智能建造与建筑工业化协同发展的技术创新思考

　　清华大学土木工程系教授 马智亮

　　工程建设行业是国民经济的支柱产业，为国民经济的发展作出了重要贡献。但是，一方面我国正在进行着前所未有的工程建设，旺盛的需求势头仍然在持续；另一方面行业面临环境污染、用工荒、行业科技含量低等方面的问题。今年7月，住房和城乡建设部等13部委联合发布了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，为我国工程建设行业的工业化发展指明了方向，对于行业转型升级以及实现可持续发展至关重要。

　　智能建造与建筑工业化协同发展，需求是导向、科技是保障、人才是关键。智能建造与建筑工业化协同发展必须结合工程建设的实际需求，不搞花架子，不为炫耀先进技术，但是需要以先进的科学技术作为支撑。那么，针对智能建造与建筑工业化协同发展，最需要的科学技术是什么？应该如何进行科技创新才能使科学技术真正地起到保障作用？笔者在这里分享几点不成熟的看法。

　　智能建造与建筑工业化协同发展，需要多层次、多方面具有工业强度的智能化系统

　　笔者认为，智能建造是充分利用智能技术及其相关技术，建立并应用建造过程智能化系统，提高建造过程智能化水平，减少对人的依赖，实现安全建造，并实现性能价格比更好、质量更优的绿色建筑的过程。建造包括设计、施工、运维等各阶段；智能化系统既包含技术方面的智能化系统，也包含管理方面的智能化系统。

　　所以，这个定义中包含了两个层面的含义：一是没有系统是不行的，即智能建造离不开智能化系统，因为没有系统就没有改变；二是智能化系统有很多，它们需要形成层次。这其中有项目层次、企业层次，也有产业层次。很显然，智能建造与建筑工业化协同发展拥有同样的需求。

　　人们诚然希望拥有一个智能化系统，其中包含各种功能，能够满足企业的所有需求。但在现实中这一点很难实现。实际上，企业往往需要拥有涵盖多方面的多个智能化系统。重要的是，企业需要通过规划，使所拥有的系统形成体系，不仅能够尽可能覆盖企业的业务范围，而且能够有一定的深度，并有助于实现企业的战略目标和当前目标。

　　然而，没有可达到工业强度的系统也不行，即企业拥有的智能化系统应该具有工业强度。这就要求企业不能仅仅拥有一些通过研究获得的原型系统，或在原型系统基础上形成的实验系统，而应该拥有成熟的、具有工业强度的系统。否则，系统将经不起实践的考验，不仅会造成不必要的资源浪费，而且会挫伤应用人员使用系统的积极性。

　　发展智能化系统应该坚持硬件和软件并重、技术和管理并重，以及既有系统和智能化系统融合

　　智能化系统中的硬件需要各种硬件设备来支撑，包括计算机、三维激光扫描仪、测量机器人、无人挖土机、无人机等，以及与这些设备配套使用的软件以及其他软件。硬件是可以看得见、摸得着的，但是没有软件驱动，就不可能充分发挥其作用，甚至无法运行。特别是有的工作，例如设计工作和管理工作，离开软件系统则不可能实现智能化。所以，在推动智能建造和建筑工业化协同发展过程中，同样应该克服“重硬件、轻软件”的倾向。

　　智能化系统中的技术系统主要是指开展技术工作所应用的智能化系统，例如，各种设计智能化系统、施工方案智能化展示系统等，其主要起赋能作用。管理系统是指开展管理工作所应用的系统，例如，项目管理系统、企业管理系统等，主要用于提高管理水平的作用。显然，二者都十分重要，不可偏废。

　　随着对信息化工作的重视，目前相当多企业已经建立了各种信息化系统。有的企业通过对信息化系统进行升级，实现了数字化转型。智能化系统的开发应用并不意味着抛弃既有的系统，而应该与既有的系统实现有机融合。一方面，可能需要导入一些智能化系统，取代部分既有系统，实现系统的性能提升；另一方面，导入的智能化系统形成一个新的存在，可与既有系统融合，共同发挥作用。例如，如果在设计院导入设计BIM模型合规性检查智能化系统，它的作用只是取代或辅助设计人员对设计BIM模型进行检查，原先在设计中使用的BIM建模系统仍然有存在的必要。再如，如果在施工项目中导入一个使用机器人系统，用于现浇楼面混凝土的抹平，它仍然需要利用项目管理系统开展安排计划、检查质量等工作。

　　在系统研发过程中既应该充分借鉴和利用已有的研究成果，也应该重视新技术的研发

　　近年来，我国工程建设领域的发展成就举世瞩目，我们充分利用高新技术，建设了一个又一个的世界级工程。但仅就信息技术利用而言，我们只是应用了从国外引进的技术，而很少结合这些工程项目开发创新性的应用技术或应用系统。即使是国内行业的一些骨干软件公司的产品，也主要依靠模仿国外产品、支持本地的规范和习惯，才在市场中占有一席之地，这与我国推动智能建造与建筑工业化协同发展的需求是很不相称的。

　　推动智能建造与建筑工业化的协同发展，一方面意味着我国在建筑领域追赶发达国家的建筑工业化进程。另一方面，与发达国家一样，我国亟待站到建筑科技发展的最前沿，成为新型建筑工业化的“弄潮儿”。姑且不论现时某大国通过“卡脖子”的方式扼杀我国科技发展的形势，若不加强智能化系统的研发，就不能站到时代的最前沿。

　　研发智能化系统需要以智能化基础技术的研发为支撑。目前，一些企业往往采取做工程的方式开发企业信息系统，即通过招投标确定合作的软件企业，请合作的软件企业在很短的时间内完成系统开发。但是，由于前期工作不够细致，往往是只规定待开发系统的功能，不规定系统的性能，其结果是开发的系统成为信息填报、存储和查询系统，在实际工作中只能发挥有限的作用。为此，笔者建议在开发企业信息系统时，一定不仅要摸清所开发信息系统的发展现状，还要对该系统的基础技术情况摸底，尽可能充分地利用相关基础技术，使系统的研发有一个较高的起点。例如，开发建筑自动化和机器人系统时，首先要调研已经有哪些相关的公开研究成果。值得注意的是，建筑自动化和机器人系统目前虽然应用还不多，但其研究已经有40多年的历史，其间有大约5000篇各类研究论文公开发表。如果不把已有的研究成果搞清楚，就有可能只是在做低水平的重复工作。而如果能充分利用已有的研究成果，就有可能做到取得突破性进步。

　　另一方面，技术在不断地向前发展，基础性信息技术的发展也会影响应用技术和应用系统。以建筑自动化和机器人技术为例，随着当前云计算、大数据、物联网、移动通讯和人工智能等新兴信息技术和新材料的发展，研发新型建筑自动化和机器人产品也具备了更好的基础条件，从而可能研发出更加实用的智能化产品。例如，性能更好、重量更轻的电池技术，以及更加快捷的移动通讯技术，可以使机器人具有更好的便携性，同时也可以使机器人的主要计算通过移动网络在服务器端进行，从而可以降低对机器人自带电脑的要求。另外，随着工业机器人的应用，机器人将变身为企业的员工，它们之间的工作协同同样至关重要。例如，为了做好施工场地测量，可以让地面的移动测量机器人和空中的无人机配合完成。如何让它们高效地协同工作，是行业及企业亟待研究的重要课题。

　　不仅应该加强单项系统的研发，也应该重视系统之间的集成

　　试想，如果一个项目上使用了40种不同的机器人，每一种机器人都需要有人操作，使用前需要人工输入大量的数据作为已知条件，这样的应用场景能够满足实际要求吗？如果在多年前，这也许是可以接受的，但现在显然无法接受，因为技术已经发展了。制造业的智能化步伐比建筑业要快很多，据有关资料，我国是工业机器人应用第一大国，但在建筑业的机器人应用方面还是凤毛麟角。为此，建筑业可以学习制造业这一方面的经验。但是，行业差距阻碍了这一点，因为建筑业不像制造业有固定的生产车间和稳定的工作环境，产品也不是批量生产的。另外，军事上的数据链技术也值得我们借鉴。通过这一技术，参与作战的己方飞机、舰船之间通过数据网络，共享己方信息、战场动态信息以及己方各种资源，更加有效地进行协同作战。

　　建筑业的情形与军事上的情形十分相像。如果我们同时使用多个智能化系统，也应该将它们集成起来，使它们能够共享信息、协同作战。对于信息系统，这样做可以避免信息孤岛；对于智能化系统，可以使多个系统高效地协同工作。一般来讲，信息化可以分为自动化、数字化和智能化三个阶段。实际上，实现数据共享是数字化阶段需要完成的任务。从这个意义上讲，在智能化阶段，往往需要补上数字化阶段的课程。

　　智能化系统的集成需要基于数据库和数据标准。通过数据库，实现信息一次录入、处处使用，避免重复录入；同时，进入数据库的所有数据需要符合一定的数据标准，所有从数据库读写数据的智能化系统需要支持相同的数据标准。如果能够做到这一点，即使在一个项目上使用大量的机器人，每个机器人也可以自动从数据库获得所需的数据，并自主地开展工作，而不需要人的大量介入。同时，每个机器人由于都在一个数据环境中，也可以自组织的方式协同工作。

　　总之，在推动智能建造与建筑工业化协同发展过程中，智能化系统具有不可替代的作用，需要重点关注并采取有效的发展战略和策略。我们期待，相关的软件和硬件厂商能够把握商机、率先行动，为智能建造和建筑工业化协同发展提供急需的智能化系统。同时，希望政府有关部门把握大局、抓住关键，为智能建造与建筑工业化的协同发展创造良好的政策环境，并提供必要的支持。