工程建设行业数字化转型的探索与思考

2023-01-12上海市房屋安全监察所上海200002

建筑科技 2022年1期

鲍逸（上海市房屋安全监察所，上海 200002）

工程建设行业是传统基础性产业，也是我国国民经济的重要产业，是我国经济建设的重要组成部分。但建筑业生产方式比较粗放、劳动生产率低、工业化程度低、科技创新能力明显不足，与国家高质量发展的需求差距较大。随着市场环境与政策的变化、国家对节能环保要求的逐步提高以及劳动力短缺逐渐凸显等因素，建筑行业正面临新的机遇和挑战。工程建设领域企业需把握好数字化转型的历史机遇，以技术创新来主动迎接技术变革带来的挑战。

1 数字化转型的政策背景

我国高度重视数字化发展，国家和部门出台了多项数字化转型相关的政策党的十九届五中全会通过的“十四五规划”和 2035 远景目标纲要[1]指出要加快数字化发展，并对数字化技术赋能传统产业转型升级做了系统部署。

住建部、发改委等 13 个部门联合印发的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》（建市[2020]）60号）[2]提出了我国智能建造与建筑工业化协同发展的目标，并对建造方式变革和建筑业高质量发展提出了新的要求。通过提升建筑工业化、技术创新、信息化、绿色建造等重点任务，推进建筑工业化、数字化和智能化升级。

国务院国资委印发的《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》[3]提出了建筑类企业数字化转型的具体要求，通过数字化技术的集成应用来助力智慧城市建设。

上海市委、市政府公布《关于全面推进上海城市数字化转型的意见》[4]指出要用数字化、信息化技术来解决超大城市治理和发展的难题，形成超大城市的精细化治理模式。

这一系列政策对工程建设行业的发展提出了新的要求，并指明了新的发展方向。

2 工程建设行业数字化转型的主要问题

过去几十年，我国建设行业成就斐然，完成了上海中心大厦、港珠澳大桥等重大工程，工程建造水平在世界范围内名列前茅。但建筑行业的生产方式比较粗放、劳动生产率低、科技创新能力明显不足。近年来，广大工程建设企业积极适应数字化发展的新形势新要求，在数字化转型方面取得了显著的成效，但仍存在一些问题[5]。

2.1 不同阶段、专业和业务模块协同性不足

规划、设计、施工和运营等阶段高度独立，缺乏多阶段共享与互动。目前，大多数信息化平台功能较单一，无法覆盖建筑各个阶段，连全生命周期信息化平台也只能覆盖规划、设计、施工和运营等阶段的某一个阶段，妨碍了流程的有效贯通和统一协作。

建设行业每个阶段涉及多专业协同及相互提资。不同专业使用的计算软件不同，使用的信息化平台之间数据模型不同，多专业之间的协同性较差。另外，单方面专业设计工作的改变，可能造成其他专业设计工作的反复。

目前，不同工程建设单位建设了经营管理信息系统、项目管理系统等信息化系统，但不同信息化系统之间完全独立，可交互性差。

2.2 海量数据缺乏管理和共享机制

工程建设行业数据资源十分丰富，但数据来源繁杂，由于数据格式不统一，且缺少共享机制，信息无法有效利用。如何将不同的数据进行统一的存储、访问、共享和再利用，是工程建设行业数字化转型的关键所在。

2.3 缺乏统一的数据模型和架构

由于缺乏顶层设计，模型和平台的数据结构不一致；数据模型中数据体系也可能不一致，导致模型不具备共享和交互特性，例如设计模型中缺少力学分析模型需要的荷载信息。

3 工程建设行业数字化转型的不同阶段

3.1 项目管理的信息化

项目管理的信息化包括内部管理模块，以及项目现场的安全、质量和环境等生产模块，两者相互协同，实现对项目进展和关键指标的精细化实施进行监控。通过信息化实现标准化管理、规范化生产以及一体化协同，提升建筑行业的管理水平。

3.2 业务场景的在线化

在信息化的基础上，实现业务场景的在线化，包括在线化管理以及生产现场的交互。通过在线连接的实时交互提升管理的效率，并创新服务模式。

3.3 项目决策的智能化

随着数字化的进一步发展，信息化和在线化技术不断成熟，且数据积累越来越多，为项目决策智能化奠定了基础。

4 建筑全生命期数字化技术探索

随着大数据、机器学习、云计算、BIM、VR、AI 和 5 G等信息技术的发展，工程建设行业逐渐向数字化、信息化和智能化发展。主要包括传统产业转型升级的产业数字化模式，以及基于大数据、物联网和数字孪生等新一代数字技术的数字产业化模式。目前，数字化技术在工程建设的全生命周期中得到了应用[6]。

4.1 数字化测绘

随着三维激光扫描技术和无人机摄影测量技术的出现及广泛应用，数字化测绘技术为地形测绘和历史建筑测绘提供了全新思路。数字化测绘技术不仅自动化程度高，获得的图形属性信息丰富，而且测绘结果存储方便。

目前，由于无人机承载重量有限，而部分高精度设备的体积或重量过大，传统测绘仍占一定的比例。测绘学界和业界已经开始智能化测绘技术的研发，实现数字化测绘向智能化测绘转型升级。

4.2 数字化协同设计

目前，设计人员普遍面临工作强度大、重复性劳动多等问题，不少设计单位正着手研发三维数字化设计平台[7]，支持正向三维协同设计，实现不同参建方的设计协同和虚拟施工等。

4.3 智能建造

当前建筑行业劳动力短缺，人力资源成本逐渐提高，且存在浪费资源和破坏环境等问题。智能建造是以土木工程为基础，使用智能化的材料、机械和设备，在建设工程全产业链采用先进的技术和手段的建造方式。其显著特点包括：信息化设计、数字化生产、智慧化施工、全生命周期管理和大数据集成等。同济大学已在国内率先开设了智能建造专业，聚焦培养智能建造专业卓越后备人才。

BIM 技术、新型工业化建筑技术的发展为智能建造的落地提供了支持。很多大的施工单位如上海建工等正大力推广智慧工地建设，应用云计算、物联网、5G 终端、AI 智能、BIM 等技术，显著提高施工现场的人、机、料、法、环等资源集中管理水平，实现施工建造全过程动态精细化管控，确保工程项目的安全、质量、进度以及文明施工，建构起涵盖建筑数字化交付与全生命期运维的业务体系。

人工智能在传统工程建设现场作业中的应用越来越多。碧桂园等房地产企业成立了机器人公司，专门研发适合建筑工地使用的智能机器人，如砌墙机器人、焊接机器人等，通过三维激光扫描、机器视觉、智能识别等技术，实现对全要素的全过程管理，实现施工数字化。

4.4 智慧诊断和运维

我国处于高速建设阶段后期，建设方式逐渐转为存量提质改造和增量结构调整并重，大量的建筑和基础设施面临诊治与提升需求。传统的检测和诊治手段存在检测效率相对较低、部分检测精度较差，现场作业和内业处理耗费大量的人力物力等问题。目前，房屋检测机构如上海市建筑科学研究院房屋质量检测站等研发了基于多源数据融合的建筑精细化测绘与实景建模、材料强度自动化检测、损伤智能识别、损伤协同记录系统等智能检测技术，提高了现场检测效率和精度，降低了人工成本。今后在结构安全的智能诊断方面还有待进一步研发。

建筑的运营期是建设期的 10 倍，甚至更长，建筑智慧运维是建筑业转型升级的核心关键。基于建筑物中的物联网设备，对建筑运行数据进行实时采集和上传，在云端基于人工智能的算法，对建筑中的设备进行智能控制，实现运行状态实时感知、性能预测和智能预警等。智慧运维包括智能感知技术、数据智能融合技术和 AI 决策与控制等几个方面，充分结合移动互联技术、物联网技术，实现基础感知、场景全景展示、设备管理/控制、数据融合分析、交互查询、数据可视化及辅助决策等功能模块的一体化管理。

5 工程建设行业数字化转型的几点建议

从现实来看，我国工程建设行业数字化转型仍然面临着不少的挑战。数字化转型很大程度上依赖基础信息技术和建筑工业化水平。工程建设行业生产体系高度复杂、涉及专业较多，行业实现全面数字化转型难度很大。另外，数字化转型初期需要额外的投入且部分数字化技术带来的价值短期内不能直接体现，就难以形成市场内在动力。建议工程建设行业在以下方面加强投入和研发[8]。