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    智能建造與建筑工業化協同發展,離不開技術創新的支撐
    2020-09-18 來源:中國勘察設計 作者:馬智亮

      智能建造與建筑工業化協同發展的技術創新思考

      清華大學土木工程系教授 馬智亮

      工程建設行業是國民經濟的支柱產業,為國民經濟的發展作出了重要貢獻。但是,一方面我國正在進行著前所未有的工程建設,旺盛的需求勢頭仍然在持續;另一方面行業面臨環境污染、用工荒、行業科技含量低等方面的問題。今年7月,住房和城鄉建設部等13部委聯合發布了《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》,為我國工程建設行業的工業化發展指明了方向,對于行業轉型升級以及實現可持續發展至關重要。

      智能建造與建筑工業化協同發展,需求是導向、科技是保障、人才是關鍵。智能建造與建筑工業化協同發展必須結合工程建設的實際需求,不搞花架子,不為炫耀先進技術,但是需要以先進的科學技術作為支撐。那么,針對智能建造與建筑工業化協同發展,最需要的科學技術是什么?應該如何進行科技創新才能使科學技術真正地起到保障作用?筆者在這里分享幾點不成熟的看法。

      智能建造與建筑工業化協同發展,需要多層次、多方面具有工業強度的智能化系統

      筆者認為,智能建造是充分利用智能技術及其相關技術,建立并應用建造過程智能化系統,提高建造過程智能化水平,減少對人的依賴,實現安全建造,并實現性能價格比更好、質量更優的綠色建筑的過程。建造包括設計、施工、運維等各階段;智能化系統既包含技術方面的智能化系統,也包含管理方面的智能化系統。

      所以,這個定義中包含了兩個層面的含義:一是沒有系統是不行的,即智能建造離不開智能化系統,因為沒有系統就沒有改變;二是智能化系統有很多,它們需要形成層次。這其中有項目層次、企業層次,也有產業層次。很顯然,智能建造與建筑工業化協同發展擁有同樣的需求。

      人們誠然希望擁有一個智能化系統,其中包含各種功能,能夠滿足企業的所有需求。但在現實中這一點很難實現。實際上,企業往往需要擁有涵蓋多方面的多個智能化系統。重要的是,企業需要通過規劃,使所擁有的系統形成體系,不僅能夠盡可能覆蓋企業的業務范圍,而且能夠有一定的深度,并有助于實現企業的戰略目標和當前目標。

      然而,沒有可達到工業強度的系統也不行,即企業擁有的智能化系統應該具有工業強度。這就要求企業不能僅僅擁有一些通過研究獲得的原型系統,或在原型系統基礎上形成的實驗系統,而應該擁有成熟的、具有工業強度的系統。否則,系統將經不起實踐的考驗,不僅會造成不必要的資源浪費,而且會挫傷應用人員使用系統的積極性。

      發展智能化系統應該堅持硬件和軟件并重、技術和管理并重,以及既有系統和智能化系統融合

      智能化系統中的硬件需要各種硬件設備來支撐,包括計算機、三維激光掃描儀、測量機器人、無人挖土機、無人機等,以及與這些設備配套使用的軟件以及其他軟件。硬件是可以看得見、摸得著的,但是沒有軟件驅動,就不可能充分發揮其作用,甚至無法運行。特別是有的工作,例如設計工作和管理工作,離開軟件系統則不可能實現智能化。所以,在推動智能建造和建筑工業化協同發展過程中,同樣應該克服“重硬件、輕軟件”的傾向。

      智能化系統中的技術系統主要是指開展技術工作所應用的智能化系統,例如,各種設計智能化系統、施工方案智能化展示系統等,其主要起賦能作用。管理系統是指開展管理工作所應用的系統,例如,項目管理系統、企業管理系統等,主要用于提高管理水平的作用。顯然,二者都十分重要,不可偏廢。

      隨著對信息化工作的重視,目前相當多企業已經建立了各種信息化系統。有的企業通過對信息化系統進行升級,實現了數字化轉型。智能化系統的開發應用并不意味著拋棄既有的系統,而應該與既有的系統實現有機融合。一方面,可能需要導入一些智能化系統,取代部分既有系統,實現系統的性能提升;另一方面,導入的智能化系統形成一個新的存在,可與既有系統融合,共同發揮作用。例如,如果在設計院導入設計BIM模型合規性檢查智能化系統,它的作用只是取代或輔助設計人員對設計BIM模型進行檢查,原先在設計中使用的BIM建模系統仍然有存在的必要。再如,如果在施工項目中導入一個使用機器人系統,用于現澆樓面混凝土的抹平,它仍然需要利用項目管理系統開展安排計劃、檢查質量等工作。

      在系統研發過程中既應該充分借鑒和利用已有的研究成果,也應該重視新技術的研發

      近年來,我國工程建設領域的發展成就舉世矚目,我們充分利用高新技術,建設了一個又一個的世界級工程。但僅就信息技術利用而言,我們只是應用了從國外引進的技術,而很少結合這些工程項目開發創新性的應用技術或應用系統。即使是國內行業的一些骨干軟件公司的產品,也主要依靠模仿國外產品、支持本地的規范和習慣,才在市場中占有一席之地,這與我國推動智能建造與建筑工業化協同發展的需求是很不相稱的。

      推動智能建造與建筑工業化的協同發展,一方面意味著我國在建筑領域追趕發達國家的建筑工業化進程。另一方面,與發達國家一樣,我國亟待站到建筑科技發展的最前沿,成為新型建筑工業化的“弄潮兒”。姑且不論現時某大國通過“卡脖子”的方式扼殺我國科技發展的形勢,若不加強智能化系統的研發,就不能站到時代的最前沿。

      研發智能化系統需要以智能化基礎技術的研發為支撐。目前,一些企業往往采取做工程的方式開發企業信息系統,即通過招投標確定合作的軟件企業,請合作的軟件企業在很短的時間內完成系統開發。但是,由于前期工作不夠細致,往往是只規定待開發系統的功能,不規定系統的性能,其結果是開發的系統成為信息填報、存儲和查詢系統,在實際工作中只能發揮有限的作用。為此,筆者建議在開發企業信息系統時,一定不僅要摸清所開發信息系統的發展現狀,還要對該系統的基礎技術情況摸底,盡可能充分地利用相關基礎技術,使系統的研發有一個較高的起點。例如,開發建筑自動化和機器人系統時,首先要調研已經有哪些相關的公開研究成果。值得注意的是,建筑自動化和機器人系統目前雖然應用還不多,但其研究已經有40多年的歷史,其間有大約5000篇各類研究論文公開發表。如果不把已有的研究成果搞清楚,就有可能只是在做低水平的重復工作。而如果能充分利用已有的研究成果,就有可能做到取得突破性進步。

      另一方面,技術在不斷地向前發展,基礎性信息技術的發展也會影響應用技術和應用系統。以建筑自動化和機器人技術為例,隨著當前云計算、大數據、物聯網、移動通訊和人工智能等新興信息技術和新材料的發展,研發新型建筑自動化和機器人產品也具備了更好的基礎條件,從而可能研發出更加實用的智能化產品。例如,性能更好、重量更輕的電池技術,以及更加快捷的移動通訊技術,可以使機器人具有更好的便攜性,同時也可以使機器人的主要計算通過移動網絡在服務器端進行,從而可以降低對機器人自帶電腦的要求。另外,隨著工業機器人的應用,機器人將變身為企業的員工,它們之間的工作協同同樣至關重要。例如,為了做好施工場地測量,可以讓地面的移動測量機器人和空中的無人機配合完成。如何讓它們高效地協同工作,是行業及企業亟待研究的重要課題。

      不僅應該加強單項系統的研發,也應該重視系統之間的集成

      試想,如果一個項目上使用了40種不同的機器人,每一種機器人都需要有人操作,使用前需要人工輸入大量的數據作為已知條件,這樣的應用場景能夠滿足實際要求嗎?如果在多年前,這也許是可以接受的,但現在顯然無法接受,因為技術已經發展了。制造業的智能化步伐比建筑業要快很多,據有關資料,我國是工業機器人應用第一大國,但在建筑業的機器人應用方面還是鳳毛麟角。為此,建筑業可以學習制造業這一方面的經驗。但是,行業差距阻礙了這一點,因為建筑業不像制造業有固定的生產車間和穩定的工作環境,產品也不是批量生產的。另外,軍事上的數據鏈技術也值得我們借鑒。通過這一技術,參與作戰的己方飛機、艦船之間通過數據網絡,共享己方信息、戰場動態信息以及己方各種資源,更加有效地進行協同作戰。

      建筑業的情形與軍事上的情形十分相像。如果我們同時使用多個智能化系統,也應該將它們集成起來,使它們能夠共享信息、協同作戰。對于信息系統,這樣做可以避免信息孤島;對于智能化系統,可以使多個系統高效地協同工作。一般來講,信息化可以分為自動化、數字化和智能化三個階段。實際上,實現數據共享是數字化階段需要完成的任務。從這個意義上講,在智能化階段,往往需要補上數字化階段的課程。

      智能化系統的集成需要基于數據庫和數據標準。通過數據庫,實現信息一次錄入、處處使用,避免重復錄入;同時,進入數據庫的所有數據需要符合一定的數據標準,所有從數據庫讀寫數據的智能化系統需要支持相同的數據標準。如果能夠做到這一點,即使在一個項目上使用大量的機器人,每個機器人也可以自動從數據庫獲得所需的數據,并自主地開展工作,而不需要人的大量介入。同時,每個機器人由于都在一個數據環境中,也可以自組織的方式協同工作。

      總之,在推動智能建造與建筑工業化協同發展過程中,智能化系統具有不可替代的作用,需要重點關注并采取有效的發展戰略和策略。我們期待,相關的軟件和硬件廠商能夠把握商機、率先行動,為智能建造和建筑工業化協同發展提供急需的智能化系統。同時,希望政府有關部門把握大局、抓住關鍵,為智能建造與建筑工業化的協同發展創造良好的政策環境,并提供必要的支持。



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