国外智能建造技术研究进展及对我国的发展启示

智能建造技术是指在建造过程中通过利用先进的智能技术及相关科学技术，降低传统建造过程中对人的依赖程度，达到建造过程的智能化及安全建造目标，从而在一定程度上提高建筑物的性价比及可靠度。当前，智能建造技术主要由BIM技术、物联网技术、3D打印技术、人工智能技术及大数据技术等组成。

近年来随着我国国民经济的不断提高，科技发展水平在我国取得了长足的进步，与之对应的最直观体现就是在我国各行各业中均有智能建造技术的应用。以建筑行业为例，传统建筑行业受其施工技术影响，其具有施工周期长、环境污染大、资源消耗多、施工成本高等不可避免的缺点。智能建造技术在建筑行业的应用为建筑行业的发展带来了革命性的变革，其应用优势主要体现在以下几方面：1）满足绿色施工要求。智能建造技术的应用改变了传统施工模式，显著降低了传统施工技术造成的环境污染问题，因此其满足绿色施工要求。2）充分体现以人为本的建造理念。智能建造技术在建筑行业的应用显著降低了施工过程中对人的依赖程度，解放了劳动力，缓解了工人的压力使施工过程更加符合人性化要求，在建筑中更加凸显了人类需求的重要性。3）节约成本、降低消耗。机械化的生产及智能化的建造过程使得相关资源在建造过程中得到了合理分配及充分利用，大大提高了资源的利用率，降低了不必要的资源浪费，从而达到了节约成本、降低资源消耗的目的。4）建筑智能化水平显著提升。BIM技术的应用使的建造过程实现了可视化发展，因此更加便于人们及时的发现建造过程中存在的问题，提出并制定对应的解决方案。大数据技术及人工智能技术的应用提高了建筑物的智能化管理水平，基于以上智能技术的应用达到了智能建造的发展要求。

基于智能建造技术在我国各行各业中的发展优势，近年来为了缩小与发达国家之前在智能建造技术领域的差距同时为了推动智能建造技术在我国的发展，国家制定并出台了相关政策来积极引导与推动智能建造技术在我国的发展与应用。国家及地方针对BIM技术、3D打印技术、物联网技术、人工智能技术及大数据技术分别出台了不同的政策方针来推动其发展，具体政策有：在BIM技术方面：2011年国家出台了《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》，明确指出在实现建筑企业信息系统的普于应用的基础上，同时形成一批具有国际先进水平的智能建筑企业。结合国内建筑行业在智能建造领域的发展情况，国家在2015年由住房与城乡建设部出台了《住房城乡建设部关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知》，通知中明确提出截止到2020年新立项目中BIM技术的应用比例要达到90%以上。此外，为了规范建筑信息模型市场，统一建筑信息模型的运行标准，国家在2016年出台了《建筑信息模型应用统一标准》，该标准的出台成功实现了我国长期在BIM技术领域标准零的突破。在3D打印技术方面：2013年国家863计划首次提出将增材制造列入国家重点扶持领域，完成相关3D打印软件平台的建设与研发，实现3D打印技术的快速发展。2017年国家针对3D打印技术提出了《增强制造业核心竞争力三年行动计划》，计划指出要研发适用于工业化的3D打印设备及对高分子材料进行改造升级使其满足3D打印技术应用的要求。该项政策的出台，极大地推动了3D打印技术在我国的发展进程。在物联网技术方面：2011年5月《中国物联网白皮书》颁布，其详细描述了中国物联网技术发展面临的机遇与挑战，并对其未来发展给出了若干建议与思考。2013年9月，国家从物联网技术的顶层设计、标准制定、技术研发等方面制定了《物联网发展专项行动计划》。该计划的实施明确规划了物联网技术未来的发展方向与要求。在人工智能技术方面：国家于2016年出台了《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》，明确了到2018年人工智能的发展目标，即人工智能产业体系基本建立，基础核心技术有所突破，基本达到与国际同步的发展要求。2017年国务院下发了《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》，通知中提出了人工智能技术到2020、2025及2030年的发展目标。为了进一步推动人工智能技术的发展，2018年政府工作报告再次强调了发展人工智能技术的重要性，提出了开展新一代人工智能技术的研发与应用、发展智能产业、拓展智能生活的新要求。在大数据技术方面：2015年国家首次出台了《促进大数据发展行动纲要》，纲要中明确提出了要进行关键技术的研发与相关人才的培养，深化大数据技术的创新研发及健康发展策略。2018年国务院又出台了《大数据白皮书》，提出了建立一体化的数据共享平台及平面化的数据应用平台，同时组建强有力的数据管理部门，推动大数据的常态化、平民化发展。

国家相关政策的出台在一定程度上引导与推动了智能建造技术在我国的发展，但是受限于国内经济发展水平与科学技术发展水平的影响，我国智能建造技术的发展与国外相比还存在较大差距。及时了解国外智能建造技术的发展现状，掌握国外智能建造技术的最新研究成果，与国内智能建造技术的研究进展相对比，探索国内智能建造技术的发展道路，是实现我国智能建造技术快速发展的必由之路。基于以上分析，掌握国外智能建造技术的研究现状是发展我国智能建造技术的前提。以欧、美、日、韩等发达国家为例，综述其智能建造技术的研究进展，从而为我国智能建造技术的发展带来新的启迪。

国外智能建造技术的发展进程大致如下：BIM技术的发展：BIM技术是一种具有可视化、协调性、模拟性及优化性的新型建筑信息模型。该模型最早由美国Chuck Eastman博士于20世纪末提出，同时在美国政府的大力支持下该项技术成功应用于工程实践。BIM技术的提出与应用实现了结构设计过程由二维平面设计到三维可视化设计的转变。研究可知BIM技术的工程实践最初始于芬兰、挪威等欧洲先锋国家，后来随着设计软件的发展美国成为BIM技术的主导国家，美国BIM技术的发展推动了欧洲、日本、韩国、新加坡及我国相关BIM技术的发展进程。当前，国外对于BIM技术在各个维度的研究已经进入新的阶段。通过已有文献可知，从2007年开始美国总务署规定美国所有新建大型建筑项目都要应用BIM技术。截止到2012年，美国工程建筑行业的BIM技术应用率已经达到71%，当前美国的建筑公司已经基本具备了BIM技术的应用能力。英国等欧洲国家紧跟美国发展步伐，在2011年英国提出了“政府建设战略”，其中强制要求在建筑行业中应用BIM技术，截止到2016年英国建筑行业基本实现了全部建筑文件的信息化管理。随着BIM技术研究的不断深入，其理论研究即通过全寿命周期内持续的准确的信息沟通实现互通性及可视化的问题研究成为当前BIM技术的研究重点。此外在实现BIM技术建筑全寿命周期应用的同时，缺乏统一的标准规范成为国外阻碍BIM技术发展的另一个重要因素，为了实现BIM技术在建筑领域的统一发展，国外各国制定了符合其发展的统一规范。目前国外已有的规范如表1所示，其中国外BIM技術的发展及相关标准的制定为我国BIM技术的研发提供了宝贵的参考经验。

3D打印技术的发展：3D打印技术是一种快速成型技术，其本质是以数字化模型为基础，以计算机与打印机为载体，将粉末状金属材料或塑料等可粘结材料经连续打印而形式构造物实体的技术。3D打印技术起源于19世纪80年代，美国人Charles Hull在1986年制造出首台3D打印机。随着经济的发展与科学技术的不断提高，3D打印技术得到进一步发展，近年来以美国为首的发达国家为了推动3D打印技术的研发，在3D打印技术领域投入了大量资金用于技术研发与创新。美国政府仅在2013年就投资近1亿美元用于新建国家增材制造创新研究所，以此实现3D打印技术的产业化发展。新加坡政府投入5亿美元用于建立新的3D打印行业生态系统，其目的同样是为了实现3D打印技术的产业化发展。2007年英国政府制定了推动3D打印技术发展的实施计划，截止到2016年已经投入近9500万英镑用于3D打印核心基础理论技术的研发。此外，欧盟启动了“第七框架”计划，截止到2013年欧盟已经资助近1.6亿欧元用于3D打印联合研究项目。在2014年，欧盟在英国正式启动了“地平线2020项目”，该项目意在大力支持3D打印技术的新想法及鼓励商业性的3D打印计划的申请。随着各国用于3D打印技术研究经费的不断提高，3D打印技术的应用范围得到进一步推广，现如今在医学领域、航空航天领域、汽车工业、电子电器及建筑行业领域均有3D打印技术的应用。研究发现：国外3D打印技术的发展经历了从原色到彩色打印、从理论研发到产品推广、从单个构件打印到整体结构打印的发展历程，此发展历程为我国3D打印技术的研发与推广提供了宝贵经验。物联网技术的发展：物联网技术是利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物，通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的现代网络技术。物联网技术在国外的发展大致经历了四个关键阶段：萌芽阶段、技术研发阶段、应用探索阶段及成熟推广阶段。在2005年以前属于物联网技术的萌芽阶段，该阶段物联网技术伴随着互联网技术的迅速发展，实现了从思想构思到实物构建的发展过程。2005年-2010年为物联网技术的研发阶段，该阶段的主要特征为FRID技术、传感技术及信息通讯技术的广泛探索与应用，如2009年美国在《2025年对美国利益潜在影响的关键技术报告》中，首次将物联网技术列为六种关键技术之一。韩国出台了《物联网基础设施构建基本规划》，规划中明确将物联网市场定位为经济增长的新动力。欧盟在2009年发布了《欧盟物联网行动计划通告》，通告指出了欧洲要在物联网构建过程中占据主导作用，国外相关政策的出台使物聯网技术的发展进入核心技术研发与初步应用阶段。2011年-2020年为物联网技术的应用探索阶段，该阶段各国制定了相应的物联网规划或发展计划，进一步扩大了物联网技术的应用范围。如美国于2016年出台了《保障物联网安全的战略原则》，原则以政府文件的形式规范了物联网技术的生产发展要求。日本在2015年成立了物联网技术推进联盟，该组织主要职责是进行技术研发与初步的应用探索。随后在2017年日本政府为了应对新的战略计划，开始构建新的物联网社会，以此进行新一轮的商业模式布局。欧盟在2014-2017年之间先后投资1.9亿欧元用于物联网技术的研发与创新，并将物联网技术应用于智能农业、智慧城市、智能电网等技术领域，实现了物联网技术的应用发展。此外，韩国政府截止到2016年已在物联网市场建设方面投入了大约5.3万亿韩元，其目的是将韩国建设成世界上物联网技术普及最高的国家。研究发现：此阶段物联网技术的发展实现了由概念向实践转化的发展。随着物联网技术的逐渐成熟，可以预见物联网技术的发展即将步入成熟推广阶段。相关研究表明：进入2020年以后物联网技术将进入全面发展与推广阶段。在这一时期，物联网技术将更加成熟且在社会生活的各个方面均要得到广泛应用，从而将“物联网技术”作为智慧社会建设的重要推动力量。人工智能技术的发展：受经济与科学技术发展水平的影响，我国人工智能技术的发展要晚于国外。国外人工智能技术的发展过程大致如下：1956年在美国举行的达特茅斯会议上，麦卡锡、明斯基等科学家首次提出“人工智能”的概念，标志着人工智能学科的诞生。在随后60多年的发展历程中，人工智能的发展经历了几次较大的波峰与波谷。在人工智能发展初期其主要成果集中在对机器定理的证明，其成果的取得激励人们对人工智能有了更高期待。但由于理论技术的缺乏以及许多不合实际研发的提出使人工智能技术的发展在20世纪60、70年代步入了波谷期。上世纪80年代，随着专家模拟系统的问世，实现了人工智能技术从理论研发向实际应用的转变，人工智能技术再一次迎来了发展高峰期。在20世纪90年代发展的另一个十年里，随着人工智能技术应用范围的不断扩大，传统专家模拟系统的问题开始显露出其弊端，人工智能的发展有一次迈入瓶颈期。进入21世纪后，随着互联网、大数据、云计算等先进技术的发展，人工智能技术迎来了蓬勃发展期。在该时期，以欧、美、日、韩、德为首的发达国家主导了人工智能的发展趋势，以上国家通过制定符合本国发展的相关政策实现了人工智能的快速发展。美国在2015年连续出台了《为人工智能的未来做好准备》、《国家人工智能研究和发展战略计划》等相关政策，积极引导人工智能技术的发展。2017年美国为了确保在人工智能领域的领先地位，更是允许人工智能技术可以“不设限制”的自由发展。德国在2012年提出了“工业4.0计划”，该计划的提出揭开了第四次工业革命的序幕，“工业4.0计划”明确了要加快智能机器人的开发与应用。英国在2015年投资4200万美元，用于建立以大数据与人工智能为研究核心的研究机构，以此实现人工智能的快速发展。截止到2017年，全球人工智能核心产业规模已超过了370亿美元，人工智能技术的发展加快了技术革新和商业运营模式的转变，当前人工智能技术已经在各个行业得到了广泛应用。大数据技术的发展：大数据技术是以数据为本质的新一代革命性的信息技术，近年来随着数据共享机制的不断完善，大数据技术有了突飞猛进的发展。国外由于掌握着最先进的科学核心技术因此大数据在国外的发展要优于国内，随着国家对科学技术发展投入力度的不断加大，大数据在我国的发展大有弯道超车之势。近年来，大数据在国外的发展历程如下：以美国为例，早在2012年美国就启动了“大数据研究与发展计划”，首次将其列入国家发展层面，2016年又颁布了《联邦大数据研发战略计划》，该计划制定了未来大数据发展的七条发展战略。目前大数据为美国带来的产业增长率已经超过了71%，在健康医疗、智能建筑、公共管理等方面均提现了其优势。英国在2012年通过统一政府数字平台，设立数据开放共享奖励基金来推动大数据技术的发展。在2015年英国政府又投入7300万英镑用于政府55个大数据项目的建设，该项政策的实施为英国带来了可观的经济收益，同时为英国提供了众多就业岗位。2018年英国又制定了旨在通过开发利用数据资源产生更大商业价值和经济增长的“数据保护通则”，以此来保护其大数据核心技术的发展。此外，2013年法国相继发布了《数字化路线图》、《法国政府大数据五项支持计划》等文件，通过设立大数据原始扶持资金，为大数据的建立创造了良好的生态环境。日本在其《日本再兴战略》中提出了开放数据政策，明确提出了将大数据技术作为国家2013-2020年的重要战略计划，积极推动大数据开放及产业大数据的发展，使大数据在道路交通基建、互联网及电信业等行业取得显著效果。瑞典、韩国等国家为了顺应大数据发展趋势，分别出台了相关的国家重点研发计划及白皮书，极大地推动了大数据技术在其国家的发展，同时也顺应了当今世界大数据的发展趋势。

回顾国外智能建造技术的发展历程，其均经历了从无到有、从波谷到波峰、从概念到应用的曲折发展。借鉴外国智能建造技术的成功经验，汲取其发展过程中的失败教训，通过对国外智能建造技术的研究现状总结可以为我国智能建造技术的发展带来以下几点启示：

（1）加大国家及地区相关政策的制定，积极引导智能建造技术的发展。国家是一切政策、方针的制定者与实施者，为了推动智能建造技术在我国的发展，首先从国家层面讲：國家应制定相关政策、方针来积极引导新型智能建造技术的研发与推广，为智能建造技术的发展指明前进方向。其次，在国家政策方针的指引下，全国各省市、自治区应依据自身特点制定符合自身实际的相关政策来进一步推动智能建造技术的推广与转化。结合我国基本国情，只有通过中央与地方相结合的发展方式才能实现智能建造技术在我国的大力发展。

（2）加大智能建造技术研发的资金投入、加快智能建造技术的成果转化。智能建造技术作为一种新型技术在我国的发展起步较晚，为了在短期内赶超发达国家智能建造技术的发展水平，在国家政策的引导下还需进一步加大对相关智能建造技术研发资金的投入。历史证明任何一项新技术的诞生都是在大量资金投入及潜心研究的基础上诞生的，因此拥有充足的资金支持是实现智能建造技术发展的基础，是加快智能建造技术发展的前提。国家及地方只有不断加大资金投入力度才有可能实现智能建造技术在我国的快速发展。此外任何一项技术的发展，最终都要以成果转化的形式服务于社会发展，因此在加大资金投入，推动技术研发的基础上还要加快智能建造技术的成果转化，使其尽快服务社会的发展。

（3）加快相关智能建造技术标准的制定，跻身国际智能建造技术的决策层。标准先行是各个国家推动一项新技术研发与实施的前提，从发达国家智能建造技术发展的经验来看，其均是先通过制定相关标准再推行技术的应用，达到通过制定标准率先占领国际研究制高点的目的，从而成为该领域技术研发的制定者与决策者。基于发达国家的发展经验，我国应首先制定符合我国实际情况的相关标准，在此基础上积极参与国际相关标准的制定，从而跻身国际智能建造技术的决策层，进而更好的推动我国智能建造技术在国内外的发展。

近年来，国家制定了许多政策方针来推动智能建造技术的发展，实现了智能建造技术在我国的迅速崛起，但同国外智能建造技术的研究成果相比我国在智能建造技术领域与国外还存在较大差距。为了弥补我国智能建造技术发展的不足，国家及地方应加快相关政策的制定及有关资金的投入力度，同时加快推进相关标准的制定与实施。积极借鉴国外发展经验，实现我国智能建造技术的外道超车发展，使我国智能建造技术尽早跻身国际发展的制高点。