智能建造技術發展現狀與未來趨勢

葉生文

摘要：面對信息時代的大潮洶涌而來，建筑行業面臨著強烈的挑戰，智能化建造技術發展異常迅速，在建筑行業技術升級改造中將擔負起先鋒的角色，推動著建筑業高質量發展，應繼續增加人工智能、互聯網大數據、物聯網、云計算等新技術在建筑全過程應用的集成化與自主創新，加速促進新一代信息科技與建筑工業化技術協作發展趨勢，緊緊圍繞智能化工程施工、智能制造系統、數字設計，提升建筑工業化與智能建造基本關聯性技術和重要關鍵技術革新研發，提高智能化建設管理水準，加強智能建造上中下游協調工作，為智能建造健康發展營造良好氛圍。

關鍵詞：智能建造;技術;趨勢

一、智能建造內涵

智能建造是新一代通訊技術與先進設計施工技術深度融合，并貫徹于勘察、設計、施工、運維等工程活動各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自適應等功能的新型建造方式。筆者認為，智能建造是指在建造過程中充分利用信息技術、集成技術和智能技術，構建人機交互建造系統，提升建造產品的品質，實現安全綠色、精益優效的建造方式。智能建造內涵可從以下方面展開：（1）智能建造是設計、生產、施工一體化的建造體系，是建造新思維、新技術和新模式的集成創新，是建造方式的深刻變革。（2）通過“智能+”，提升建造質量和建造產品的品質，實現建造行為精益優效、節能降污，提供安全、綠色、舒適的建造產品。（3）應充分利用智能技術和相關技術，實現建造技術的提升，以BIM 技術為核心，將物聯網、大數據、人工智能、智能設備、可信計算、云邊端協同、移動互聯網等新一代信息技術與勘察、規劃、設計、施工、運維、管理服務等建筑業全生命周期建造活動的各個環節相互融合，全面提升建造技術的水準。（4）采用智能系統，實施人機協同的施工，通過大數據和人工智能算法，建立智能建造控制平臺作為控制大腦，根據信息分析進行判斷和決策;構建泛在感知和5G 系統作為神經系統，感知信息和傳達信息;基于人機協同環境，制定施工技術方案;智能裝備、自動化機械和人協同工作，實現建造控制系統的各種指令;最終，實現具有信息深度感知、自主采集與迭代、知識積累與輔助決策、工廠化加工、人機交互、精益管控的建造模式。

二、智能建造關鍵技術

智能建造即數字技術與工程建造系統深度融合形成的工程建造創新發展模式，其技術體系主要由人工智能、云計算、大數據、BIM等技術支撐搭建而成。

1、人工智能技術。人工智能簡稱AI，是二十一世紀三大尖端技術之一，研究內容包括：機器學習和知識獲取、知識處理系統、智能機器人、自動推理和搜索方法、計算機視覺等。建筑行業中人工智能技術應用已經比較廣泛，比如人工智能技術已在建筑工程管理中的施工圖生成和施工現場安排、建筑工程預算、建筑效益分析等環節應用，目前比較流行的基于C/S環境開發的建筑施工管理系統，涵蓋了施工人員管理、施工進度管理、分包合同管理等方面，使工程管理工作得到了進一步的細化。未來建筑機器人將成重要的建造輔助工具，代替人工完成高層作業等高風險作業任務。

2、大數據技術。從建造之初的規劃、設計到后期的運營等過程中，會產生大量的造價、材料、建筑、工藝等方面的數據，各類數據集合使得建筑行業本身成為一個龐大的數據載體，大數據技術的核心價值即在于挖掘數據潛在價值，為建筑決策提供真實可靠的數據依據。比如在規劃階段，大數據可以根據建筑周邊人口密度、人口分布、人口流向等方面，合理劃分出商業、住宅等功能區域，作為建筑選址的有力依據;在運維階段，借助大數據分析則可實現預測、預警、規劃和引導，使建筑設備保持安全使用，建筑環境舒適度得到調整。

3、BIM技術。BIM是以三維數字技術為基礎，集成工程設計、建造、運維等項目全過程各種相關信息的工程數據模型。BIM技術是建筑業從二維向三維、從圖形向數據轉換的一次重大技術革命。相比傳統的設計和施工建造流程，信息化模型能有效控制建設周期、減少錯誤發生。而從長遠利益看，BIM技術應用的好處則遠不止設計和施工階段，還會惠及將來的建筑物運行、維護和設施管理。對工程的各個參與方來說，可減少錯誤、縮短工期、降低建設成本。目前BIM技術主要在施工階段應用較多，主要內容有：三維模型渲染，VR宣傳展示;模擬施工方案;錯漏碰缺檢查，減少返工率等。未來BIM將在設計和運維階段中發揮出新的作用，比如BIM與GIS技術、BIM與VR技術的集成應用，將為建筑設計帶來更豐富的維度信息。

三、工程建設管理中智能建造技術創新應用

隨著科技的快速發展，人工智能、物聯網及大數據等先進技術應運而生，其憑借更為廣泛的應用環境而被各領域及行業所吸引。在這種背景下，建筑行業也在先進工程建造技術中引入新一代技術，設計構造智能建造技術并應用于工程建設管理之中，以推動工程建設各階段工作更為高效地開展。

1、勘察設計階段創新應用。工程建設開展前，建設方首先需要聘請專業勘察機構組織開展工程地質勘察，然后根據勘察結果進行相應工程設計。在開展勘察工作時，相應人員需要進行工程地質測繪、勘探、物探、資料內業整編、圖表和勘察報告繪制等工作;在開展設計工作時，工作人員需進行方案設計、初步設計和施工圖設計。隨著智能技術的不斷涌現，勘察設計人員能夠在開展具體工作時將最新智能技術應用于地質勘察、數據收集分析及設計優化之中，增強勘察設計準確性及全面性。一是深層地質探測。借助雷達等先進探測技術，可以對地質構造和地形條件復雜地區的施工地質狀況進行深層探測，對礦物、水文、地質、地形等環境信息自動掃描識別和存儲。二是遙感大數據智能解譯?；诳睖y大數據和遙感觀測數據，對施工區域海量的多維度勘察信息進行智能分析，實現有用設計參考數據的快速提取和勘察數據的自動分類等。三是BIM優化設計。利用BIM與GIS集成技術，使BIM模型兼具地理空間數據，經過輕量化融合處理，為線路、橋梁等空間關系復雜的工程設計方案，提供更好的場景化體驗和數字化分析工具。

2、施工建造階段創新應用。施工圖設計完成并通過審核后，業主方需聘請專業團隊開展具體施工作業。在此階段，施工團隊需合理規劃場地布局，準確設計各分項工程建設規劃，組織協調物資調控，并對整體工程建設進行全面管控。隨著智能技術不斷涌現，施工方可充分利用其進行場地布局優化，加強建設物資管控，并對建設過程進行全流程管控。一是基于BIM的場地布局優化。利用BIM模型進行現場施工場地平面布置方案的有效模擬驗證，通過模擬過程分析方案的可實施性，預先發現方案中的問題，在方案實施之前將一切不合理的隱患問題排除，合理安排加工場地、生活區、各種臨時設施等功能區的位置，模擬選擇出最優布置方案，確保施工的順利進行。二是基于物聯網技術強化材料管理。物聯網的RFID技術能夠快速、實時、準確采集與處理建筑材料信息，將電子標簽或RFID芯片在生產階段植入構件或原材料，采用RFID電子標簽的閱讀器在材料運輸、進場、出入庫時對其信息快速讀取，并通過物聯網進行跟蹤和監控，使原料管理更為便捷、準確。三是基于人工智能的作業管理。將人工智能感知系統、可視化監控系統及BIM技術相結合，對施工現場安全隱患和險情進行實時監控，完成智能安全監管及處置;對重點部位自動三維建模，判斷工程進度情況，提升工程項目的進度管理，實現工程進度的智能化監控。

3、運營維護階段創新應用。工程項目建設完成并交付使用后，業主方需要組織開展設備的維護保養，所屬區域內衛生、安全的保持，基礎設施的維修管理等工作。在智能技術加持下，業主方能夠充分利用技術遠程監督基礎設施及各類設備運轉狀況，全面監督區域內人員流動情況，從而及時發現存在風險并作出預警?；诖髷祿c云計算的智能管理平臺是該階段智能建造技術的主要應用成果。基于物聯網感知、視頻多媒體、BIM、GIS等各類信息，智能檢索與實時分析運維階段海量數據信息，深度挖掘數據參考價值，為運維過程優化和決策提供信息輔助?；谠朴嬎慵夹g，對環境、安全、設備、人員等多維多級建筑運維信息進行云端存儲、快速計算、優化處理等操作，為運營單位提供監測、預警等全方位決策分析支持，提高運維和管理效率。

四、智能建造技術發展展望

建筑業是我國國民經濟的支柱產業和重要引擎，我國建筑業也迫切需要制定工業化與信息化相融合的智能建造發展戰略，深入推進人工智能技術與工程建造技術的深度融合，強化智能建造的基礎共性技術、關鍵核心技術和卡脖子技術的研發。目前智能建造中長期發展戰略缺失，智能建造技術體系尚不完整，技術路線圖還不清晰，關鍵和共性技術研究成果及已開發的智能化建造產品尚不能滿足向市場廣泛推行應用的條件。需要對智能建造做出科學布局，制定和出臺中長期發展實施規劃，全面布局智能建造的技術規范和標準，加強應用基礎研究，為智能建造提供理論技術支撐，做好政策引領、科技支撐、關鍵技術、工程應用四個層面的頂層設計，構建開放協同的智能建造創新體系和應用環境。

在建造信息技術方面，充分發揮BIM 技術核心作用，以三維數字技術為基礎，建立工程項目規劃、勘察、設計、建造、運維、廢棄的全生命周期協同與互用的信息模型和建造平臺;拓展BIM 的外延應用，將BIM 技術與三維掃描、構件部件的工廠化生產、增材制造、虛擬現實（VR/AR）、大數據、云平臺、物聯網、人工智能、GIS、智慧城市的深度整合，構建工程建造的數字孿生世界;強化BIM 數據底層數據研究，研發國產自主可控的BIM 技術與軟件，避免國外封鎖引起的卡脖子現象;高度重視建造信息安全，推動區塊鏈等新技術的集成與創新應用，構筑建造信息安全的防火墻。在建造智能理論跨學科、應用基礎研究方面，應加快工程活動認知規律的理論、方法和技術的研究，推動基于工程建造場景的案例推理、分布式人工智能、多源數據挖掘的技術攻關，研究工程建造的智能規劃、智能設計、智能生產、智能施工和智能決策的關鍵技術。

在新材料、新結構、新裝備等方面，研發高性能、輕質和高耐久的混凝土;研發高強、高塑性和高韌性的建造鋼材;研發具有自我診斷、破壞預告、自我調節、自我修復以及可重復利用的智能建造材料;基于工程建造需求，面向傳感、驅動、修復和控制四大功能，研發光導材料、壓電材料、電（磁）流變液、形狀記憶材料、磁致伸縮材料、智能高分子材料;研發網絡化、智能化的攝像頭、RFID、激光掃描儀、紅外感應器、無人機等建造感知設備;大力發展具備人機協調、自然交互、混凝土3D 打印機等建筑機器人技術;進一步提升混凝土泵送機、自動升降機、自動盾構機等的自動化與機械化水平。在施工現場方面，研發構件部件工廠批量生產、現場拼裝的施工技術和施工方法;推進工藝流程數字化和建筑機器人應用;研發各種面向人機協同的建造場景的施工方法、施工技術建設智慧工地，實現建造工地的智能管控，積極開展智能建造技術研發和實踐。

五、結語

智能建造技術的各項人才短缺問題已經極為嚴重，智能建造包含的各項技術的高端人才極為匱乏，嚴重影響了我國智能建造技術的應用及發展。建筑行業已經開始了新的技術革命。在信息時代的發展過程中，一個結合信息技術的建筑行業正在形成，越來越先進的信息技術為建筑行業創造更加高速發展的平臺，這些最新的智能建造技術將設計、施工、管理等各方數據整合起來，形成一種新型建筑方式，為建筑施工過程和運維過程的信息化、智能化的轉型，提供了強有力的技術支持，有利于更好、更加全面地發展智能建造技術。

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