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郭紅領:智能建造之思考
2020-10-13 11:26:28來源:中國建設報

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清華大學建設管理系副主任、博士生導師、工程管理研究所所長 郭紅領

近年來,建筑業面臨著生產效率低、事故率高、勞動力短缺及成本逐年上升的壓力,在數字化、智能化技術快速發展的背景下,智能建造被認為是行業發展的方向。近期,住房和城鄉建設部聯合多個部門發布《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》(以下簡稱《意見》),“智能建造”在業界和學術界引起高度關注。筆者認為,《意見》的出臺恰逢其時,具有較強的前瞻性,有利于智能建造的快速發展與普及。雖然智能建造在業界和學術界被頻頻提及,但整體而言對智能建造的認知尚存在較多疑惑。為有效推進智能建造的實施,我們不得不思考:智能建造是什么?如何實現智能建造?

什么是智能建造?

“智能建造”(Intelligent Construction或Smart Construction)一詞的產生得益于數字化和智能化技術的發展,由“數字建造”(Digital Construction)衍化而來,可以認為是數字建造的高級階段。但無論是學術界還是行業內,都尚未對智能建造形成統一的定義和內涵界定。結合自己的科研認知與工程實踐,筆者認為智能建造應考慮先進信息技術與建造環節的高度融合,實現建造過程的高彈性、高效率、高質量以及安全與環境友好。特別是彈性,它是一個系統智能化的重要體現。例如,在服裝制造業,一個傳統生產線可能只生產一類服裝,而一個智能化生產線可根據不同需求生產不同類型的服裝,這就是所謂的“彈性”。當然,彈性不僅體現在應對內部需求變化的能力,還體現在應對外界環境變化的能力。由此,筆者凝練出了智能建造的定義。狹義上而言,智能建造是以BIM、物聯網、人工智能、云計算、大數據等技術為基礎,可以實時自適應于變化需求的高度集成與協同的建造系統??梢钥闯?,智能建造不是一個面向單一生產環節的技術,而是一個高度集成多個環節的建造系統,即融合了設計、生產、物流和施工等關鍵環節。在這個建造系統內,各個環節可以實現信息高度共享和業務相互協同,從而可以對各環節的變化需求(如設計變更、供應變化)快速響應,即實現建造過程的彈性和效率。而先進信息技術是智能建造的基礎,其快速發展為智能建造實施提供了必要條件。BIM技術為智能建造提供了產品相關基礎信息創造、集成、管理與服務的底層支撐;物聯網技術為生產、物流與施工過程中的信息實時獲取與傳輸提供了基礎支持;人工智能則為智能建造各環節的智能分析與操作提供了有力保障。

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基于智能建造的定義,智能建造系統由智能設計、智能生產、智能物流和智能施工組成。設計作為生產、物流和施工的源頭,其不僅要考慮建造產品的功能需求,還應考慮智能生產、智能物流和智能施工有效實施的需求,即面向生產、物流、施工智能化的設計。智能設計就是要實現設計方式與流程的智能化,既可以有效評估設計的功能性以及設計對智能生產和智能施工的支撐性,又可以對設計變更、供應變化、工廠或工地環境變化做出快速響應。智能生產和智能施工,不是將傳統的生產和施工環節簡單地自動化、智能化,而是實現面向自動化和智能化的生產方式與工藝流程,并適應于設計變更、供應變化、現場環境變化等。這既需要對傳統生產方式與工藝流程進行變革,又需要對建造產品設計構造與設計方式進行變革。而智能物流則是根據生產和施工的需要,實現原材料或構配件的智能采購和配送,同樣可對設計、生產和施工中的變化做出快速響應??梢?,通過這些環節的有機融合,有利于實現建造過程的彈性。

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如何實現智能建造?

理論上而言,智能建造是可行的。然而,由于建造產品的唯一性、建造過程的不可重復性、建造環節的碎片性以及現場環境的復雜動態性,智能建造在實施過程中仍面臨諸多困境。如何推動智能建造的實施?筆者結合《意見》談以下幾點想法。

構建跨行業多方協作機制。智能建造面向的不是一個而是多個環節,這就需要各環節的執行主體共同協作來構建智能建造解決方案。同時,信息技術作為智能建造的支撐手段,相關主體也應參與整個方案的構建。因此,在頂層設計上,應構建集成設計、生產、物流、施工、信息技術等多行業、多專業的聯合攻關團隊與協作機制?!兑庖姟吠ㄟ^多部門聯合發布,也體現了智能建造多專業、多方參與的特點與需求。

加強基礎技術與平臺研發。近年來,BIM、物聯網、人工智能、云計算、大數據等技術的快速發展及其在建筑業的推廣應用,為智能建造實施奠定了良好基礎。然而,相關技術的集成度和平臺的支撐度還遠遠無法滿足智能建造系統的需要。特別是仍缺少具有自主知識產權的智能設計平臺、成熟的行業互聯網平臺以及智能生產和施工裝備與平臺。因此,需要加強產學研用,研發適用的智能建造基礎技術與平臺,支撐智能設計、智能生產、智能物流和智能施工的有效實施。

明確智能建造的發展模式??紤]到智能建造是工程建設與信息技術交叉融合的產物,其發展模式大體上可分為兩類:一是以工程建設方為主體的發展模式,二是以信息技術方為主體的發展模式。前者可以充分利用建筑業已有的信息化基礎,并準確把握行業發展需求與障礙,但面對行業固有的特點和問題難以從根本上取得突破;后者可以充分融合信息行業的新理念、新技術,在智能建造方向上取得變革性成效,但難以全面系統地把握建筑業的獨特需求。因此,應充分考慮當前建筑業發展需求與階段,確定智能建造的發展模式。

發展集成式智能建造裝備。智能生產和施工裝備或機器人是智能建造理念落地的基礎。智能裝備或機器人涉及單專業機器人或平臺式機器人,前者一般以代替某種作業為目標,后者則以完成一項綜合任務為目標??紤]到智能建造是一個集成多環節的建造系統,在智能建造裝備或機器人研發時應充分考慮機器人之間的集成性、交互性和協作性。因此,提倡發展集成多個單專業機器人的集群式建造機器人或平臺式建造機器人,并加強相關裝備的工程示范應用與推廣。

協同建造工業化與智能化。建造工業化為建造智能化提供了便利條件。特別是預制構件(如混凝土構件、鋼構件)的大量推廣應用,突顯了制造業的特點和優勢,使得各個建造環節更易于融合,可有力推動智能建造的發展。而數字化、智能化技術在建筑業的深度應用,又為預制構件的設計、生產、運輸、裝配等環節的有效融合提供了可能性。因此,協同推進建造工業化與智能化,將加快智能建造的發展進程,更有利于建筑業的轉型升級。

加快人才培養與標準建設。智能建造的有效實施和落地,離不開復合型人才的培養和系列標準的制定,而這些目前都是非常欠缺的。對于人才培養,一方面要培養智能建造方案和平臺研發人才,另一方面要培養智能建造系統落地應用人才。但無論是哪類人才,都應具有工程建設知識和信息技術知識。特別是應用人才,掌握一定的信息技術知識是非常必要的、關鍵的。對于標準制定,要結合智能建造的發展進程,制定智能建造標準體系,例如數據標準,技術、裝備、平臺標準,應用、評價標準等。

綜上,智能建造作為建筑業的發展方向和新的引擎,將有利于推進建筑業的改造升級和高質量發展。而清晰理解智能建造的內涵,系統梳理智能建造的重點工作,將有利于推進智能建造的成功實施?!兑庖姟返陌l布,無疑給智能建造指明了發展方向、確立了發展路徑、提供了發展契機。相信隨著智能建造的持續推進,建筑業一定能夠成功轉型,實現彈性建造、高效建造、高質量建造、安全建造和綠色建造的目標。



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