迎接智能建造带来的机遇与挑战*

马智亮

(清华大学土木工程系，北京 100084)

0 引言

智能建造意味着在设计、制造、施工在内的工程建设各阶段，充分利用云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新一代信息技术，及建筑信息模型(BIM)、地理信息系统(GIS)、自动化和机器人等新兴应用技术，通过智能化系统，提高建造过程的智能化水平。2020年7月，住房和城乡建设部等13个部委联合下发“关于推进智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见”，由此智能建造在建筑行业引起广泛关注。

改革开放以来，随着经济的迅速发展，我国工程建设突飞猛进，建筑行业相应发展。迄今为止，我国已经建造很多世界级的高楼、铁路、桥梁、隧洞，被誉为基建狂魔。但相比发达国家，我国人均基础设施拥有量仍有很大发展空间。因此，为满足人民群众对美好生活的追求，仍有很多工程建设工作需要去做，建筑行业仍大有可为；另外建筑行业经历多年的粗放式发展后，必然需要转型升级。在此背景下，智能建造的提出恰逢其时，必将给我国建筑行业下一步的发展带来深远影响。

1 智能建造带来的机遇

建筑行业在发展过程中，逐步引入新技术，不断提高生产力水平。过去40年，建筑行业引入最重要的新技术包括CAD技术和信息化管理技术，极大地推动行业发展。智能建造是工程建设中系统应用新一代信息技术和新兴应用技术的建造模式，可以说，智能建造给建筑行业带来新机遇。

1.1 带来先进的科学技术

智能建造可提高建筑行业生产力水平。历史上，机械生产代替手工劳动，依靠电子系统和信息技术实现生产自动化，每次科技进步都带来生产力的巨大提升。智能建造作为新型建造模式，应起同样作用，促进建筑行业的转型升级。从管理上看，智能化管理系统可提高管理水平，真正实现管理效益。整个行业强调企业的信息化管理，提升管理水平。通过智能化管理系统，使企业管理再上一个台阶。以施工项目计划管理为例，目前需要人工排程、确定计划，这样确定的计划优化程度取决于排程人员的经验，而如果采用智能化计划管理功能，则只需排程人员输入有关基础信息，不管排程人员是否有经验，系统均会自动生成优化的计划。另外，从制造阶段或施工阶段看，通过使用智能化装备或设备，可大大提高工作效率，提高工作质量，降低安全风险。如在超高层建筑施工过程中使用造楼机，工期至少可缩短20%，施工质量和安全更有保障。

1.2 可解决建筑行业面临的急迫问题

建筑行业具有工作环境差、较危险的特点，对年轻人就业没有吸引力。据调查，目前劳务人员年龄超过40岁的占60%以上，随着社会经济条件的改善，越来越少的年轻一代愿意参与施工，因此出现用工荒问题，随着时间的推移，该问题将更加严重。智能建造通过智能化系统，可实现完全取代人或少人化，且可改善操作环境、降低危险度。

另外，据有关资料显示，因施工中错误信息传递导致返工，使建筑工程中存在30%的浪费。智能建造通过BIM等手段，可防止错误的信息传递，或通过信息共享减少甚至去除信息传递，从而避免返工，大幅度减少浪费，为企业带来效益。

2 智能建造带来的挑战

智能建造虽然美好，但不可能一蹴而就。从智能建造理念的提出，到完全实现的过程中，智能建造需运用一系列智能化系统来实施，而智能化系统需要人们利用新一代信息技术和新兴应用技术来实现。目前已出现部分智能化建造系统，如基于BIM的设计系统、造楼机、焊接机器人、3D打印机、砌墙机器人等，通过利用这些系统，可帮助用户实现建造过程中局部的智能化，但要实现整个过程的智能化，仍存在一些主要挑战。

2.1 需不断完善智能化系统

智能化系统刚诞生时需不断改进才能走向成功。以施工现场使用的焊接机器人为例，某机械化施工企业从开发出产品原型到完善使用，经历长达8年的过程。当然，若系统相对简单，花费的时间也会短些。

2.2 需集成应用新技术开发智能化系统

建筑工程最显著的特性是建造场地的流动性、产品的单件性和多样性。因此，需开发和利用多种多样的系统。目前已存在的智能化系统远远不能满足智能建造的需求。同时，在智能化系统开发过程中，需充分集成应用新技术。因为如人类工作，需综合运用感知、记忆、计算、分析等能力，智能化系统同样需要具有这些能力才能替代人类，而每种能力对应到信息技术中，都有不同的技术与之对应。如对应于记忆能力可以有BIM技术、GIS技术，对应于分析能力可以有大数据技术等。所以，智能化系统意味着多项信息技术的综合应用，不仅带来技术开发的难度，也会增加智能化系统的复杂度。

2.3 需大量、有效的资源投入

实施智能建造首先要购入或开发各种智能化系统，但若仅购入智能化系统进行应用，即使能够形成企业竞争力，也很难持久，因为其他企业得知后会很快购入，并迅速获得该竞争力。为此，有条件的企业可自行开发，或与有关厂商联合开发，从而打造企业核心竞争力。但无论购入还是开发，都需企业投入资源。另外，企业为用好智能化系统，还需进行人员培训、应用示范；为加强领导，还需建立相关组织机构，这些工作同样需要投入资源。

3 企业如何发展智能建造

建筑企业应主动迎接智能建造带来的机遇和挑战，发展智能建造。但同其他事物一样，发展智能建造的前途是光明的，道路是曲折的。企业发展智能建造需把握全局、科学布局、有序推进。

1)把握全局 即深刻理解智能建造的发展历程、与信息化及BIM等应用的关系、包含的关键技术等；应结合企业的发展战略和现实需求，理解相关智能化系统现状和发展趋势，企业对实施智能建造的要求；应理解智能化系统开发的原理、步骤和方法等。

2)科学布局 即科学地确定企业的智能建造发展目标和实现路径。在把握全局的基础上，结合企业发展战略和现实需求，制定企业智能建造发展目标，并按整体规划、分步实施的思路，确定智能建造的实现路径。在进行科学布局时，应抓住行业智能建造的热点。智能建造热点即智能建造已取得一定成果的应用点。按照建造阶段，可将智能建造分为智能设计、智能制造和智能施工3个方面。目前，在各方面已实现部分智能建造应用，称为热点。在智能设计方面，已有参数化设计、基于BIM的设计等热点；在智能制造方面，已有基于BIM的部品深化设计、智能化部品生产管理、智能化部品存储与运输管理、智能化生产工厂等热点；在智能施工方面，已有智慧工地(含BIM5D管理、基于BIM的协同管理、塔式起重机防碰撞等)、装配式混凝土建筑智能化施工、装配式钢结构建筑智能化施工、建筑机器人、造楼机等热点。这些热点意味着已存在相应的智能化系统，并开始被应用；同时也意味着这些系统的应用在技术经济方面大体是可行的。应首先理解这些系统，并在资源投入允许的前提下，按需引入这些系统，进行示范应用，摸索并总结应用经验。当然，企业也应敢于创新，在热点之外开辟新应用点。

3)有序推进 即部署相应资源，扎实地加以推进。如上所述，智能建造涉及多项技术，而这些技术往往由不同专业的人才所掌握，除建筑业自有的建筑、结构、水暖电等专业外，还包括计算机、电子工程、自动化、机械工程、软件工程等。当然，建筑企业若同时拥有这些方面的人才更好，若不能拥有，也可采取与专业公司合作的方法。如某钢结构公司，投入近2亿元，花费3年多时间开发钢结构智能制造系统，采用的就是该方法。该公司拥有结构工程、机械工程等人才，学习和借鉴国外先进经验，结合生产实际需要，系统提出智能化需求，然后与外部软件公司合作，成功开发出该系统，经过1年多的打磨，成功实现该系统在实际生产中的应用，取得很好的效果。

4 结语

智能建造是我国建筑行业的发展方向，具有可以期待的美好前景。为发展智能建造，需有长期作战的思想准备，需全面把握智能建造，系统、分步骤地发展智能建造，保证投入，确保所需人才，关注智能建造热点，按需应用并开发智能化系统，摸索并总结应用经验，不断提高智能建造水平。

致谢：本文工作得到如下基金资助：国家自然科学基金(51678345)，清华大学(土水学院)-广联达BIM联合研究中心基金。