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工程公司智能建造发展之路

随着全球经济形势和我国经济环境的巨大变化,新常态下的中国人口红利逐渐消失,劳动成本不断升高,经济结构矛盾不断显露。我国正在进行产业的新旧动能转换。根据十九大报告,我国经济已进入高质量发展阶段。“十四五”时期,随着国内外经济形势的变化,经济增速的减缓不可逆转,工程建设行业原有的粗放式发展、碎片化管理、密集型劳动的模式带来的生产效率低下、资源消耗巨大、环境污染严重等问题日益突出。特别是在“双碳”目标下,高能耗的工程建设行业如何降低能耗、达到绿色建造的目标,将是今后行业发展的重点。

作为工程建设行业完成转型升级、实现高质量建造的重要抓手,智能建造成为了行业发展变革的新热潮和新趋向。住房和城乡建设部等13部委在2020年7月联合发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》,为中国的工程建设行业指明了工业化和智能化的发展方向,对促进产业转型升级和高质量发展意义深远。2022年1月发布的《“十四五”建筑业发展规划》提出工程建筑业后续应加快推进智能建造与建筑工业化两者的协同发展和优势互补,从追求建筑行业的高速增长转向追求高质量发展的智能制造,同时也明确了具体的发展目标和方向:到2035年大幅提升我国建筑行业整体的发展质量和效益,大幅提高企业创新能力,显著提升建筑品质,全面实现建筑行业的工业化,完成建立自主的高素质人才梯队,显著增强我国建筑产业的核心竞争力和整体优势,智能建造蜚声海外,建筑大国跻身建筑强国,中国建造达到世界领先水平。


当前,工业企业的生产已经发展到CAD—CAE—CAM全过程高度自动化与信息化,并迈入智能化阶段。在工程建设领域,随着智慧城市、工业化、新型城镇化等战略国策的推进,建筑工业逐渐向智能化、信息化转型升级,信息技术对工程建设的影响和渗透逐步加大,但体量仍较小,整个产业在发展中面临诸多挑战。尽管3D打印技术、智能机器人、混凝土智能温控、智能灌浆、智能振捣、智能养护、施工仿真等技术已在工程建造中逐步应用,但智能建造相关行业标准的制定工作仍然处于起步阶段,在相当长一段时间内还不能实现土木工程实体的自动建造。同时,工程建设行业的信息化基本上集中在央企和一些大型的国企中,他们投入了大量人力、物力、财力进行了信息化升级,但存在终端数据接口庞杂、数据集成难度大、数据标准不统一的现象。


中国电建成都勘测设计研究院在发展中,高度管理重视信息化、工程数字化工作,为国内最早开始研发应用工程数字化技术的建设行业设计院,已打造形成国际领先的水电工程全专业三维协同设计能力,实现设计成果数字移交。下面结合成都院历史经验,谈谈工程公司的智能建造发展。


工程公司发展智能建造的必要性和意义


智能建造技术覆盖工程建设的设计、施工、运维等全生命周期的各阶段,以土木工程建造技术为基础,以现代信息技术和智能技术为支撑,以项目管理理论为指导,以智能化管理信息系统为表现形式,通过构建现实世界与虚拟世界的孪生模型和双向映射,对建造过程和建筑物进行感知、分析和控制,实现建造过程的精细化、高品质、高效率的一种土木工程建设模式。智能建造涉及规划、设计、施工、运维等阶段实现建筑物全生命期的智能化。智能建造融合了BIM,GIS,IoT、互联网、云计算、大数据、人工智能等信息技术,它们互相独立又互相联系,共同构成了智能建造的技术体系,是智能建造的技术基础。


智能建造是工程公司数字化转型的智慧引领和创新驱动。习近平总书记指出:“信息化为中华民族带来了千载难逢的机遇”、“推动信息领域核心技术突破,发挥信息化对经济社会发展的引领作用”、“充分发挥海量数据和丰富应用场景优势,促进数字技术和实体经济深度融合,赋能传统产业转型升级,催生新产业新业态新模式,不断做强做优做大我国数字经济”。这为我们大力发展数字经济指明了努力方向,提供了重要遵循。信息化、数字化是工程建设高质量发展的关键要素,在“新基建”和实现“双碳”目标的大背景下,以物联网、云计算、大数据、人工智能等为基础的智能建造技术是企业乃至整个社会实现数字化转型的关键和原动力,是引领工程公司转型升级,建设质量效益型世界一流企业,服务国家发展大局的必经之路。


智能建造是工程公司精细化管理的重要保障和有力依托。面向工程规划、勘察与设计、施工、监管、运维管理的全生命周期,智能建造的实施能对工程建设体系与组织形式进行多维度、多层次、多方位赋能。对工程设计单位而言,智能建造是三维协同设计技术、数字孪生、企业资源管理和项目管理的一体化集成,有助于实现信息资源整合与共享,消除“信息孤岛”和“信息烟囱”;就施工单位而言,智能建造以工程建设项目全生命周期管控为中心,实现对成本预算、费用控制、物资采购、分包管理、工程进度、质量安全管理等核心场景全业务高效管理;设备制造公司围绕产品生命链,对智能制造装备、制造系统、制造服务高效协同和有机统一。


在智能建造技术赋能下,工程建设将通过可感知、可分析、可控制、可优化的管控,最终实现“高质、高效、安全、绿色、经济”的智能建设目标。


智能建造是工程公司全产业链协同与融合的重要抓手和必然趋势。智能建造贯穿工程建设材料生产、设备制造、施工、运营管理等诸多环节的全产业链。通过智能建造平台,持续优化“人、机、料、法、环”生产要素配置,强化工程建设方、设计、施工、装备制造等主体协同联动,打破传统工程公司企业边界,共同参与顶层设计,以“智”变创“质”变,推进科技创新,升级核心技术,准确把握工程全过程智能化紧密关系,驱动传统产业升级。积极推动跨产业链智能化、一体化协同发展,不断创新智能建造业务发展的商业模式,为产业变革和行业高质量发展培育新动能。


工程公司智能建造的目标与实现路径


工程公司涉及的业务形态多,行业跨度大,项目特点与客户需求差异大,在发展智能建造的路径上,就要将企业战略、运营管理逻辑、项目生产管理逻辑与数字化技术深度融合,面临着工程行业粗放式管理与新兴信息技术融合的不确定性,也面临着不同行业需求下构建智能建造新生态与商业模式的挑战,更面临着企业成长与管理变革的阵痛。下面结合工程公司业务发展谈一下智能建造业务的发展思路。


规划目标明确、层次清晰的智能建造战略蓝图。以企业数字化转型为契机,实现以客户价值为中心的理念转变,从战略层面、业务层面、技术层面、管理层面统一思想认识,找准企业在智能建造业务上的切入点和落脚点,规划目标明确、层次清晰的智能建造业务蓝图,切实推进智能建造业务发展。成都院从顶层构建了由战略目标、技术支撑、管理创新、示范应用和产品生态有机构成的智能建造战略蓝图,从战略上将数字工程业务作为公司1234战略的四大支柱业务之一,从技术上以创新设计技术、智慧工地技术、工艺过程智能化控制技术、业务流程数字化管理技术等构成的智能技术体系为支撑,从管理上强化以信息化为支撑的敏捷高效管理体系,创新示范应用乌东德、白鹤滩、双江口、叶巴滩、智慧抚河、小浪底数字孪生等一批重大标杆工程,构建开放协作的生态持续迭代产品。


构建聚焦核心业务的智能建造技术体系。创新设计技术。随着行业发展,工程三维设计和BIM应用已成为工程公司的基本配置,成都院构建了基于BIM的协同管理平台、工具集、应用标准和管理制度,BIM作为建筑信息数据库,与其他智能建造技术相结合提供数据基础。深化设计方面,BIM三维可视化的特性解决了二维图纸在结构空间关系表达上的困难,因此广泛用于复杂构造、复杂节点等的深化设计,如钢结构、钢骨混凝土节点等;在装配式结构中BIM技术用于PC构件或钢构件的拆分工作,生成的深化设计成果还可与工厂设备对接进行数字化加工;BIM还提供碰撞检测功能,用于在施工之前消灭各种建筑结构构件间的冲突问题。


智慧工地技术。针对工程建设行业作业面零散、流动、环境多变的特点,聚焦工程建设的关键资源动态感知、分析,实现人员履职、作业合规、工程状态的实时分析与反馈控制,消除人、机、料、法、环以及工程施工变化带来的不确定性。比如应用地理信息系统(GIS),在BIM与GIS结合使用的过程中,BIM模型提供工程结构的相关信息,从微观角度反映工程结构单体信息,GIS提供地理环境信息,从宏观角度反映建筑周边环境、地形、地质等地理信息,二者互为补充,可同时显示宏观与微观的信息,同时提供了从空间地理数据处理的角度进行分析的途径,可用于质量、进度、安全、成本等方面的管理,如施工模拟、进度追踪、安全风险管理、人员管理、设备管理、环境监测等。施工方案模拟方面,有基于BIM+GIS的隧道施工组织精细化模拟,结合GIS城市数据、地质数据和BIM地下空间数据进行现场施工模拟等。进度管理方面,结合BIM与GIS可进行项目本身及项目周围环境的可视化的表达,通过GIS模型颜色显示进度信息。安全风险管理方面,GIS技术已应用于大坝可视化安全监测平台、高填方工程监测等。BIM与GIS的集成与融合应用十分适合线性工程的统一管理,如通过将BIM模型、遥感影像、数字高程模型等多源异构数据进行融合,实现了流域水电能源基地工程建设的统一管理,从宏观、中观、微观尺度进行水电工程从流域周边地形地貌到结构构件的统一管理。


人工智能技术。人工智能技术的应用是智能建造中“智能”的体现之一,它以智能算法为载体,对施工现场的多源多维数据进行分析,总结数据中隐含的规律,进而实现对施工工程的智能监测、预测、优化和控制。施工进度预测方面,引入离散仿真算法进行施工进度的模拟和优化;质量管理方面,人工智能技术可进行施工过程控制和施工质量智能检测。比如通过智能通水温控技术,预测大体积混凝土浇筑时的温度和温度应力变化,并自动控制混凝土内部冷却通水流量,应用于大体积混凝土温控防裂;利用人工智能方法对施工质量进行检查,成都院自主研发了混凝土振动质量实时监测等,利用振捣工艺参数大数据与浇筑质量的相关性原理,实现大体积混凝土振捣质量管控。


针对不同行业的关键性、重难点工艺,优选有共性、有应用前景的施工工艺与专业技术服务,联合行业生态进行科技攻关,发展工程物联网、智能化施工装备、工艺仿真等专业技术服务能力或集成应用能力,研发智能浇筑、智能温控、智能灌浆、智能碾压、智慧水务等软硬件产品,对核心工艺数据进行全面采集、分析、展示、应用,形成智能建造的核心技术研发与应用能力体系。


业务流程数字化管理技术。立足项目构建面向企业层面、生态层面的业务流程新型管理技术,升级进度管理、质量管理、安全管理、造价与计量、档案管理等领域,使得传统的工程业务管理从线下到线上更便捷、更专业,从核心业务的试点到业务全面信息化集成,业务数据更真实、全面,逐步形成业务管理数字模型,沉淀的核心生产数据为核心业务及流程优化奠定基础。


强化以信息化为支撑的敏捷高效管理体系。新技术的研发、应用与推广,需要从战略引领、研发支撑、机制配套上全面予以保障。从大多成功的产业互联网企业、工程企业的长远发展路径来看,信息化能力是未来发展的核心竞争力。工程行业业态多元、组织庞杂,业务结构持续调整,其业务标准化程度低,远比制造业、消费、金融领域复杂,管理体系需要快速适应业务与管理技术发展,就需要企业信息化团队以极快的响应速度、高频次的迭代支撑管理体系的升级。逐步消除内部部门墙,打通各层级各专业之间数据交换壁垒,实现管理数据、经济数据、工程数据、产业链与生态圈数据之间的互通,以支持企业高质量的战略管理与决策。


构建开放协作的生态持续迭代产品。以新型技术能力为主线,在信息安全前提下构建行业发展生态,有助于打破工业技术专业化分工的技术壁垒,按需调用能力以快速响应企业发展、业务发展响应市场需求变化,形成轻量化、协同化、社会化的服务新模式,动态响应用户可行化需求,开辟大型工程公司新的价值增长空间。以生态为依托构建技术体系,利于打破工程业务、组织、技术之间的壁垒,穿透组织约束,更聚焦于企业战略布局的深层思考,扩大合作范围,优化竞争合作关系,促进开放协作。成都院在大型基建工程、能源基地规划设计、水利数字孪生工程中,积极进行智能建造业务生态的布局,与能源企业、高校科研机构、设计院、机械装备供应商、专业化工程技术供应商、运营商、IT企业紧密协作,开展一体化的技术研发、智能建造生产业务实践、探索以价值共享利益的协作机制,根据业务需要组织生产服务,确定合作伙伴,持续迭代智能建造产品,为客户提供持续个性化服务,进一步巩固央企产业链核心地位。


智能建造是工程建设行业转型升级和高质量发展的重要手段。智能建造技术将整合工程建设各阶段和各参与方,减少和消除信息壁垒,实现建筑物全生命期的高质量管理。智能建造是工程公司对内强企、优化融合,对外共协作、生态共赢的新型业务模式,是确保竞争优势的重要战略举措,我们将坚定信心,共建生态,为工程建设全生命周期信息化、智能化转型提供强有力的技术支持,推动工程建设行业可持续高质量发展。


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我单位是经工商局正式批准注册成立的教育机构。我单位自成立以来矢志不渝的致力于人社部国家职业资格的推广与普及、住建部和交通部执业资格的考前培训和辅导工作,同时每年组织多期国家的标准(行业标准)宣贯会和相关的政策性研讨会。

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