淺談建筑業(yè)智能建造發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢

于 洋

(中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000)

長期以來建筑業(yè)粗放式發(fā)展、碎片化管理、密集型勞動(dòng)的模式帶來的生產(chǎn)效率低下、資源消耗巨大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題日益突出，與發(fā)達(dá)國家差距仍較大[1]。特別是在“雙碳”目標(biāo)下，高能耗的建筑行業(yè)如何降低能耗、達(dá)到綠色建造的目標(biāo)，將是今后行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、BIM 和5G 等新技術(shù)的不斷成熟，也給建筑業(yè)帶來了新變化，“智能建造”的概念應(yīng)運(yùn)而生。智能建造可提高建筑行業(yè)生產(chǎn)力水平，實(shí)現(xiàn)建造過程的高質(zhì)高效、節(jié)能減排，是建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的方向。

為促進(jìn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，圍繞建筑工業(yè)化、建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、住宅產(chǎn)業(yè)化各國先后出臺(tái)了各種政策，以期望解決傳統(tǒng)建造業(yè)面臨的各種問題。根據(jù)相關(guān)報(bào)告，全球智能建造市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2019 年的607 億美元增長到2024 年的1 058 億美元，年均復(fù)合增長率約11.7%。

近幾年，尤其進(jìn)入后疫情時(shí)代以來，我國智能建造產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈爆發(fā)式擴(kuò)張（圖1），于2020 年突破了1 萬億，占建筑業(yè)總產(chǎn)值比例超3%。智能建造雖不斷進(jìn)步且需求旺盛，但依然處于起步和探索階段，對于整個(gè)建筑行業(yè)的滲透力度尚需加強(qiáng)。在節(jié)能降耗和“雙碳”目標(biāo)的背景下，我國建筑業(yè)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和前所未有的機(jī)遇。

圖1 我國智能建造市場規(guī)模展示圖

1 建筑業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

2021 年我國建筑業(yè)收獲29.3 萬億元總產(chǎn)值的驚人業(yè)績，同比增加達(dá)11%，建筑業(yè)增加值占國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)總值的7%，建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的作用不斷加強(qiáng)，為我國完善基礎(chǔ)設(shè)施和推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。我國也從建筑大國邁向了建筑強(qiáng)國。隨著智慧城市、工業(yè)化、新型城鎮(zhèn)化等戰(zhàn)略國策的推進(jìn)，建筑工業(yè)逐漸向智能化、信息化轉(zhuǎn)型升級(jí)，信息技術(shù)對建筑業(yè)的影響和滲透逐步加大，但體量仍較小，整個(gè)產(chǎn)業(yè)在發(fā)展中面臨諸多挑戰(zhàn)。

1.1 傳統(tǒng)管理體制和建造模式相對落后，效率低下

傳統(tǒng)管理體制下，過程控制意識(shí)淡薄，成本、材料、設(shè)備、人員等管理較為粗放；采用的技術(shù)、設(shè)備等較為陳舊，且由于施工環(huán)境復(fù)雜、露天作業(yè)多、人員流動(dòng)性大等建筑業(yè)自身特點(diǎn)，安全事故頻繁發(fā)生。在新冠疫情沖擊下，傳統(tǒng)的管理體制和建造模式帶來的矛盾日趨嚴(yán)峻。

1.2 建筑業(yè)人口紅利逐漸弱化

勞動(dòng)密集、作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高、就業(yè)吸引力弱、勞動(dòng)者老齡化嚴(yán)重。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2021 年農(nóng)民工監(jiān)測調(diào)查報(bào)告》顯示，2021 我國建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)為5 282.914 萬人，連續(xù)3 年減少；農(nóng)民工的平均年齡持續(xù)提高至41.7 歲，比上年提高0.3 歲；其中，50 歲以上占比超過27%。一方面，具備一定素質(zhì)的年輕人不愿意投身建筑行業(yè)從事體力勞動(dòng)；另一方面是現(xiàn)有民工素質(zhì)不高、老齡化現(xiàn)象加劇，人口紅利逐漸弱化。圖2 為建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)值利潤率情況（數(shù)據(jù)來自《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》）。

圖2 建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)值利潤率情況

1.3 行業(yè)信息化水平不高，智能建造推進(jìn)整體滯后

實(shí)施智能建造首先需自研或外購各種智能化系統(tǒng)，并持續(xù)開發(fā)和完善智能化系統(tǒng)，充分集成應(yīng)用各項(xiàng)新技術(shù)，以滿足智慧工地、智能建造的需求。當(dāng)前，建筑行業(yè)的信息化基本上集中在央企和一些大型的國企中，他們投入了大量人力、物力、財(cái)力進(jìn)行了信息化升級(jí)，但存在終端數(shù)據(jù)接口龐雜、數(shù)據(jù)集成難度大、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，使得進(jìn)一步的數(shù)字化升級(jí)存在很大的障礙。一些有實(shí)力的民企也進(jìn)行了信息化建設(shè)，但往往沒有整體規(guī)劃，只針對某一板塊進(jìn)行信息化升級(jí)，存在信息孤島現(xiàn)象。此外，表象大于實(shí)質(zhì)，信息化應(yīng)用不夠深入的現(xiàn)象也較為普遍。

2 智能建造的政策加持

在2019 年新春賀詞中，習(xí)近平總書記首次提出“中國建造”，作為建筑產(chǎn)業(yè)完成轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量建造的重要抓手，智能建造成為了建筑行業(yè)發(fā)展變革的新熱潮和新趨向。

我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等13 部委在2020 年7 月聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》，為中國的工程建筑業(yè)指明了工業(yè)化和智能化的發(fā)展方向，對促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2022 年1 月發(fā)布《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，工程建筑業(yè)后續(xù)應(yīng)加快推進(jìn)智能建造與建筑工業(yè)化兩者的協(xié)同發(fā)展和優(yōu)勢互補(bǔ)，從追求建筑行業(yè)的高速增長轉(zhuǎn)向追求高質(zhì)量發(fā)展的智能制造，同時(shí)也明確了具體的發(fā)展目標(biāo)和方向：到2035 年大幅提升我國建筑行業(yè)整體的發(fā)展質(zhì)量和效益，大幅提高企業(yè)創(chuàng)新能力，顯著提升建筑品質(zhì)，全面實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的工業(yè)化，完成建立自主的高素質(zhì)人才梯隊(duì)，顯著增強(qiáng)我國建筑產(chǎn)業(yè)的核心競爭力和整體優(yōu)勢，智能建造蜚聲海外，建筑大國躋身建筑強(qiáng)國，中國建造達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

相信在相關(guān)政策的有力加持下，智能建造將迎來高速發(fā)展，也給我國建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、智能化轉(zhuǎn)型帶來了新的機(jī)遇。

3 推動(dòng)智能建造發(fā)展的建議

近年來我國智能建造已取得了長足進(jìn)步，形成了一系列的成果[3]，但是面對國內(nèi)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求，對照全球發(fā)達(dá)國家智能建造的發(fā)展趨勢，我國智能建造在發(fā)展中仍然面臨著產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境、企業(yè)戰(zhàn)略部署、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、后端數(shù)據(jù)集成、智能化與工業(yè)化割裂發(fā)展等方面的困境。

3.1 完善智能建造政策和產(chǎn)業(yè)體系

通過建設(shè)一批智能建造示范點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地，加快人才隊(duì)伍建設(shè)，促進(jìn)大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、BIM、云計(jì)算和5G 等新技術(shù)與建筑業(yè)深度融合，創(chuàng)立科技產(chǎn)業(yè)“基礎(chǔ)研究—科技創(chuàng)新—工業(yè)化應(yīng)用”的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)發(fā)展模式，融合包括從科技研發(fā)、工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、裝配施工到運(yùn)營維護(hù)的全產(chǎn)業(yè)鏈一體化智能建造產(chǎn)業(yè)體系。

篩選一批智能建造重點(diǎn)示范城市，構(gòu)建政府、行業(yè)、企業(yè)的創(chuàng)新基地，組織開展試點(diǎn)項(xiàng)目的現(xiàn)場觀摩和創(chuàng)新服務(wù)典型案例的經(jīng)驗(yàn)分享，促進(jìn)智能建造的集聚發(fā)展，示范和引領(lǐng)建筑行業(yè)的科技創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

加大財(cái)政扶持力度，擴(kuò)寬創(chuàng)新支持渠道，建立以政府扶持為引導(dǎo)、企業(yè)投入為主體、多元化社會(huì)資源參與的資源投入模式，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新規(guī)模，提升配置效率，推動(dòng)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用的快速孵化。

3.2 夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化基礎(chǔ)

建立并逐步完善智能建造的標(biāo)準(zhǔn)化體系，設(shè)置建筑標(biāo)準(zhǔn)化的部品、部件庫，完善并統(tǒng)一各種建筑構(gòu)件的選型以及建筑模數(shù)協(xié)調(diào)的原則和標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建并完善建筑行業(yè)的工程平面圖、工程立面圖等模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，夯實(shí)建筑行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化和數(shù)字化基礎(chǔ)。

健全智能化技術(shù)評(píng)估機(jī)制，重點(diǎn)研發(fā)勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各類項(xiàng)目數(shù)據(jù)的全生命周期應(yīng)用。加快推進(jìn)BIM 建模技術(shù)在建筑工程全壽命周期中的集成應(yīng)用[4]，建立應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，打造高效快捷、互通互聯(lián)的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，重點(diǎn)強(qiáng)化工程項(xiàng)目各產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同，引導(dǎo)和推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)的全生命周期管理，形成涵蓋科研單位的科技研發(fā)、設(shè)計(jì)單位的工業(yè)設(shè)計(jì)、廠商單位的預(yù)制加工、施工單位的現(xiàn)場裝配、建設(shè)單位的運(yùn)營維護(hù)等智能建造全產(chǎn)業(yè)鏈體系。

3.3 加強(qiáng)信息平臺(tái)研發(fā)與共享

全面認(rèn)識(shí)建筑業(yè)變革，首先建立工程建造信息管控平臺(tái)，對工程項(xiàng)目建造的全過程、全參與方和全要素進(jìn)行系統(tǒng)化管控。其次是數(shù)字化協(xié)同，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)對工程項(xiàng)目的工程立項(xiàng)、設(shè)計(jì)與施工的策劃階段，進(jìn)行全過程、全系統(tǒng)協(xié)同。最后通過機(jī)械智能施工保證施工階段的高質(zhì)、安全、高效。在實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)智能建造的過程中，離不開建筑工程行業(yè)平臺(tái)的賦能和技術(shù)支撐，只有打通建筑行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)字化、信息化、智能化，才有助于實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、增效、降本、風(fēng)控，從而真正實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化和智能建造。

智能建造是系統(tǒng)性、戰(zhàn)略性、長期性的發(fā)展方向，發(fā)展過程中需要大量的研發(fā)投入，通過建立差異化發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)大中小型企業(yè)的錯(cuò)位發(fā)展，明確國內(nèi)廠商的戰(zhàn)略部署，開展產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，建立健全智能建造的共享和合作生態(tài)，促進(jìn)信息化、智能化的健康快速發(fā)展。

3.4 發(fā)展集成式智能建造裝備

自2016 年國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》以來，我國裝配式建筑邁入了高速發(fā)展階段，裝配式建筑生產(chǎn)速度快、部品構(gòu)件質(zhì)量穩(wěn)定、施工效率高、勞動(dòng)力資源消耗少，具有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配式施工、一體化裝修、信息化管理等優(yōu)勢，積極推動(dòng)著建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出到2025 年我國裝配式建筑在新建建筑中的比例要達(dá)到30%以上的要求和目標(biāo)，推廣鋼結(jié)構(gòu)裝配式等新型建造方式。在可持續(xù)發(fā)展、綠色建筑和環(huán)境保護(hù)等政策的助推下，集成式智能建造裝備的理念越來越得到重視，將迎來更大的發(fā)展空間。

裝配式建筑的實(shí)施，改變了很多傳統(tǒng)施工手段，簡化了施工流程和步驟，提升了施工的進(jìn)度，保障了施工的安全和質(zhì)量，未來裝配式建筑將是建筑行業(yè)推行的主要形式，企業(yè)仍應(yīng)加強(qiáng)對裝配式建筑體系的研究與探索，積極求變，應(yīng)對行業(yè)新的發(fā)展趨勢，同時(shí)仍應(yīng)在設(shè)計(jì)階段推廣模塊化理念，加強(qiáng)各專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)，提前考慮裝配式建筑特征。

3.5 協(xié)同發(fā)展工業(yè)化與智能化

建筑工業(yè)化的核心在于全產(chǎn)業(yè)鏈的整合與建筑構(gòu)件的工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配，智能建造的核心在于以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G 等新技術(shù)為支撐的智能建造信息系統(tǒng)，建造工業(yè)化與智能化的協(xié)調(diào)發(fā)展存在割裂且分別推進(jìn)的現(xiàn)象[5]。

構(gòu)建基于智能建造的勘察、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維的一體化智能工業(yè)化發(fā)展模式，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、BIM 等新技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化建模、高性能計(jì)算、可視化認(rèn)知，完善信息技術(shù)賦能下的前期勘察、工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)輸、裝配施工和運(yùn)營維護(hù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素的系統(tǒng)集成及社會(huì)資源的優(yōu)化配置，形成一體化的智能建造產(chǎn)業(yè)體系、信息化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)建造工業(yè)化與智能化的協(xié)同發(fā)展和全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)集成。

4 智能建造發(fā)展展望

在城鎮(zhèn)化進(jìn)程放緩、建筑業(yè)人口紅利弱化，以及節(jié)能降耗和“雙碳”目標(biāo)的背景下，我國建筑行業(yè)亟須轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能建造可提高建筑行業(yè)生產(chǎn)力水平，實(shí)現(xiàn)建造過程的高質(zhì)高效、節(jié)能減排，是建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的方向。在相關(guān)政策的有力加持下，智能建造將迎來高速發(fā)展，也給我國建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、智能化轉(zhuǎn)型帶來了新的機(jī)遇。

我國智能建造尚屬于起步和探索階段，與發(fā)達(dá)國家存在一定的差距，根據(jù)我國國情，建議采取完善智能建造政策和產(chǎn)業(yè)體系、夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化基礎(chǔ)、加強(qiáng)信息平臺(tái)研發(fā)與共享、發(fā)展集成式智能建造裝備、協(xié)同建造工業(yè)化與智能化等措施促進(jìn)智能建造的高質(zhì)量健康發(fā)展，為建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)譜寫新的篇章。