論文摘要

 

隨著建筑施工行業對信息化探索的不斷深入,如何利用物聯網、云計算、大數據、移動互聯、BIM等技術進行智慧建造,實現工業化、信息化、綠色化“三化”融合的建設新常態,是建筑業推進數字化轉型的重要途徑。為此,本刊記者采訪了清華大學教授,博士生導師馬智亮,聆聽他對智慧建造的見解與思考。

 

 

施工技術:智慧建造是建設領域的新理念,它要求建筑業走低能耗、低污染和可持續發展之路,是利用信息技術革新傳統建筑業的生產作業方式。那么,什么是智慧建造?有無公認的定義?

馬智亮:很長時間以來,建筑本身的設計建造過程非常傳統,加上建筑業本身生產的復雜性,導致互聯網被充分應用、信息化成為生產力的技術難度十分巨大。隨著我國經濟社會發展進入新常態,經濟結構模式不斷優化,依靠鋼筋混凝土等資源消耗、環境污染和勞動密集型的傳統建造模式面臨著轉型升級的壓力,智慧建造將成為建筑業推進數字化轉型的重要途徑。智慧建造是一個新概念。它來自智慧城市、智能建筑的延伸,即將其中的“智慧”“智能”延伸到工程項目的建造過程中,就產生了智慧建造的概念。

迄今為止,對智慧建造還沒有形成一個通俗、易懂的定義。通過思考,我給出以下定義:智慧建造意味著在建造過程中充分利用智能技術和相關技術,通過應用智能化系統,提高建造過程的智能化水平,減少對人的依賴,實現安全建造,并實現性能價格比更好、質量更優的建筑。這個定義涵蓋了3個方面:①智慧建造的目的,即提高建造過程的智能化水平,減少對人的依賴,實現安全建造,并實現性能價格比更好、質量更優的建筑;②智慧建造的手段,即充分利用智能技術和相關技術;③智慧建造的表現形式,即通過應用智能化系統。

施工技術:當前,政府、行業組織和市場主體都在積極尋求推動我國建筑業轉型升級的新途徑,許多建筑企業希望通過智慧建造實現工程建設的工業化、信息化和綠色化,智慧建造有何特征?其核心技術是什么?

馬智亮:互聯網時代,數字化催生著各個行業的變革與創新,建筑行業也不例外。智慧建造被認為是解決建筑行業低效率、高污染、高能耗的有效途徑,目前已在很多工程中被提出并實踐,因此有必要對智慧建造的特征進行歸納。智慧建造涵蓋建設工程的設計、生產和施工3個階段,借助物聯網、大數據、BIM等先進的信息技術,實現全產業鏈數據集成,為全生命周期管理提供支持。智慧是高級動物所特有的能力,一般包含感知、識別、傳遞、分析、決策、控制、行動等。換句話說,如果我們擁有的系統具備這些方面的能力,就可以說系統具有智慧或具有一定的智慧。因此,可以推理出,智慧建造中包含的智能化系統具有以下特征。

1)靈敏感知 作用是像高級動物一樣能夠靈敏地感知周圍環境的變化,傳感器技術可以當此重任。例如,視頻傳感器可以用于感知并記錄周圍環境,RFID可以用于感知預先特定的對象。在實際應用中,視頻傳感器可以取代人工監視,RFID掃描器可以快速感知一定范圍內預先特定的物體是否存在,從而采集到相應的原始信息。

2)高速傳遞 作用是迅速傳遞通過感知采集到的信息,無線網絡,特別是移動無線網絡技術可以當此重任。例如,通過無線網絡,從RFID掃描器得到的信息可以迅速傳遞至服務器,供服務器進行分析處理。在實際應用中,自動傳遞附著RFID的物料的入庫信息,并保存在服務器的數據庫內,便于進行信息管理。

3)精準識別 作用是對采集的原始信息進行識別,確定信息的含義及特定對象的存在,視頻識別和音頻識別技術可以當此重任。例如,通過對傳遞過來的視頻流進行識別,可以快速確定某人是否出現在某個具體場景中,也可以識別提交物中包含的對象是否符合預期。

4)快速分析 作用是對大量信息進行快速分析,給出有助于決策的結果,大數據分析技術可以當此重任。例如,可以通過對大量入庫信息的分析,發現材料入庫規律,如入庫量隨季節的變化,或已入庫的不同材料之間的關聯性,并判斷當前的入庫情況是否符合一般入庫規律,如果不符合,立即給出提醒。

5)優化決策 作用是針對建造過程中的決策環節,給出優化決策方案及其依據,從而輔助決策人員實現建造過程的最大效能。優化技術,或智能化技術可以當此重任。例如,給出最優化的設計方法,最優化的作業進度計劃等,取決于優化目標,可以使設計方案做到全生命期成本最低,碳排放最低,性價比最優等。

6)自動控制 作用是利用智能化系統取代人,根據感知到的環境條件,運用優化決策,自動控制生產過程,自動控制技術可以當此重任。例如,可以根據優化后的作業進度計劃,自動控制物料搬運,實現物料搬運自動化和無人化。

7)替代作業 作用是利用智能化系統替代人從事惡劣環境中的作業,提高工作效率,減少對勞動力的需求,自動化和機器人技術可以當此重任。例如,在建筑工程中,砌磚工作可以應用機器人來完成,從而解決勞動力供應不足、人工成本高等問題。

從以上敘述可以看出,智慧建造的核心技術是云計算、大數據、物聯網、移動通訊、智能化技術,通常稱作“云大物移智”。事實上,還有一個關鍵技術值得補充,即,建筑信息模型(BIM)技術。因為,如果說通過感知采集到的信息是自然信息,則BIM是人造信息,是由設計人員產生的。毫無疑問,施工過程中需要按照BIM去施工,施工完成后采集到的自然信息需與BIM進行對比。甚至整個施工過程可以借助BIM在計算機中以虛擬方式進行,從而通過虛擬建造指導實際建造過程。很顯然,這也屬于智慧建造的范疇。

施工技術:作為一種新興的工程建造模式,智慧建造是建筑業現代化的重要組成部分,請您介紹一下智慧建造的典型應用場景。

馬智亮:目前智慧建造已經有很多典型應用場景,以下舉幾個例子。

1)智慧設計 借助于BIM技術和優化設計技術,可以在設計階段對設計方案進行充分探討,實現所定的優化目標。經常考慮的優化目標是,使建設工程全生命期(包括規劃、設計、施工、運維、廢棄階段)總成本最低,總環境負荷最小。若在設計中采用BIM技術,產生的設計模型可以被共享進行結構分析、日照分析、能耗分析、成本分析等性能化分析,避免了信息重復錄入,從而大大提高工作效率,使得設計人員在有限的時間內設計出多種方案,并進行比較,使擇優成為可能。

2)智慧施工組織 施工組織對復雜工程施工至關重要,因為它可以大幅度降低返工,從而減少浪費,節省成本。傳統的施工組織主要靠編制人員的經驗,而應用BIM技術可以實現先試后建,即首先在計算機中直觀地模擬整個施工過程,同時請各有關施工人員觀看,指出潛在問題,并提出改進意見,從而對施工組織方案進行優化,然后再根據優化后的方案組織施工,這就是“以虛擬施工指導實際建造過程”。曾經有研究指出,施工中的錯誤和返工可能導致30%的浪費,而智慧建造方法可以很好地避免這一點。

3)智慧工地 施工現場涉及人、機、料、法、環等多種管理要素以及進度、成本、安全、質量等多個管理方面。智慧工地系統利用多種傳感裝置,能夠自動采集多方數據并上傳到系統中進行自動處理。智慧工地系統集成多個子系統,采用智慧工地系統可以實現工地的智慧化。以智能化人員管理子系統為例,通過讓工人帶上智能安全帽,工人進場、場內移動軌跡、出場等信息被自動采集,以施工隊、施工組等為單位進行出勤統計,極大地提高了人員管理效率,避免勞動糾紛。以物料管理為例,通過采用物料驗收智能化子系統,可以通過紅外線裝置規范車輛上磅,自動上傳稱重信息,通過文字識別自動上傳對應的訂單信息,同時可以上傳各角度拍攝的稱重過程照片,從而識別缺斤短兩現象,杜絕數字作假,提高物料管理水平,帶來經濟效益。

施工技術:當前,我國建筑業對于全球建筑業信息化的發展趨勢和認識程度有限,受傳統思維和管理模式的禁錮,對智慧建造的潛力及前景缺乏具體認識,請您描述一下智慧建造下一步的發展趨勢。

馬智亮:應該看到,我們目前已實現的智慧建造還是很初步的,體現在智慧建造系統的功能非常有限,系統還不能覆蓋整個建造過程,專門化的系統很少見,如專門針對鋼結構的智慧建造系統,或專門針對超高層建筑的智慧建造系統。

作為智慧建造下一步的發展趨勢,我認為有3點非常重要。

1)將有更多的系統涌現出來,從而提高對整個建造過程的覆蓋度,并提高整個系統的集成度。目前已經出現一些局部化的智慧建造系統平臺,例如智慧工地平臺,今后這樣的系統將進一步得到發展,使得子系統和平臺之間實現“可插拔”,從而降低子系統之間集成的難度。

2)智能建造系統將向專門化發展,從而提高工作效率。例如,將出現專門針對鋼結構的智慧建造系統,專門針對裝配式混凝土建筑的智慧建造系統。  

3)智能建造系統的軟件和硬件將得到更好的集成,提高系統的智能化水平。例如,在智能建造系統中植入人工智能芯片,無疑可以使系統具有更高的智能化水平,同時,可以帶來系統性能的大幅度改善,提高工作效率,除了可以有更加智能化的設計軟件,還可以有更加實用的施工機器人。

 

 

文/本刊記者                       

 

 

用戶中心
主辦單位:亞太建設科技信息研究院有限公司 中國建筑設計研究院 中國建筑工程總公司 中國土木工程學會    承辦單位:施工技術傳媒機構
京ICP證050763號

京公網安備 110102000406-6
主編:張可文 電話:010-57368788   編輯部:010-57368789,010-57368790
廣告、理事會:010-68300059,010-68330203,010-68333804   郵購及查詢010-68341147  傳真010-68300061
地址:北京市西城區德勝門外大街36號中國建筑設計集團A座4層   郵編:100120        Email:[email protected]
施工技術網群鼓勵技術交流,信息交流。群號:43883790    75228828    新浪微博:@施工技術傳媒機構  
双色球100%的出号规律