基于使能技术的装配式建造业智慧转型研究
——以福建省为例

王颖林 李煜龙 陈志坚

福建农林大学交通与土木工程学院，福建 福州 350002

当前，我国劳动力成本急剧上升、社会整体工业化水平大幅提升，而建筑行业仍然大量采用需要繁重现场手工作业的现浇混凝土结构。提高建筑行业工业化水平已是社会发展的迫切需要，采用装配式建筑是建筑业发展的必然趋势[1]。装配式建筑的发展正处在初级阶段，缺乏统一的标准体系，且需要多专业体系结合，因而，有必要建立信息化模型，实现项目控制系统和管理信息系统的智慧化，为项目参与方提供更经济、更便捷、低损耗的运营系统[2]。随着中央出台数字经济相关政策，地方层面不断加强数字经济的战略引导，福建省强调要深化工业互联网的发展，推动装配式建造业智慧转型势在必行。

目前，智能建造技术已在福建省多领域产业中得到了广泛应用，其中，使能技术的嵌入对于装配式建造业智慧转型具有重要意义。我国装配式建筑起步虽晚，但赶上了“工业4.0”的发展快车，使能技术能够推进装配式建筑业智慧工厂的发展[3]。然而，新技术的引入不仅会增加产业的成本投入，亦存在一定风险，装配式建造业智慧转型的全面推广具有一定阻力。因此，有必要分析使能技术对于装配式建造业效益产生的影响，从而为装配式建造业顺利实现智慧转型提出政策建议。基于此，本文对福建省装配式建造业智慧工厂中使能技术的应用对于项目工期、质量、生产成本、安全管理水平、绿色环保能效产生的影响进行了调研，分析了9类使能技术对5项生产效益评价指标产生的影响，为装配式建造业中使用使能技术提供了理论基础。

1 基于使能技术的装配式智慧建造生产效益影响因素指标体系构建

近年来，福建省根据自身实际情况，陆续出台了多项推动智能制造发展的政策措施，把发展智能制造作为加强供给侧结构性改革、加快产业转型升级的重要抓手，积极推动智能制造项目实施，开展智能制造试点示范基地建设。根据福建省的政策规划，“十四五”时期重点发展汽车、工程机械、电工电器等领域，壮大智能化专用设备、高档数控机床和机器人等高端装备产业，提升关键基础零部件配套能力。

基于智能制造使能技术，福建省部分智慧工厂生产案例可以分为轻工业、重工业、建筑业3类。其中，轻工业相关智慧建造案例包括安踏同安智能工厂、柒牌工业园、乔丹体育智慧工厂、凯邦科技“5G+工业互联网”智慧工厂、福建九牧智慧产业园等，基于工业4.0使能技术实现智慧建造。重工业相关智慧建造案例包括宝钢德盛5G智慧集控中心、百宏实业5G智慧工厂、龙合智能·AR工厂、铁拓机械5G智能制造产业园数字化改造项目等。建筑业相关智慧建造案例包括中建海峡建设发展有限公司装配式建筑产业基地、福建省城投科技产业园、福建金华鼎科技有限公司闽清PC建筑产业化研发生产基地等，重点应用的使能技术包括中央智慧工艺感知控制系统、超高速运动全量视频流AI质量检测、全量大数据实时检测、增强现实专家系统及智慧物流等。

1.1 使能技术分类

本文基于Büchi等[4]的研究，结合装配式建造业特点，将影响装配式智慧建造效益的使能技术分为以下9类。

（1）智慧工厂信息化平台系统S1：建立集数字化与智能化于一体的信息化管理平台系统，旨在有效提高厂内供应链管理效率，切实解决管理模式与生产进度不匹配的问题。

（2）智能化设备应用S2：智能设备是指任何一种具有计算处理能力的设备、器械或者机器。具有灵敏准确的感知功能、正确的思维与判断功能以及行之有效的执行功能。

（3）智能生产线S3：根据实际生产需求，基于构件生产流水走向设置及流水施工组织安排，驱动执行机构从原料进场、加工、运送、装配、检验等环节进行自动化生产，建立稳定、高效、合格输出的生产柔性（对产品在一定范围内变化的适应性）系统。

（4）横向和纵向集成S4：工业4.0提供的集成具有内部与外部两个维度。横向集成涉及公司不同区域之间的信息集成和交换。纵向集成关系到公司与供应商和客户的关系。

（5）大数据和云计算S5：涉及捕获、归档、分析和传播大量数据的技术，这些数据来自于公司中相互连接的产品、流程、机器和人员，以及公司周围的环境。云计算技术在速度、灵活性和效率方面具有高性能的大量数据归档和处理能力。

（6）增材制造S6：通过制造材料层（包括塑料、陶瓷、金属和树脂等不同类型的材料）来制造复杂产品，从而无须组装材料，如3D打印。

（7）BIM仿真模拟S7：包括在虚拟模型中再现物理世界，并允许操作员测试和优化设置。用实时数据来模仿物理世界，将新产品放入虚拟的生产环境中。在进行实际生产前，公司可以对这些新产品进行测试和优化，从而减少设备装配调试的时间并提高产品质量。

（8）工业物联网S8：借助传感器收集各种设备状态数据，从而实现自动检测和自动控制，再通过工业物联网接入边缘端或云端，为在线控制或离线决策提供高质量的数据支持。

（9）网络安全S9：为提高信息系统及数据的安全性和保密性，对系统上的信息流设置的安全措施。

1.2 调研目标及对象

探讨使能技术为智慧工厂带来的综合生产效益并进行数据化评估，可以为优化生产方案、普及使能技术提供参考，有利于促进制造业的可持续发展。本文选取工期、质量、安全管理水平、生产成本、绿色环保能效5项作为使能技术对装配式智慧工厂生产效益提升的评价指标。

基于单因素多元方差分析（multivariate analysis of variance，MANOVA）研究工业4.0使能技术对装配式智慧工厂生产效益影响程度分析时，首先邀请了27位福建省现有装配式智慧工厂行业领域相关专家进行问卷指标打分。收回有效问卷21份，有效率为77.8%。表1为SPSS 26对调查对象的统计情况，包括调查对象在智慧工厂的工作年限、工厂类型、调查对象对使能技术的了解程度等。

表1 调查对象统计

1.3 指标权重确定方法

在专家打分标准中，10级度量表虽能细致地表明调查对象的态度差异，但量级的增加会模糊每个量级的定义。基于此，本研究结合Handbook of Survey Research等相关资料[5]，采用7级度量表对相应指标进行评分。其中1～7分分别代表：1不重要；2略微重要；3一般重要；4比较重要；5明显重要；6强烈重要；7极其重要。

2 单因素多元方差数据分析

本文基于多元方差分析对调研数据的样本均值、因变量的显著性进行检验。根据Levene方差齐性检验可以得出，问卷数据显著性P值均大于0.05，因此，数据具有方差齐性。

表2是使能技术对生产效益评价指标影响重要程度比较，通过将9类使能技术对5项生产效益评价指标进行多重比较后可以得出：在工期指标中，智能生产线与网络安全具有显著差异；在质量指标中，网络安全、智能化设备应用和智能生产线具有显著差异；在生产成本指标中，网络安全、智能化设备应用、智能生产线、横向和纵向集成、大数据和云计算具有显著差异（P＜0.05）；在安全管理水平、绿色环保能效指标中，未出现具有显著差异的使能技术，因此未在表2中列出。

表2 使能技术对生产效益评价指标影响重要程度比较

3 结论及建议

为了更加直观地体现使能技术对装配式建造业智慧转型的影响程度，本文基于使能技术对生产效益评价指标影响程度进行比较分析，9类使能技术对5项生产效益评价指标影响程度排序结果如表3所示。

表3 9类使能技术对5项生产效益评价指标影响程度排序

对工期指标影响程度较高的使能技术为智能生产线、大数据和云计算、智慧工厂信息化平台系统与智能化设备应用；对质量指标影响程度较高的使能技术包括智能生产线、智能化设备应用、智慧工厂信息化平台系统；对生产成本指标影响程度较高的使能技术包括智能化设备应用、智能生产线、横向和纵向集成以及大数据和云计算；对安全管理水平指标影响程度较高的使能技术包括智能生产线、智能化设备应用、工业物联网；对绿色环保能效指标影响程度较高的使能技术包括智能生产线、智能化设备应用、增材制造。

可以看出，智能生产线、智能化设备应用对装配式智慧工厂5类生产效益评价指标的影响普遍较高，而网络安全对智慧转型的生产效益影响较低。《福建省人民政府关于印发国家数字经济创新发展试验区（福建）工作方案的通知》中指出，要加快推进产业数字化，赋能实体经济转型升级；深入实施“上云用数赋智”行动，分行业、分区域建设一批中小企业数字化转型促进中心，促进中小微企业“上云上平台”。针对福建省重点技术改造项目、福建省首台（套）重大技术装备项目制定了补贴、奖励等措施，这对推进产业数字化、智慧化转型具有深远意义。其中，“上云上平台”与使能技术体系中的智慧工厂信息化平台系统、横向和纵向集成、大数据和云计算、BIM仿真模拟、工业物联网相对应，对于装配式智慧工厂工期缩短、质量提升、生产成本降低等目标的实现具有显著影响。

然而，由于在安全管理水平、绿色环保能效指标中未出现具有显著差异的使能技术，说明在工业4.0使能技术的框架下尚缺乏对安全及环保的足够重视，有必要进一步拓展兼具以人为中心及可持续的工业5.0使能技术体系[6]。基于此，结合福建省推动智能化转型的相关举措，提出以下建议。

（1）进一步深化落实产业智慧转型的配套补贴及激励机制。在加快推进智能制造进程中提出实施“机器换工”，推广传感器、工业软件、网络通信系统、新型人机交互等应用，这些升级改造需要建立在必要的补助基础上。由于不同产业智慧转型的路径有所差异，因此在补贴及奖励设置时应基于产业特征，进一步细化补贴标准、补助限额及奖励措施。

（2）福州市人民政府印发的《2021年实施“数字·绿色”技术改造专项行动方案》中提出了加快5G、大数据、人工智能、工业互联网等新一代信息技术在制造业中的深度应用，推动高端钢铁、精细化工等行业关键工序自动化、数字化改造，亦强调了基于数字化实现产业绿色升级的重要性。然而，工业4.0使能技术着眼于数据驱动智能制造从而实现价值创造，缺乏探究工业生产过程中的环保和可持续性。基于本文分析结果也可以看出，目前工业4.0使能技术缺乏在绿色环保能效指标中的显著性对应。因此，在装配式建造业智慧转型的过程中，有必要进一步将工业4.0使能技术框架升级为工业5.0使能技术体系，实现以人为中心、绿色环保可持续以及具有工业韧性的目标。