工业互联网结合BIM技术赋能装配式建筑数字化转型应用探索

文｜中国信息通信研究院 李瑞兴；中建电子商务有限责任公司 张勇 何蛟

1.建筑行业发展现状

建筑行业是国民经济的支柱产业。改革开放至今，中国建筑业迅速发展，建造能力持续加强，产业规模不断发展，推动了大量关联产业，对经济社会发展、城乡建设和民生改善作出了重大贡献。2020年全国建筑业企业完成建筑业总产值26.39 万亿元，相比2019年增加了6.24%。2021年，全年全社会建筑业实现增加值80138 亿元，比上年增加7142 亿元，同比增长2.1%。建筑行业是典型的传统行业，产业链和服务周期长，粗放型的发展模式长期处于主导地位。据麦肯锡研究显示，建筑行业是数字化程度最低的行业之一。

未来，建筑行业必然将由传统粗放型模式向工业化、绿色化、数字化方向发展。工业化即通过数字化手段，实现建筑行业的生产、运输、仓储、销售等各环节的规模化、精细化、科学化管理，全面提升传统行业存在的低效率、低质量、高成本等问题。数字化即以 BIM 等新兴技术集成化创新为核心驱动、工业互联网为发展路径、标准规范为科学指引、安全防护为重要保障，覆盖建筑全生命周期、全产业链、全要素，与智能建造、数字城市等应用场景深度融合。

行业数字化已经成为建筑行业发展的重要引擎，必将成为未来建筑行业发展的爆发点。围绕新一代信息技术的发展、BIM 等行业软件的广泛应用、先进的行业制造理念，与建筑行业全产业链、全价值链条、全要素的深度融合，有效提升建筑行业产品质量、建造水平和建筑物智能化水平，助推建筑行业转型升级。建筑行业数字化具备如下特征：从总体架构上看，建筑行业数字化将以平台为核心支撑，结合工业互联网、AI、大数据、区块链等技术，输出产业赋能能力。从应用模式上看，建筑行业数字化将围绕全链条数字化协同、全生命周期数字化管理、全要素智能化升级作为建筑行业数字化的典型模式。从核心功能上看，建筑行业数字化将以提供数字基础设施能力、数据汇集与分析能力、数据互通与共享能力、针对场景的应用能力为主。

2.装配式建筑推动建筑行业工业化

装配式建筑代表着建筑行业工业化的方向，装配式建筑具有建造速度快，气候制约小等特点。装配式建筑一体成型安装更方便，构件生产的重心由传统的建筑工地，转向了工厂，现场操作更简单，更安全。同时更加强调施工效率与环境保护，有利于行业向绿色化方向发展。

建筑行业工业化的核心特征是在企业使用各类自动化设备的基础上，实现面向市场的智能化集成制造，包括标准化、模数化设计，工厂化生产、预制化生产，装配式安装施工，不仅建筑的主体结构如此，连同建筑室内外装修、厨房和卫生间、管线设施等都可以实现装配式建造。建筑行业工业化就是在装配式建筑技术发展基础上形成的，没有装配式建筑就没有建筑工业化。

建筑行业数字化将伴随着建筑行业工业化的进程而逐步渗透到建筑行业全链条、各环节中去，同时建筑行业数字化也将加速建筑行业工业化进程的脚步。作为建筑行业工业化典型的代表领域，数字化与装配式建筑有着天然的耦合力。装配式建筑行业将借助工业互联网、AI、大数据等新技术，在涵盖协同设计、智能生产、智慧运营、供应链协同、产品全生命周期管理等领域，不断推动数据在施工规划、产品设计、供应链管理、生产管理及售后服务等场景的深度应用，引领装配式建筑项目管理提质增效，赋能装配式建筑行业数字化转型升级。

3.BIM技术是装配式建筑行业数字化转型的核心要素

BIM技术是建筑行业数字化的核心驱动技术。BIM技术正在引领建筑行业信息化变革，利用统一的三维模型贯穿建筑全流程，打破信息孤岛问题，实现建筑多专业协同设计、一体化建造、标准化交付和智能化维护等，推进工程项目提质增效。

现阶段， BIM技术在投资估算、设计建模、协同设计、碰撞综合协调、施工方案分析等不同环节场景发挥了巨大的应用价值。但是BIM 重在建筑静态信息的描述，而建筑行业特别是装配式建筑是个复杂的长链条体系，涉及设计、生产、运输、施工、运维等多主体、多环节、多系统，存在大量的动态、异主、异地、异构数据。加之装配式建筑行业对信息化的价值上认识不足、BIM 在项目中的应用效果不够凸显、业务贡献能力有限等都制约着BIM 在建筑行业特别是装配式建筑领域的落地。

工业互联网构筑打通企业内部网络与产业链全域网络的互通基础，与BIM 软件的充分结合，必将推动数字化技术在装配式建筑领域的深度应用。在应用层面，工业互联网技术结合BIM 软件，以信息共享、专业协同等能力对装配式建筑行业全要素进行数字化升级，推动数据及资源在全过程中的流通共享、挖掘利用。有效聚合产业链中供应商、设计方、施工方、运维方、业主方等各环节主体，实现横向端到端，全产业链参与的能力协同、纵向打通建筑工程全生命周期的专业间协同；在软件层面，通过BIM软件与工业互联网技术相融合，借助工业互联网对工业技术、人工经验、过往实践的模型化、软件化、标准化和封装化，深度结合工业互联网平台，利用工业互联网各类网路基础设施实现异地、异主、异构数据主体间的互联互通，打破数据孤岛；在硬件层面，通过收集不同环节的数据并有效进行数据采集与存储，从而实现从构件设计、原料采购、构件生产、运输到现场施工、后期运维直至报废这一全生命周期的有效管理，需要在数据采集层、边缘层、企业层分别部署相应的支撑硬件。

4.工业互联网是推动装配式建筑数字化转型的路径

工业互联网是新一代信息技术与工业经济深度融合的全新经济生态、关键基础设施和新型应用模式。工业互联网标识解析体系是工业互联网网络层体系重要的新型数字基础设施，面向物理和虚拟实体发放全球唯一的“数字身份证”，对装配式建筑产业链上全要素信息进行采集、汇聚和分析，基于优化产业链全要素配置，促进全产业链协同发展，提高装配式建筑产业链协同水平，推动行业数字化转型能力，为装配式建筑产业链中设计、生产、施工、运维等各环节提供共性的数据共享与流转通路，又为各环节细分场景下的业务需求提供了专业性应用服务。

图1 工业互联网助力工厂内外网打通

工业互联网标识解析应用聚焦装配式建筑行业各环节数字化水平参差不齐、严重依赖人工经验、数据孤岛现象严重等问题，设计基于工业互联网标识解析体系的分布式工业互联网公共服务主平台、子平台，并在装配式建筑产业链各环节企业部署工业互联网标识解析节点。依托工业互联网平台提供的标识解析、身份认证、数据加密、算法、数据模型等功能模块，通过标识解析各级节点、标识解析数据中间件、各类智能网关、智能传感设备等实现数据多层级采集、流通、汇聚、共享、分析，并最终形成基于大数据分析的各类模型库，为建筑行业数字化转型赋能并提供底层数据资源池。

5.工业互联网标识解析结合BIM技术在装配式建筑领域的应用探索

装配式建筑以工厂预制构件生产取代了传统的建筑施工工艺。装配式建筑设计的标准化程度越高，构件规格愈标准，生产的效率就越高，相应的构件成本就会下降，同时大量的现场装配与高度的工业化要求，也都对供应链各方的协同能力提出了更高的要求。设计单位、生产单位、仓储单位、物流运输单位与施工单位之间由于异构系统、异构数据的存在，产生了大量的“数据孤岛”，加之各参与方的数字化能力残次不齐，势必影响装配式建筑的发展。

图2 装配式建筑行业工业互联网标识解析应用探索

图3 装配式建筑行业工业互联网标识解析应用探索

图4 装配式建筑行业工业互联网标识解析应用探索

基于工业互联网标识解析体系的装配式建筑供应链协同应用探索，通过工业互联网标识解析体系这一分布式数据资源基础设施，对接装配式建筑供应链企业，充分发挥工业互联网数据互联互通的能力，衔接供应链上下游各节点企业的采购、生产、仓储及物流信息化系统，打造覆盖装配式建筑行业全链条的数据共享与互通机制，降低供应链运营成本。利用标识解析企业节点、标识解析中间件与BIM 软件的打通，利用分布式的工业互联网标识解析节点实现数据互通的体系优势，通过标准的接口耦合并串联设计院、供应商、施工方、运营方系统之间的数据共享与互通渠道。基于工业互联网公共服务平台，有效整合资源、梳理业务流、数据流，通过多技术融合、一码到底，提升产业链上各方决策效率、协同效率。解决由于协调过程多且繁杂，周期过长，各种信息传递路径过长，节点过多，产生不必要的衰减和偏差的问题。借助工业互联网标识解析技术实现全链条、各环节参与方的数据互通、共享，通过实现编码、元数据、接口的统一，构建面向全要素的业务模型，完成建筑行业的工业知识模型积累，有效减少人工经验的干预，提升专业化水平为装配式建筑的规模化发展提供坚实的基础和保障。同时，依托BIM 应用、工业互联网公共服务平台及标识解析技术沉淀的数据，利用大数据分析技术结合大数据分析模型，逐步形成符合产业发展的规范化物料库、产品库、工艺库、供应商库及统一的标识编码库。

基于工业互联网标识解析体系的装配式建筑产品全生命周期追溯应用探索。在产业链参与企业建设标识解析企业节点，完成覆盖设计、生产、施工、运维、监管环节产品全周期的集成化、信息化、精益化管理。在设计方面，主要依托BIM 软件对装配式建筑构件结构、机电、管线、安装等专业一体化集成设计与规划，并将构件产品信息、模型、设计图等注册工业互联网标识；在生产方面，通过标识解析体系获取实时更新的产品设计数据。依托ERP、MES 等现场工业软件，将构件生产需求与原料、工艺、人工有效匹配，并将必要的构件实时生产信息、工艺信息、人员信息等注册成为工业互联网标识以实时获取生产数据从而进行在线协同生产，构件产品下线后，最终将构件产品信息、仓储信息、物流信息、施工使用信息等注册成为工业互联网标识，推动实现工厂制造与现场建造一体化。

基于工业互联网标识解析体系的装配式建筑供应链金融应用探索。通过联合资金方打造针对建筑行业供应链金融服务的产品解决方案。依托部署在设计、供应、物流、生产、仓储等各环节的标识解析企业节点，将各环节涉及到的设计图纸、施工图纸、采购订单、仓储数据、销售订单、物流数据、实时生产数据等注册成为工业互联网标识，通过拉通各个企业系统间的数据，解决了建筑物资从设计、下单到物流、进场、验收等物资流通的各个环节、各系统之间的数据相对较为割裂，数据标准不统一的问题，实现装配式建筑行业全流程的数据追溯。在探索建筑物资到货融资的金融场景时，针对缺少权威可信、可追溯的数据源为银行风控系统进行风险评估的痛点。通过将生产企业、设计企业现有系统与标识解析节点系统进行结合，将物资从下单后到流转至验收过程中的数据进行关联，实现全流程的在线追踪，增加数据造假难度，提升数据的可信性，从而实现降低企业融资门槛和银行金融风险，并向金融机构提供基于工业互联网大数据的用户画像，为供应企业提供融资提供服务。

基于工业互联网标识解析体系与BIM技术相结合，推动产融结合领域的应用探索。将工业互联网、BIM技术与金融服务相融合，打造针对装配式建筑行业的供应链金融服务。针对供应链金融场景中，物资从下单到物流、进场、验收等物资流通等各环节系统之间的数据相对较为割裂，数据标准不统一，难以实现全流程的数据追溯，数据不完整且缺少权威可信、可追溯的数据源为银行风控系统进行风险评估。通过工业互联网、BIM技术与金融行业相融合，将核心企业现有系统与标识解析节点系统进行结合，将物资从下单到流转至验收过程中的数据进行关联，实现全流程的在线追踪，增加数据造假难度，提升数据的可信性，从而实现降低企业融资门槛和银行金融坏账风险，向金融机构提供基于工业互联网大数据的用户画像，为供应链企业提供基于征信的融资服务。

6.结语

针对装配式建筑的工业互联网标识解析结合BIM技术的供应链协同应用探索，能有效提升装配式建筑的标准化、专业化、规模化水平。依托工业互联网公共服务平台提供的算力、模型、分析能力，结合BIM 平台设计、建模等专业功能，借助工业互联网标识解析体系实现装配式建筑全链条、各环节参与方的数据互通、共享能力，通过标识编码、元数据、接口的统一，构建面向全要素的业务模型，完成装配式建筑行业的工业知识模型积累，有效减少人工经验的干预，提升专业化水平为装配式建筑的规模化发展提供坚实的基础和保障。后续将围绕工业互联网平台、标识解析、安全及BIM技术，开展关键技术标准、软件系统原型、专用硬件设备原型、解决方案等方向研究与试验，持续探索行业数字化转型方向。