn)建筑業(yè)由傳統(tǒng)“產(chǎn)品交付型建造”向“服務(wù)型建造與運(yùn)營(yíng)”轉(zhuǎn)變。一方面,建筑業(yè)正在逐漸重視數(shù)據(jù)的價(jià)值,將管理決策從“以經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)型“以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”,促進(jìn)工程建設(shè)各階段的科學(xué)管理和智能決策;另一方面,隨著個(gè)人以及企業(yè)越來(lái)越注重品質(zhì)化和個(gè)性化的服務(wù),建筑業(yè)的成本競(jìng)爭(zhēng)也逐漸轉(zhuǎn)為滿足個(gè)性化需求的競(jìng)爭(zhēng),這也激發(fā)了面向項(xiàng)目不同階段的個(gè)性化服務(wù)。
3)從產(chǎn)業(yè)生態(tài)視角,智能建造對(duì)新技能、新知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求促進(jìn)了跨專業(yè)交叉融合。建筑業(yè)企業(yè)需要不斷提升其智能建造技術(shù)水平,以防止被市場(chǎng)所淘汰。這使得相關(guān)企業(yè)無(wú)法通過(guò)單打獨(dú)斗建立優(yōu)勢(shì),而是需要與制造業(yè)、信息服務(wù)業(yè)等企業(yè)開放合作,并發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研各主體的優(yōu)勢(shì),形成全產(chǎn)業(yè)鏈有機(jī)協(xié)同的智能建造創(chuàng)新生態(tài)。
基于智能建造的概念與新業(yè)態(tài)的本質(zhì)邏輯,梳理當(dāng)前工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和運(yùn)維4個(gè)階段的典型新業(yè)態(tài),見表1。
表1 新業(yè)態(tài)類型及解釋
續(xù)表
建筑業(yè)傳統(tǒng)采用的二維CAD設(shè)計(jì)模式有著諸多局限性,如信息集成效果差、協(xié)同交流能力不足、設(shè)計(jì)成果質(zhì)量不高等。BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用有效地解決了上述一系列問(wèn)題,衍生出相關(guān)業(yè)態(tài)。除了根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)資料,構(gòu)建BIM模型,利用BIM的參數(shù)化模型數(shù)據(jù)能在設(shè)計(jì)階段開展工期、成本、結(jié)構(gòu)性能等一系列仿真分析服務(wù),最大限度地模擬施工過(guò)程并分析可能存在的問(wèn)題,從而降低成本、提升進(jìn)度。同時(shí),諸如面向智能設(shè)計(jì)、智能審圖的BIM軟件蓬勃發(fā)展,為行業(yè)不同設(shè)計(jì)需求提供相應(yīng)的數(shù)字化解決方案及工具。此類業(yè)態(tài)的發(fā)展提升了不同專業(yè)的協(xié)同能力,保證了從設(shè)計(jì)階段到后續(xù)階段的良好過(guò)渡。
傳統(tǒng)建筑業(yè)在生產(chǎn)階段主要依賴于人工搭配常規(guī)設(shè)備,完成采購(gòu)、生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)裙ぷ?造成了生產(chǎn)低效及浪費(fèi)。智能建造在生產(chǎn)階段的應(yīng)用催生出若干新業(yè)態(tài)。例如,化工合成建材、新型水泥材料等新型建筑材料的研發(fā)應(yīng)用降低了建筑廢棄物的排放,同時(shí)減少了自然資源的浪費(fèi),為建筑材料市場(chǎng)增添新的生機(jī)。另外,數(shù)字化生產(chǎn)線以智能生產(chǎn)設(shè)備為中心、以信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為紐帶,將采購(gòu)、生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)進(jìn)行可視化協(xié)同管理,降低了人工作業(yè)強(qiáng)度,提升了設(shè)備周轉(zhuǎn)速度及生產(chǎn)作業(yè)效率。除了設(shè)備與執(zhí)行系統(tǒng)的研發(fā),利用模型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),打造覆蓋深化設(shè)計(jì)、物料準(zhǔn)備、生產(chǎn)制造、品質(zhì)管控、制成品出入庫(kù)等生產(chǎn)全流程管理平臺(tái),能加強(qiáng)生產(chǎn)階段與設(shè)計(jì)和施工階段的信息互通,避免信息不對(duì)稱造成的損失。
傳統(tǒng)工程施工存在效率低、資源浪費(fèi)、安全風(fēng)險(xiǎn)高、質(zhì)量無(wú)法保證等難題。技術(shù)缺位集中體現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)科技含量低,以及缺乏高效、集成、精細(xì)的系統(tǒng)性管理模式。智能建造的發(fā)展為施工階段帶來(lái)了眾多新業(yè)態(tài)。在硬件方面,智能化工程機(jī)械是在傳統(tǒng)工程機(jī)械基礎(chǔ)上,融合了多信息感知、故障診斷、高精度定位導(dǎo)航等技術(shù)的新型施工裝備及機(jī)器人,提升了施工效率;在軟件方面,開發(fā)智能工地管理平臺(tái),集成各類現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素開展統(tǒng)籌管理,以此促進(jìn)施工安全、環(huán)保、有序、高效的智能化轉(zhuǎn)型。除此以外,平臺(tái)化也促進(jìn)了建筑工人互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、建筑市場(chǎng)監(jiān)管平臺(tái)、工人培訓(xùn)服務(wù)等新業(yè)態(tài)的發(fā)展,有效提升了各類信息的可獲得性,提升行業(yè)治理水平。
傳統(tǒng)的建筑運(yùn)維通常采用定時(shí)檢修、上門監(jiān)測(cè)以及問(wèn)卷調(diào)查等方式,因此故障辨別能力有限,同時(shí)無(wú)法滿足用戶的個(gè)性化需求。在智能建造背景下,運(yùn)維階段新業(yè)態(tài)不僅包括通過(guò)智能傳感器采集建筑物運(yùn)行狀態(tài),還包含面向居民需求,以智能化的手段打造更加便捷、舒適、安全、清潔的生活環(huán)境。前者衍生出諸如城市建筑/基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行監(jiān)測(cè)設(shè)備及服務(wù)等相關(guān)新業(yè)態(tài),該業(yè)態(tài)借助GIS(地理信息系統(tǒng))、BIM以及智能傳感器等技術(shù)支撐,可視化分析城市建筑的安全風(fēng)險(xiǎn),并提出應(yīng)對(duì)方案,從而優(yōu)化城市管理和服務(wù),緩解“大城市病”。后者衍生出智慧建筑/社區(qū)以及智能家居等新業(yè)態(tài)產(chǎn)業(yè)模式,通過(guò)大數(shù)據(jù)物業(yè)服務(wù)平臺(tái),把控用戶需求,在傳統(tǒng)居住功能的基礎(chǔ)上集系統(tǒng)、服務(wù)、管理為一體,實(shí)現(xiàn)全方位的信息交互功能,改善居民的生活體驗(yàn)。
國(guó)內(nèi)智能建造產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚,關(guān)鍵技術(shù)水平和國(guó)外相比仍有較大差距,部分核心技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外產(chǎn)業(yè)所壟斷。例如,國(guó)內(nèi)企業(yè)使用的工程軟件近60%來(lái)自國(guó)外,國(guó)產(chǎn)工程軟件因整體實(shí)力較弱、核心技術(shù)缺失等問(wèn)題,很難在短時(shí)間內(nèi)建立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[14];在智能施工裝備方面,國(guó)產(chǎn)可編程邏輯控制器(PLC)、電子控制單元(ECU)、控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)等核心元器件在參數(shù)性能、穩(wěn)定性等方面均落后于國(guó)外產(chǎn)品。另外,現(xiàn)有建筑機(jī)器人多針對(duì)部分或者單一施工任務(wù),如焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、清潔機(jī)器人、巡檢機(jī)器人等,但在實(shí)際應(yīng)用中仍需要大量人工調(diào)整及輔助操作,缺少自主感知、自主調(diào)控、自主移動(dòng)、自主學(xué)習(xí)等功能。
因此,需要鼓勵(lì)跨學(xué)科、跨主體的協(xié)同攻關(guān),突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。一方面需要加快數(shù)字化設(shè)計(jì)、工程物聯(lián)網(wǎng)、智能化工程機(jī)械、工程大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域核心技術(shù)的研發(fā),加強(qiáng)第5代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),將人工智能算力發(fā)展成公共基礎(chǔ)資源;另一方面也要促進(jìn)技術(shù)應(yīng)用單位與技術(shù)研發(fā)單位的協(xié)同合作,發(fā)揮科研機(jī)構(gòu)的輻射和帶動(dòng)作用,促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。
人才是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心力量,但國(guó)內(nèi)正面臨智能建造人才嚴(yán)重不足的問(wèn)題。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究,智能建造人才的需求遠(yuǎn)大于供給量,尤其是高精尖端領(lǐng)域人才短缺,難以形式滿足新業(yè)態(tài)發(fā)展需求的人才結(jié)構(gòu)。
為加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)人才支撐,需著力實(shí)施創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃和領(lǐng)域科研杰出人才培養(yǎng)計(jì)劃,加快培養(yǎng)智能建造領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì);完善人才激勵(lì)機(jī)制和評(píng)價(jià)體系,重點(diǎn)培養(yǎng)能夠突破專業(yè)知識(shí)壁壘、擅長(zhǎng)融會(huì)貫通和跨界整合的全面型人才,支持科技人才開展獨(dú)立性和原創(chuàng)性研究;建設(shè)行業(yè)專家智庫(kù),充分發(fā)揮專家在行業(yè)新技術(shù)預(yù)測(cè)、科技規(guī)劃計(jì)劃編制和實(shí)施評(píng)估等方面的指導(dǎo)作用。
智能建造背景下,眾多新業(yè)態(tài)絕非獨(dú)立存在,而是彼此間關(guān)聯(lián)。如BIM模型的建立,不僅用于在設(shè)計(jì)階段建立三維可視化模型,還在施工階段用于進(jìn)度、成本、安全等管理業(yè)務(wù),在運(yùn)維階段則可集成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等運(yùn)維數(shù)據(jù)。若無(wú)法形成規(guī)模和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng),則會(huì)導(dǎo)致資金投入分散、研發(fā)周期延長(zhǎng)、成果收益緩慢等問(wèn)題。
因此,需以技術(shù)、人才、資本等創(chuàng)新要素為紐帶,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈深度對(duì)接和聯(lián)動(dòng)發(fā)展。通過(guò)研制智能建造相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,引導(dǎo)跨主體、跨階段的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)協(xié)同;適當(dāng)放寬新業(yè)態(tài)的準(zhǔn)入門檻,尤其是降低對(duì)于中小企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)的準(zhǔn)入資格考核,打造專門服務(wù)于中小企業(yè)的公共平臺(tái),加強(qiáng)相關(guān)企業(yè)扶持力度,讓更多企業(yè)能夠參與到行業(yè)新業(yè)態(tài)中;加大知識(shí)產(chǎn)權(quán)的宣傳和保護(hù)力度,營(yíng)造公平競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境。
本文首先闡釋了智能建造、產(chǎn)業(yè)業(yè)態(tài)和新業(yè)態(tài)的概念,然后從技術(shù)發(fā)展、用戶需求及產(chǎn)業(yè)生態(tài)等視角對(duì)新業(yè)態(tài)的本質(zhì)邏輯進(jìn)行解讀。之后從項(xiàng)目設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和運(yùn)維4個(gè)階段對(duì)相應(yīng)新業(yè)態(tài)進(jìn)行梳理。主要結(jié)論如下。
1)智能建造背景下的建筑業(yè)新業(yè)態(tài)是在新一代信息技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)下的結(jié)果。從技術(shù)發(fā)展視角,各類新一代信息技術(shù)被運(yùn)用于整個(gè)行業(yè)流程中,推動(dòng)建筑業(yè)朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展;從用戶需求視角,智能建造促進(jìn)建筑業(yè)由傳統(tǒng)“產(chǎn)品交付型建造”向“服務(wù)型建造與運(yùn)營(yíng)”轉(zhuǎn)變;從產(chǎn)業(yè)生態(tài)視角,智能建造對(duì)新技能、新知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求促進(jìn)了跨行業(yè)的交叉融合。
2)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目各階段的智能建造新業(yè)態(tài)進(jìn)行了梳理。設(shè)計(jì)階段新業(yè)態(tài)主要集中在數(shù)字化和智能化設(shè)計(jì)服務(wù)、BIM和CIM模型的建模和咨詢服務(wù)等;生產(chǎn)階段新業(yè)態(tài)主要包括新型材料、構(gòu)件的研發(fā)和生產(chǎn)、采購(gòu)、運(yùn)輸過(guò)程的數(shù)字化管理等;施工階段新業(yè)態(tài)主要涉及建筑施工環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)感知監(jiān)控以及智能機(jī)器人;運(yùn)維階段則包括城市、社區(qū)以及單體建筑的監(jiān)測(cè)及服務(wù)等。
3)針對(duì)智能建造新業(yè)態(tài)面臨的挑戰(zhàn),從技術(shù)、人才和市場(chǎng)環(huán)境視角提出了發(fā)展建議,對(duì)完善智能建造新業(yè)態(tài)的產(chǎn)業(yè)體系和發(fā)展戰(zhàn)略有一定的參考價(jià)值。