建筑施工智能化現狀與展望

摘 要：目前，中美競爭激烈，建筑行業作為支柱產業需要承擔更重要的社會責任。中國老齡化問題日益嚴峻，建筑施工智能化是解決該問題的根本途徑。本文總結了現階段建筑施工智能化的應用情況，對建筑施工智能化可能引發的一些問題進行深入分析，并對建筑施工智能化引發的問題提出相關建議，展望了建筑施工智能化的發展方向。建筑施工智能化將引發巨大變革，也面臨挑戰。

關鍵詞：人工智能;5G;機器人;3D打印;建筑施工

Status and Prospect of Intelligent Building Construction

Zou Chunguang

Baicheng City Dingye Construction Engineering LLC JilinBaicheng 137000

Abstract：At present，the competition between China and the United States is fierce，therefore the construction industry，as a pillar industry，needs to undertake more important social responsibilities.The aging problem in China is becoming increasingly serious.Intelligent construction is the fundamental way to solve this problem.This paper summarizes the application of intelligent building construction at the present stage，analyzes some problems that may be caused in depth and puts forward relevant suggestions on the problems，lastly，prospects the development direction of intelligent building construction.Intelligent building construction will lead to great changes，but also face challenges.

Key words：Artificial intelligence;5G;Robot;3D Printing;Building construction

國辦發[2017]19號文中提出“建筑業是國民經濟的支柱產業”。但與建筑業較為發達的國家相比，中國建筑業對國民經濟的貢獻水平較低，仍有提升的潛力和空間[1]。當今，世界各國競爭激烈，建筑企業需要承擔更重要的社會責任。建筑行業屬勞動密集型行業，施工人員復雜，比如：模板支設、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等需要大量人員共同作業。由于施工場地空間有限，施工機械設備多，交叉作業，施工周期長，作業環境復雜多變，因此建筑施工過程事故多發，帶來巨大的人員傷亡和財產損失[2]。建筑行業是國民經濟發展的支撐行業，由于我國老齡化問題日益嚴峻，勞動力是保障建筑行業穩定發展的重要手段，人口老齡化造成勞動者的生產效率降低，安全隱患增加，施工周期延長、施工成本增加[3]，給國民經濟產生的負面影響不言而喻。建筑施工企業必須直面人口老齡化的嚴峻考驗，加速實現建筑施工整個過程的智能化。

2018年2月6日資誠聯合會計師事務所（PwC）全球同步發布《AI機器人真的會偷走我們的工作嗎？自動化對工作之潛在影響》研究報告中指出，全球逾20萬名勞工的工作任務和技術，自動化對各個產業勞工的沖擊在2030年代中期，將達到30%。最可能被自動化取代的產業前3名依次是運輸與倉儲業（52%）、制造業（45%）和建筑業（38%）。建筑行業改革迫在眉睫。2020年兩會上，人工智能第三次寫入政府工作報告。全國政協委員楊國強《關于建立完善建筑機器人政策標準體系加快建筑業轉型升級的提案》中指出，科學技術發展到今天，用機器人建房子的條件已經具備，應加快研發應用智能建筑機器人，像生產汽車一樣準確地建房子。2020年7月28日，住房和城鄉建設部等13部門聯合印發《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，指出在建造全過程加大建筑信息模型（BIM）、互聯網、物聯網、大數據、云計算、移動通信、人工智能、區塊鏈[4]。建筑施工智能化，提高現場各模塊的管理水平;全方位準確識別不安全因素，提高施工安全性;機器替代人工，從根本上解決了房屋安全和質量問題，提高勞動生產率，節約成本，緩解我國老齡化問題[5]。

作為一名建筑從業者，更堅信建筑施工智能化是必然的發展趨勢，同時清醒地認識到建筑施工智能化可能引發的問題，并對建筑施工智能化未來的發展充滿信心。

1 建筑施工智能化的概述

人工智能（Artificial Intelligence，AI）提出于1956年，涉及計算機科學、控制論、信息論、神經心理學、哲學、語言學等學科，是一門綜合性的邊緣學科[6]。人工智能，是指在機器（計算機、機器人等）實現超越人類的感知、認知、決策、行動等智能行為。目前，人工智能已經進入了大數據驅動的深度神經網絡階段，不再需要去構建很多規則和數據，深度學習能從標注的海量數據里面學習到一些規則和特征[7]。

按人工智能技術發展軌跡劃分，建筑施工智能化分為感知、替代和智慧3個階段。第一階段是感知設備運行情況、施工人員的行為等，有助于增強施工人員的技能;第二階段是AI部分替代人，完成人類無法完成以及風險很大的工作，替代是在人類制作的框架中嚴格執行的;第三階段是智慧階段，借助AI類人的思考能力，由部分建造大腦來指揮和管理，具有自我進化能力[8]。

2 建筑施工智能化的現狀

目前，人工智能已經廣泛應用于建筑行業的各個領域，如建筑規劃和結構、建筑工程管理、水電氣暖、建筑材料等[9]。人工智能廣泛應用于建筑施工的各個環節，包括施工前期，AI審圖;采用人工智能手段，精確測算、決策輔助，提前制定最優化的工程進度、進行成本、空間、人力、設備、材料設計，設定不可預見的問題，根據問題調整相應施工進度，制定諸多方案，以指導實際施工。建筑施工過程中，智能化主要包括以下三方面：

2.1 5G智慧工地

第五代移動通信（5G）具有高速率、大帶寬、低延時、高可靠等特性，現已應用于建筑施工全程，彌補了施工管理中的不足，有效降低施工現場安全事故的發生。

5G的關鍵技術“移動邊緣計算（MEC）”，是利用無線接入網絡，就近提供用戶所需服務，加速網絡中內容、服務及應用的快速下載，讓消費者享有不間斷的高質量網絡。由于傳統建筑工地使用一個1080p攝像頭，流量一天約50G，費用每個月達數萬元，但MEC可以達到“0”流量，提高巡檢工作效率[10]。有效提高施工現場危險區域的管理，一方面需要全面識別施工現場容易造成嚴重后果的危險區域，進行分級管控;另一方面是結合信息化技術，對進入或即將進入危險區域的施工人員進行實時預警[11]。

將傳統的施工管理模式和智慧物聯網技術相結合，將現場部署的傳感器、激光雷達、高清攝像機、GPS等設備采集的數據，通過數據服務控制子系統返回給指揮中心，通過分析、預警、應答、處理，項目管理人員對目標、資金成本、進度、質量安全及風險有直觀全面的了解，做出決策分析[12]。

2.2 建筑3D打印

建筑3D打印技術提出于2004年，該技術利用分層堆積原理，采用工業機器人逐層重復鋪設材料層，構建自由形式建筑。3D打印設備是由一個巨型的三維擠出機械構成。與傳統的建筑施工方式相比，3D打印建筑技術降低了材料、人工、設備、制造等成本，同時實現了一體設計與一體成型[13]。3D打印可以嚴格按照設計要求，任意設計墻體結構。具有施工工期短，材料成本低，墻體自重輕，低噪聲、無粉塵等優勢，可顯著提升建筑效率，縮短工期，做到節能減排[14]。目前3D打印建筑主要用于打印建筑的墻體，只適用于應急性建筑和臨時性建筑。

2.3 建筑機器人

建筑機器人的研究起源于日本，1982年日本清水公司開發的一臺耐火材料噴涂機器人，被認為是首臺建筑施工機器人，同公司的多功能行走車可以修平和磨光砼樓板表面，并自動躲避墻壁和立柱。1994年，德國制造了墻體砌筑機器人，1996年，制造了混凝土施工機器人。2014年，新加坡開發了地瓷磚鋪設機器人。我國建筑機器人研究起步較晚，但在政府、高校、科研院所、企業的共同努力下，發展迅速，如哈爾濱工業大學制造的遙控壁面爬行機器人;山東礦業大學制造的噴漿機器人;河北工業大學開發的室內板材安裝機器人等，都在建筑施工現場得到應用[15]。

高度智能化機器人可以很輕松地深入到建筑行業各種惡劣的環境中，如鋪設鋼筋混凝土預制板、外墻干掛石材等繁重、危險的施工。機器人是程序化設定的硬件，其優勢表現在高強度、高效率、誤差率小等，可以實現建筑工地零傷亡、高標準、高效益，并從根本上解決房子的安全和質量問題，顯著提高勞動生產率，節約成本。如北京奧運場館“鳥巢”和“中國第一高樓”上海中心的鋼結構施工中，均使用了建筑焊接機器人;以港珠澳大橋為代表，中國橋梁已實現智能化建造;以京張、鄭萬高鐵為代表，中國高鐵智能建造水平世界一流;以上海中心大廈為代表，中國超高層建筑已全面進入智能化建造階段[4]。

目前，建筑機器人的研發主要包括三個層次，第一層次是現有機械改造，對于廣泛使用的挖掘機、推土機、壓路機、渣土車等機械進行改造，實現遠程遙控操作，自主導航，無人駕駛等，這是建筑施工智能化的一條捷徑;第二層次是對即有機器人的應用，如傳感器、無人機、視覺技術等應用于建筑施工各個環節，這是現階段建筑施工智能化程度的有效途徑;第三個層次是推動建筑專業機器人的研發，這是未來的發展方向[16]。

3 建筑施工智能化帶來的問題與展望

3.1 建筑施工智能化帶來的問題

3.1.1 勞務就業問題

人工智能代替人類參與建筑施工，會使一些人失去介入施工過程的機會，原本由人完成的工作，變為由機器完成，通過大數據分析后進行決策。傳統建筑施工人員的身份發生轉變，一部分人成為輔助優化人工智能的訓練者、交互設計師等，另一部分人無法適應新的工作崗位，被迫失業。建筑施工智能化導致的失業問題，是影響社會穩定的重要因素[17]。

3.1.2 思維方式問題

人工智能應用于建筑施工的各個環節，建筑施工人員開始無條件地相信系統的判斷和決定，不愿意動腦，喪失發現問題、解決問題的能力，缺乏敏感性、創造性，不愿意承擔責任，過分依賴機器。就像過分依賴計算器的學生，其主動思維能力和計算能力會明顯下降。過分依賴網絡的學生，其在寫作中的想象能力也會明顯下降。

3.1.3 環保問題

低碳環保的發展理念，是實現建筑施工的智能化基礎[18]。建筑3D打印應用的材料，主要是高標號水泥和玻璃纖維，而玻璃纖維對人體呼吸系統有害，高標號水泥回收困難，其強度等性能等特性也不達標[19]。

3.2 建筑施工智能化的展望

3.2.1 綜合性人才的培養

雖然智能機器人不受外界影響，可不間斷、不出錯地工作，但需要在人工設定的框架中工作，只有程序精準，機器才不會犯錯，機器犯錯即是大錯，會造成不可預料的后果。解決該問題根源是人。廣大建筑施工人員必須正確認識人工智能技術的重要性，主動轉變自身的思想認識和工作理念，有針對性地參加人工智能技術的學習與實踐。需從根本上改變人類的知識結構，在全社會范圍內，在幼兒、中小學階段普及人工智能的教育，提高大眾對人工智能的認識，激發整個民族的人工智能創造能力。

3.2.2 人工智能自主研發的能力

推動人工智能技術發展需要夯實基礎，堅持走獨立研發路線，將自主權牢牢掌握在自己手里。只有政府主導，企業跟進，企校合作，才能在全球競爭激烈的人工智能競爭中，突出重圍，不受任何禁錮。在政府扶持下，加大科研支持和力度，鼓勵更多的專業人才從事建筑智能化技術的創新研究，以實現我國建筑智能化技術獨立，并處于世界領先地位。

3.2.3 建筑施工智能化的普及

目前，建筑施工智能化在中國建筑行業的普及度不高，智能化沒有在所有建筑項目施工過程中得到應用，智能化并沒有貫穿建筑施工的各個環節，各環節之間并沒有真正建立起有效的相互協調溝通的機制，影響了智能化的高效性。建筑施工智能化是未來建筑行業信息化發展的一個重要方向，它的普及，需要國家政策、行業標準等多方面的監管。需要建筑施工各個環節之間建立有效的協調機制，實現整體性。國家主導、企業配合，推廣建筑施工智能化。

4 結論

在人工智能技術不斷發展的今天，人類的生活方式不斷發生改變，人工智能技術成為建筑行業的重要突破口，應用于建筑行業必將帶來新的發展機遇和挑戰，推動建筑行業的革新和轉型。建筑施工智能化，使建筑施工從勞動密集型向技術、知識、管理密集型轉變。建筑施工智能化，使建筑施工更安全、高效、高收益，推動了建筑行業的良性循環和產業升級。建筑施工智能化具有美好的前景，是解決人力資源短缺問題，構建節約型社會，實現人與自然和諧發展的必然選擇。傳統建筑工地與智能化的融合并非一朝一夕就能實現，需要直面并克服在人員、材料、工藝、技術標準、質監管控等多方面的困難。從根本上改變傳統建筑業還有很長的路要走，需要全社會的共同努力。

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作者簡介：鄒春光（1973— ），男，漢族，吉林白城人，專科，高級工程師，研究方向：建筑施工及項目運營管理。