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创新智能建造技术 促进建筑业转型升级

建筑业是我国的支柱产业,但长期以来,我国建筑业存在发展粗放、劳动生产率低、建筑品质不高、工程耐久性不足、能源与资源消耗大、劳动力日益短缺、科技水平不高等问题。为此,促进建筑业转型升级、实现高质量发展,是必然要求。

当前,住房和城乡建设部正在开展智能建造试点城市的征集和遴选工作。这将对推动建筑业与先进制造技术、新一代信息技术的深度融合,培育智能建造新业态、新模式发挥重要作用,对推动产业转型升级与提质增效、促进高质量发展具有重要意义。

智能建造是以人工智能为核心的新一代信息技术与工程建造相融合而形成的一种工程建造技术,它不仅是工程建造技术的创新,还将从经营理念、市场形态、产品形态、建造方式以及行业管理等方面重塑建筑业。发展智能建造,是当前建筑业突破发展瓶颈、增强核心竞争力、实现高质量发展的关键所在。

攻克关键技术问题 引领智能建造产业发展

目前通用的基础绘图软件、有限元软件和BIM(建筑信息模型)软件等基本为国外产品,与我国的标准和建设管理流程不一致,实用性较差,很多国内软件商只能基于国外的软件进行二次开发。我国在采用这些软件进行工程建造时,一些基础数据容易泄露,给国家基础设施方面的安全带来巨大威胁。三维图形和计算分析软件、高精机器人、高精光学采集仪器等软件和设备成为我国建筑业智能建造的“卡脖子”难题,解决这些问题已经刻不容缓。

因此,必须通过产学研结合的手段,建立以大型建筑业央企、国企或民企牵头,软件开发商、制造企业和高校及科研院所参与的跨专业、跨行业协同创新体系。以工程实际问题为导向,组织工程、数学、物理、信息、计算机、自动化等多学科交叉研发队伍,开发具有我国自主知识产权的三维图形引擎、平台和符合中国建造需求的BIM软件;突破数据采集与分析、智能控制和优化、新型传感感知、工程质量检测监测、故障诊断与维护等一批核心技术和关键高端装备。研发智能数字化设计技术,解决当前工程设计效率低、周期长、人力投入多、出错率高等问题。研发智能设计与制造的一体化技术,解决设计与生产信息割裂、设计成果难以转化为生产信息的问题。研发建筑部品部件智能制造技术与智能施工机器人技术,在制造与施工中完成危险性较高、环境污染大、工作繁重或操作重复的工序,有效应对建筑业劳动力缺失、劳动强度大、成本高等问题,并确保工程更加安全、高效和环保。研发施工安全智能监控和工程项目智能管控技术,解决施工安全管控难度大、安全事故多、项目管理工作量大、工程进展信息统计滞后等问题。研发智能检测与监测技术,解决质量检测技术落后、检测效率低、质量管控人为因素多、工程全寿命周期运维难度大等问题。

建立健全标准体系 推进智能建造产业发展

智能建造采取的方法、设备、技术等与传统建造方式有显著差异,对建造过程中的数字化、精细化、机械化和效率要求也更高。要发展智能建造技术和产业,必须做好智能建造标准化体系的顶层设计,明确总体要求和方案,逐步建立覆盖设计、生产、施工、检测、验收、运维等各方面的完整标准体系。

智能建造标准应包括数据标准、技术标准、产品标准、质量标准和工作范围标准。人工智能是智能建造技术的核心,而数据是人工智能技术的重要基础,因此数据标准是智能建造的基础标准,包括设计成果交付数据标准、设计与生产一体化数据衔接标准、施工安全监控数据标准、检测数据标准、运维数据标准、智能算法模型训练数据标准等。智能建造的技术标准必须针对智能化设计、生产、安装和管理特点,建立数字化设计、智能生产与施工、智能检测与监测等方面的技术标准。智能建造产业发展中将应用大量建筑材料、机械设备、信息技术设备等新产品,对这些产品的质量要求均需要建立产品标准和质量标准。对工程整体而言,其质量检查方法与评价方法都将采用数字化手段,也必须建立相应的质量控制标准。人工智能技术在发展过程中正面临各种安全和伦理问题,因此需要编制相关标准区分人和人工智能的各自工作范围,明确智能设备的管控要求,约束人工智能行为,避免出现各种安全和伦理问题。

重塑建造业务流程 推动工程建造效率提升

数字化和智能化是近年来发展起来的全新技术,目前已经在互联网、先进制造、金融、交通等领域得到了较为广泛的应用。这些领域在充分利用数字化和智能化技术过程中,都进行了工艺或业务流程重塑,从而显著提高了行业效率和科技水平。

建筑业要将工业化、数字化和智能化技术充分融合,显著提高行业的效率、质量、效益和科技水平,也需要进行工艺或业务流程的重塑。发展装配式建筑需要大力发展设计—生产—施工一体化的总承包业务,这就需要进行业务流程重塑,解决以往设计、生产和施工环节割裂问题,提高工程效率和总体效益,降低工程成本。在工程设计环节,采用BIM等数字化技术,可以进行全专业的正向设计,避免出现各专业之间的冲突,这需要对传统设计业务进行重塑,解决各专业之间配合困难的问题。在生产环节,需要设计形成的成果可直接用于数字化生产,这就对设计的数字化水平、设计与生产的数字化衔接提出了明确要求。在施工环节,传统施工工艺和流程并不适合数字化质量控制、智能化安全施工监控、智能化工程项目管控、建筑机器人等技术的应用,因此需要对传统施工流程和工艺进行重塑。建筑业在引入数字化和智能化技术后,以往的业务流程也需要改进和提升,充分利用新一代信息技术对工程项目进行全过程管理和优化,提升项目效率和效益。

改革工程建设组织模式 服务智能建造产业发展

推进智能建造需要工程项目立项策划、设计、采购、施工的建造全过程协同,全生命周期、全产业链以及工程项目各参与方的数据共享是智能建造的基本前提。传统的工程项目管理模式的设计、生产、施工等环节割裂,各企业只考虑自身效益,不考虑项目整体效益,已经不适应智能建造的过程管理。

工程总承包和全过程工程咨询是当前建筑业的发展趋势。在智能建造的发展过程中,工程总承包企业作为整个产业链上的龙头企业,可以引领整个产业组织集成,打通产业链的壁垒,突破工程建造各环节割裂的严重问题,解决设计、生产、制作、施工一体化问题以及技术与管理脱节问题,保证工程建设高度组织化,实现产业链上的资源优化与整体效益最大化。采用工程总承包模式,有利于企业规模化发展,有利于技术优势、管理优势和产业链资源配置优势的充分发挥,能够有效适应智能建造技术实施带来的流程重塑。

但目前很多建设单位对工程总承包不了解或缺乏认识,没有专业的项目管理人才,不具备综合管理能力和技术能力,无法做到设计与施工的深度融合,不能发挥工程总承包模式集设计、采购、施工为一体的优势,并不是真正意义上的工程总承包管理模式。因此,行业主管部门要进一步引导建设单位积极采用与智能建造产业发展相适应的工程总承包管理模式,培育一批具有智能建造系统解决方案能力的工程总承包企业,打造智能建造产业链。

加快创新人才培养 支撑智能建造产业发展

智能建造是一个新兴产业,相关人才严重短缺,亟须培养研发、设计、生产、施工、管理和运维方面的人才。一要培养智能建造技术研发人才。智能建造技术是一种多学科交叉的先进技术,既需要掌握传统的土木建筑知识,又需要精通人工智能算法、物联网、通信技术、云计算、机器人、计算机、智能制造和先进设备等方面的知识,传统的土木建筑专业技术人才难以承担这种多学科交叉的研究工作。二要培养适应智能建造产业发展的技术人才。这类技术人才既需要掌握传统土木建筑技术和经验,又需要具备建筑工业化、信息化的思维,能够在全产业链上实施和应用智能建造技术,当前的土木建筑专业毕业生难以达到这样的要求。三要大力培养智能建造产业工人。下一步需要重点培养具备智能生产、智能施工、智能检测监测、智能运维等专业技能的建筑产业工人。目前我国的建筑工人以农民工为主,只熟悉现场的粗放式手工作业,对建筑工业化和数字化技术不了解,很难承担智能建造相关工作。

高等院校要改革人才培养模式,完善人才培养体系,设置智能建造专业,建设多学科交叉的课程体系,努力培养高层次学科交叉型、复合型专业技术人才和经营管理人才;职业院校要积极开展土木建筑类专业的改造和升级,培养具有智能建造技术实施能力的技术应用型人才;鼓励骨干企业和研发单位依托重大项目、示范工程,培养一批领军人才;加强国际交流,改革人才评价机制,完善人才合作机制和激励机制。


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