当前位置:首页 > 专栏 > BIM学院 >

什么是智慧建造?这应该是你看到的最全面的解读!

什么是智慧建造?这应该是你看到的最全面的解读!

打印 0条评论来源:广联达新建造(id:Glodon-NB) 作者:马智亮

清华大学土木工程系教授  马智亮


2013年,在汉诺威工业博览会上,德国联邦教研部和联邦经济部提出“工业4.0”的概念。它描绘了制造业未来的前景:人们将迎来以信息物理融合系统为基础,以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。其中的“机器自组织”,代表机器不仅拥有智能,还能够沟通和协调,意味着可以做到无人制造。借鉴德国“工业4.0”,我国政府于2014年提出了“中国制造2025”的行动纲领,其中提出“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针,也明确了“到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平”的目标,针对的也是制造业。我们所在的工程建设行业怎么办?我的看法是走向高度智慧建造。



高度智慧建造的基础是智慧建造。在互联网上搜索一下,可以知道智慧建造已经不是一个新概念。若干学者2018年以来开始阐述智慧建造;关于智慧建造的组织也已有一些,包括一些地方协会成立的分会,全国性协会下属的专业委员会等;关于智慧建造的会议更多一些,从2017年开始出现;而关于智慧建造的著作也已有出现,但数量不多,虽然实践性很强,但学术性并不系统。在工业4.0的故乡,德国有的大企业也提出了智慧建筑的概念。但是,目前在我国,关于智慧建造,在行业中仍然存在模糊的认识。有鉴于此,笔者在此对针对智慧建造,重点就几个关键问题进行分析和总结,以飨读者。


01 智慧建造的概念及其主要特征  


为了更好地理解智慧建造,有必要首先辨析一下“智慧”一词。“智慧”,可以理解为生物基于神经器官所具有的一种高级的综合能力,包含感知、知识、记忆、理解、联想、情感、逻辑、辨别、计算、分析、判断、文化、中庸、包容、决定等多种能力。人是有智慧的,智慧让人拥有理解、思考、分析、探求真理的能力。


智能技术及其相关技术可以让机器也拥有智慧。笔者曾看到一篇文章,说京东研制出送货机器人,将取代快递小哥。送货机器人可以自己上路,根据路况变道,躲开障碍物,自主规划路线,将货物送到指定的地址,和快递小哥没有什么两样;可以做到无人送货,称得上智慧快递。智慧快递是综合应用智能技术及其相关技术的产物。但是,相比之下,智慧建造要复杂得多。


智慧建造是智慧城市、智能建筑的延伸。即,“智慧”“智能”延伸到工程项目的建造过程中,就产生了智慧建造的概念。智慧建造意味着在建造过程中充分利用智能技术及其相关技术,通过建立和应用智能化系统,提高建造过程智能化水平,减少对人的依赖,实现安全建造,并实现性能价格比更好、质量更优的建筑。


换句话说,智慧建造的目的,即提高建造过程智能化水平,减少对人的依赖,实现更好的建造,这意味着智慧建造将带来少人、经济、安全及优质的建造过程;智慧建造的手段,即充分利用智能技术及其相关技术;而智慧建造的表现形式,即应用智能化系统。这里提到“少人”,体现工程建设行业和制造业的不同。由于工程建造行业的复杂性,很难做到无人建造。


智慧建造同样以智能技术及其相关技术的综合应用为前提。其中,涉及到感知,包括物联网、定位等技术;涉及到传输,包括互联网、云计算等技术;涉及到分析,包括移动终端、触摸终端等技术;涉及到记忆,包括BIM、GIS等技术;涉及到分析,包括大数据、人工智能等技术;此外,还包括三维激光扫描、三维打印、机器人等技术。通过应用这些技术,智能化系统将具有如下特征:灵敏感知、高速传输、精准识别、快速分析、优化决策、自动控制、替代作业。


值得一提的是,智慧建造和我们常说的企业信息化、数字化、智能化之间的关系,以及和高度智慧建造之间的关系。企业信息化主要是实现工作的自动化,数字化则使在工作之间共享数据成为可能,而智能化则使利用数据进行智能化决策成为可能。在建造过程中,如果达到智能化水平,可以称为实现了智慧制造。值得注意的是,智慧建造有程度之分,如1.0,2.0,3.0,4.0,而高度智慧建造则代表在智慧建造的深度、广度和集成度上达到相当高的水平,从而整个建造过程的智能化达到很高程度。另外,需要说明的是,在建造过程中使用的智能化系统分为两大类,即管理系统和技术系统。前者的例子如,ERP系统,项目综合管理系统;后者的例子如,BIM平台软件,BIM工具软件等。


02 智慧建造的典型应用场景  


智慧建造的典型应用场景可以分为四个方面:智慧组织、智慧设计、智慧制造和智慧施工。


智慧组织是针对建筑企业而言的,包括设计企业和施工企业。成为智慧组织,意味着实现以下主要目标:企业能把握正确的发展方向;能实现资源优化配置;能使风险得到有效管控。典型的应用场景如:利用大数据确定企业的发展方向;智能化企业资源优化配置;智能化企业风险预警。


这里举一个利用大数据确定企业的发展方向的例子。福建省工业设备公司是我国首个实施并应用了国外著名品牌的ERP系统的施工企业。在应用ERP系统的过程中,该公司积累了大量项目数据。该公司利用该数据进行分析,判断究竟承接大项目挣钱多,还是接小项目挣钱多。表面上小项目的利润率高,但是,实际上因为转场频繁且费用高,所以实际挣钱并不能与大项目相比。于是,该公司决定,把业务重点放在承接大项目上。


智慧设计是针对设计阶段而言的。成为智慧设计,意味着实现以下主要目标:实现创新设计、优化设计和高效设计。典型的应用场景如:基于BIM的可视化设计;基于BIM的全生命期性能化设计;进行正向BIM设计,自动生成图纸。


这里举“基于BIM的可视化设计”作为例子进行说明。过去,设计单位往往把设计方案用平面图和立面图表示出来,或者至多画上一两张效果图,就与建设单位讨论,征询建设单位的意见。由于建设单位识图能力有限,碰上复杂的设计,往往不能理解设计方案,因此或者提不出什么意见,或者花很大的力气才能确定设计方案。对应于前者,在施工过程中,当建设单位发现建起来的不是他们想要的东西时,他们就会提出设计变更要求。如果设计单位采用BIM技术进行方案设计,并将设计方案直观地展示给建设单位,就能避免这种问题,而且这样做并不需要耗费太大的精力和成本。


类似地,智慧制造是针对制造阶段而言的。目前主要体现在钢结构建筑、装配式混凝土建筑等的工程建造中。成为智慧制造意味着:实现优化制造、高质量制造和高效制造。典型应用场景如:基于互联网+的构件生产优化管理;基于数字图像技术的钢筋骨架质量管理;自动化和机器人技术应用。这里以“基于互联网+的构件生产优化管理”为例,简要介绍一项笔者研究室开展的一项研究工作。因为目前没有合适的这方面的智能化系统,解决这个问题需要研究开发相应的智能化系统。


作为国家863计划项目的一部分,我们已经完成了系统的研究和开发,并进行了试用。我们的系统是基于因特网的,即软件安装在服务器上,预制构件厂的管理人员和工人通过互联网使用该系统为他们分别提供的功能。


例如,系统为工人提供了在工作站的计算机上显示分派任务及查询信息的功能;为调度员提供了输入订单信息并进行优化排程和调整排程的功能;为质量管理人员提供了显示检查表格、录入数据并提交数据的功能;类似地,也为车间主任、库管员、配送人员等分别提供了其所需的功能。该系统的特征是,综合利用智能技术及其相关技术,包括BIM、移动终端、物联网(RFID)、智能化等技术,支持预制构件工厂规模化、自动化、柔性生产及优化管理,特别是,支持作业计划的优化制定、作业计划的优化调整以及物料的优化重调配规划的生成等,在支持优化管理方面,使作业计划的制定和调整可以保证考虑多目标的优化,其效果不依赖于用户的经验。


最后我们来看智慧施工,针对的是施工阶段。成为智慧施工意味着:实现高质量施工、安全施工以及高效施工。典型应用场景如:基于BIM的虚拟施工;基于BIM和室内定位技术的质量管理;基于互联网+的工地管理。


这里以“基于BIM的建筑工程施工质量管理”为例,简要介绍一项我们的研究室开展的一项研究工作。在施工项目中,传统施工质量管理方法:依据规范,相关方逐个工序进行验收。在验收中需要形成文档,由各方签字确认。目前施工质量管理中存在问题包括:有关方需要在现场手工填写纸介质表格,回到办公室后汇总、转录到计算机中输出,再由相关各方在表格中签认,工作效率低;因为检查条目繁多,而管理人员专业水准参差不齐,易引起验收工作遗漏和疏忽;由此导致的弄虚作假时有发生,易造成施工质量失控。虽然目前BIM技术应用在施工质量管理中,但一般都是由管理人员在现场先检查,发现问题后,在移动终端上利用相应的商业系统,打开BIM模型,找到对应的部位,附件检查信息,提醒相关方进行整改;整改后,相关方录入回应信息。


这样的方法尽管比传统的方法直观一些,但不能支持对上述问题的解决。为此,我们提出以下思路:依据标准和规范在BIM模型上生成验收计划,结合移动终端、定位等技术,支持提前在计算机上生成计划,在现场用移动终端查看检查点、录入检查数据,并自动生成检查资料。其中,定位功能的作用是,在打开BIM模型时,能帮助我们迅速找到实际检查的部位在BIM模型上的对应位置,并将检查数据录入到系统中,同时上传到服务器中。我们也研究开发了相应的智能化系统。该系统基于互联网,能支持包括施工方、监理方以及建设方等多方在系统上协同工作进行施工质量管理。我们对该系统在实际工程中进行了试用,取得了预期效果。


03 企业高效地走向高度智慧建造要点  


面向智慧建造,企业应该如何高效地走向高度智慧建造呢?


首先应该明确高度智慧建造相对于智慧建造的含义。应该说它是智慧建造的高级阶段,其中的“高度”代表智能化系统的深度、集成度以及应用广度具有较高的水平,而且应该强调高度智慧建造以经济上可行为前提,不搞花架子。


这里展开做一下说明。智能化系统的深度意味着在系统开发中应用智能技术及其相关技术的深入程度。应用上述例子,目前支持质量检查的、基于BIM的商业系统比我们开发的智能化系统在深度上由欠缺,因为它没有提供功能相对不够深入,不能用于解决现存的主要问题。智能化系统的集成度反映各类系统实现集成的比例大小。值得说明的是,系统集成方式可以分为两种:基于应用的集成和基于数据的集成。其中,前者对应于多个应用软件的一体化,例如,把一个客户关系管理系统集成到企业信息化管理系统中;而后者对应于,通过中性数据文件,在多个应用软件之间进行数据共享,例如,通过IFC格式的数据文件在多个应用软件之间共享BIM模型的数据。集成度不论集成方式,只关注实现集成的软件数站总数的比例大小。智能化系统应用的广度对应于智能化系统在企业中应用的范围大小,可以用主营业务的覆盖程度、在所有项目中的普及程度、在项目各阶段的普及程度以及在项目各参与方之间的普及程度等参数来表示。


关于企业如何高效地走向高度智慧建造,笔者认为有必要重视以下几点:不断学习新技术新系统,重视新技术系统研究开发,抓住应用新技术的机会,持续改进和集成已有系统。其中,第一点对应于学习,其他三项分别对应于深度、广度和集成度。


对于学习,由于新技术新系统层出不穷,应该敢于并善于学习。作为应用单位,建筑企业可以请软件公司上门介绍,也可以试用软件。相关人员应该养成对新技术的敏感。


对于新技术系统研究开发,如果建筑企业满足于应用厂商开发的系统,则由于门槛太低,不能体现差别化。所以,应主动地去开发一些新技术、新系统,形成企业的核心竞争力;确立企业在行业中的领导地位。虽然是建筑业企业,应该努力成为高科技企业。中建钢构在过去的几年,投入近2亿元,成功研究开发了钢结构智能建造系统,达到很高水平,并已经投入试用,是这方面的一个很好的例子。


对于抓住应用新技术的机会,由于重点、大型复杂工程不仅能更好地检验新技术,而且宣传效果好,建筑企业即使需要付出代价,也应主动出击,开展新技术的应用。应该做新技术应用的首个尝试者,还应该有意识地扩大应用范围,例如,将新技术应用到更多的项目中。最近几年,北京城建承建了一系列重点工程,并应用了相关新技术,取得了很好的效果,值得学习。


对于持续改进和集成已有系统,应该意识到,已有的智能化系统是财富,但需要随着新的系统平台的出现,需要持续改进。持续改进的系统一定会胜过从零出发新开发的同类系统,因为在其中已经积累了流程、分析处理算法等经验。另外,应该重视已有系统的集成,实现系统的一体化或数据共享,铲除信息孤岛。在此过程中,需要企业标准及行业标准的支持。但是,建筑企业不能等,也不能靠,应该敢为人先,开创相关标准,实现提高智能化系统集成度的目的。


04 结语  


智慧建造是近几年提出来的概念,在一些项目中已有成功实践。面向德国工业4.0和中国制造2025,我国工程建设行业的建筑企业必然走向高度智慧建造。我们应该抓住机遇,争取让工程建设行业在时代大潮中与其他行业一道,接受洗礼,迎接挑战。


(责任编辑:何雯丽)



延伸阅读:

BIM如何应用于装配式建筑 应用国产BIM打造“数字建筑”新标杆 施工企业BIM双元应用:组织支持与个体因素的跨层影响机制

(1) 凡本网注明“来源:预制建筑网”的所有资料版权均为预制建筑网独家所有,任何媒体、网站或个人在转载使用时必须注明来源“预制建筑网”,违反者本网将依法追究责任。 (2) 本网转载并注明其他来源的稿件,是本着为读者传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。其他媒体、网站或个人从本网转载使用时,必须保留本网注明的稿件来源,禁止擅自篡改稿件来源,并自负版权等法律责任,违反者本网也将依法追究责任。 (3) 如本网转载稿涉及版权等问题,请作者一周内书面来函联系。

[责任编辑:Susan]

评论总数 0最新评论
正在加载内容,请稍等...
0条评论发表评论

所有评论仅代表网友意见,预制建筑网保持中立。

连接件
三一
江苏龙腾工程设计有限公司