智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)新思考

　　清華大學(xué)土木工程系教授 馬智亮

　　工程建設(shè)行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。但是，一方面我國(guó)正在進(jìn)行著前所未有的工程建設(shè)，旺盛的需求勢(shì)頭仍然在持續(xù)；另一方面行業(yè)面臨環(huán)境污染、用工荒、行業(yè)科技含量低等方面的問題。今年7月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等13部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》，為我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)的工業(yè)化發(fā)展指明了方向，對(duì)于行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

　　智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展，需求是導(dǎo)向、科技是保障、人才是關(guān)鍵。智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展必須結(jié)合工程建設(shè)的實(shí)際需求，不搞花架子，不為炫耀先進(jìn)技術(shù)，但是需要以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)作為支撐。那么，針對(duì)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展，最需要的科學(xué)技術(shù)是什么？應(yīng)該如何進(jìn)行科技創(chuàng)新才能使科學(xué)技術(shù)真正地起到保障作用？筆者在這里分享幾點(diǎn)不成熟的看法。

　　智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展，需要多層次、多方面具有工業(yè)強(qiáng)度的智能化系統(tǒng)

　　筆者認(rèn)為，智能建造是充分利用智能技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)，建立并應(yīng)用建造過程智能化系統(tǒng)，提高建造過程智能化水平，減少對(duì)人的依賴，實(shí)現(xiàn)安全建造，并實(shí)現(xiàn)性能價(jià)格比更好、質(zhì)量更優(yōu)的綠色建筑的過程。建造包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各階段；智能化系統(tǒng)既包含技術(shù)方面的智能化系統(tǒng)，也包含管理方面的智能化系統(tǒng)。

　　所以，這個(gè)定義中包含了兩個(gè)層面的含義：一是沒有系統(tǒng)是不行的，即智能建造離不開智能化系統(tǒng)，因?yàn)闆]有系統(tǒng)就沒有改變；二是智能化系統(tǒng)有很多，它們需要形成層次。這其中有項(xiàng)目層次、企業(yè)層次，也有產(chǎn)業(yè)層次。很顯然，智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展擁有同樣的需求。

　　人們誠(chéng)然希望擁有一個(gè)智能化系統(tǒng)，其中包含各種功能，能夠滿足企業(yè)的所有需求。但在現(xiàn)實(shí)中這一點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，企業(yè)往往需要擁有涵蓋多方面的多個(gè)智能化系統(tǒng)。重要的是，企業(yè)需要通過規(guī)劃，使所擁有的系統(tǒng)形成體系，不僅能夠盡可能覆蓋企業(yè)的業(yè)務(wù)范圍，而且能夠有一定的深度，并有助于實(shí)現(xiàn)企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)和當(dāng)前目標(biāo)。

　　然而，沒有可達(dá)到工業(yè)強(qiáng)度的系統(tǒng)也不行，即企業(yè)擁有的智能化系統(tǒng)應(yīng)該具有工業(yè)強(qiáng)度。這就要求企業(yè)不能僅僅擁有一些通過研究獲得的原型系統(tǒng)，或在原型系統(tǒng)基礎(chǔ)上形成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，而應(yīng)該擁有成熟的、具有工業(yè)強(qiáng)度的系統(tǒng)。否則，系統(tǒng)將經(jīng)不起實(shí)踐的考驗(yàn)，不僅會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)，而且會(huì)挫傷應(yīng)用人員使用系統(tǒng)的積極性。

　　發(fā)展智能化系統(tǒng)應(yīng)該堅(jiān)持硬件和軟件并重、技術(shù)和管理并重，以及既有系統(tǒng)和智能化系統(tǒng)融合

　　智能化系統(tǒng)中的硬件需要各種硬件設(shè)備來支撐，包括計(jì)算機(jī)、三維激光掃描儀、測(cè)量機(jī)器人、無人挖土機(jī)、無人機(jī)等，以及與這些設(shè)備配套使用的軟件以及其他軟件。硬件是可以看得見、摸得著的，但是沒有軟件驅(qū)動(dòng)，就不可能充分發(fā)揮其作用，甚至無法運(yùn)行。特別是有的工作，例如設(shè)計(jì)工作和管理工作，離開軟件系統(tǒng)則不可能實(shí)現(xiàn)智能化。所以，在推動(dòng)智能建造和建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展過程中，同樣應(yīng)該克服“重硬件、輕軟件”的傾向。

　　智能化系統(tǒng)中的技術(shù)系統(tǒng)主要是指開展技術(shù)工作所應(yīng)用的智能化系統(tǒng)，例如，各種設(shè)計(jì)智能化系統(tǒng)、施工方案智能化展示系統(tǒng)等，其主要起賦能作用。管理系統(tǒng)是指開展管理工作所應(yīng)用的系統(tǒng)，例如，項(xiàng)目管理系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)等，主要用于提高管理水平的作用。顯然，二者都十分重要，不可偏廢。

　　隨著對(duì)信息化工作的重視，目前相當(dāng)多企業(yè)已經(jīng)建立了各種信息化系統(tǒng)。有的企業(yè)通過對(duì)信息化系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型。智能化系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用并不意味著拋棄既有的系統(tǒng)，而應(yīng)該與既有的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合。一方面，可能需要導(dǎo)入一些智能化系統(tǒng)，取代部分既有系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能提升；另一方面，導(dǎo)入的智能化系統(tǒng)形成一個(gè)新的存在，可與既有系統(tǒng)融合，共同發(fā)揮作用。例如，如果在設(shè)計(jì)院導(dǎo)入設(shè)計(jì)BIM模型合規(guī)性檢查智能化系統(tǒng)，它的作用只是取代或輔助設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)BIM模型進(jìn)行檢查，原先在設(shè)計(jì)中使用的BIM建模系統(tǒng)仍然有存在的必要。再如，如果在施工項(xiàng)目中導(dǎo)入一個(gè)使用機(jī)器人系統(tǒng)，用于現(xiàn)澆樓面混凝土的抹平，它仍然需要利用項(xiàng)目管理系統(tǒng)開展安排計(jì)劃、檢查質(zhì)量等工作。

　　在系統(tǒng)研發(fā)過程中既應(yīng)該充分借鑒和利用已有的研究成果，也應(yīng)該重視新技術(shù)的研發(fā)

　　近年來，我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展成就舉世矚目，我們充分利用高新技術(shù)，建設(shè)了一個(gè)又一個(gè)的世界級(jí)工程。但僅就信息技術(shù)利用而言，我們只是應(yīng)用了從國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)，而很少結(jié)合這些工程項(xiàng)目開發(fā)創(chuàng)新性的應(yīng)用技術(shù)或應(yīng)用系統(tǒng)。即使是國(guó)內(nèi)行業(yè)的一些骨干軟件公司的產(chǎn)品，也主要依靠模仿國(guó)外產(chǎn)品、支持本地的規(guī)范和習(xí)慣，才在市場(chǎng)中占有一席之地，這與我國(guó)推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的需求是很不相稱的。

　　推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化的協(xié)同發(fā)展，一方面意味著我國(guó)在建筑領(lǐng)域追趕發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑工業(yè)化進(jìn)程。另一方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家一樣，我國(guó)亟待站到建筑科技發(fā)展的最前沿，成為新型建筑工業(yè)化的“弄潮兒”。姑且不論現(xiàn)時(shí)某大國(guó)通過“卡脖子”的方式扼殺我國(guó)科技發(fā)展的形勢(shì)，若不加強(qiáng)智能化系統(tǒng)的研發(fā)，就不能站到時(shí)代的最前沿。

　　研發(fā)智能化系統(tǒng)需要以智能化基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)為支撐。目前，一些企業(yè)往往采取做工程的方式開發(fā)企業(yè)信息系統(tǒng)，即通過招投標(biāo)確定合作的軟件企業(yè)，請(qǐng)合作的軟件企業(yè)在很短的時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)開發(fā)。但是，由于前期工作不夠細(xì)致，往往是只規(guī)定待開發(fā)系統(tǒng)的功能，不規(guī)定系統(tǒng)的性能，其結(jié)果是開發(fā)的系統(tǒng)成為信息填報(bào)、存儲(chǔ)和查詢系統(tǒng)，在實(shí)際工作中只能發(fā)揮有限的作用。為此，筆者建議在開發(fā)企業(yè)信息系統(tǒng)時(shí)，一定不僅要摸清所開發(fā)信息系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，還要對(duì)該系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)情況摸底，盡可能充分地利用相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)，使系統(tǒng)的研發(fā)有一個(gè)較高的起點(diǎn)。例如，開發(fā)建筑自動(dòng)化和機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，首先要調(diào)研已經(jīng)有哪些相關(guān)的公開研究成果。值得注意的是，建筑自動(dòng)化和機(jī)器人系統(tǒng)目前雖然應(yīng)用還不多，但其研究已經(jīng)有40多年的歷史，其間有大約5000篇各類研究論文公開發(fā)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復(fù)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進(jìn)步。

　　另一方面，技術(shù)在不斷地向前發(fā)展，基礎(chǔ)性信息技術(shù)的發(fā)展也會(huì)影響應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)。以建筑自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)為例，隨著當(dāng)前云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊和人工智能等新興信息技術(shù)和新材料的發(fā)展，研發(fā)新型建筑自動(dòng)化和機(jī)器人產(chǎn)品也具備了更好的基礎(chǔ)條件，從而可能研發(fā)出更加實(shí)用的智能化產(chǎn)品。例如，性能更好、重量更輕的電池技術(shù)，以及更加快捷的移動(dòng)通訊技術(shù)，可以使機(jī)器人具有更好的便攜性，同時(shí)也可以使機(jī)器人的主要計(jì)算通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器端進(jìn)行，從而可以降低對(duì)機(jī)器人自帶電腦的要求。另外，隨著工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，機(jī)器人將變身為企業(yè)的員工，它們之間的工作協(xié)同同樣至關(guān)重要。例如，為了做好施工場(chǎng)地測(cè)量，可以讓地面的移動(dòng)測(cè)量機(jī)器人和空中的無人機(jī)配合完成。如何讓它們高效地協(xié)同工作，是行業(yè)及企業(yè)亟待研究的重要課題。

　　不僅應(yīng)該加強(qiáng)單項(xiàng)系統(tǒng)的研發(fā)，也應(yīng)該重視系統(tǒng)之間的集成

　　試想，如果一個(gè)項(xiàng)目上使用了40種不同的機(jī)器人，每一種機(jī)器人都需要有人操作，使用前需要人工輸入大量的數(shù)據(jù)作為已知條件，這樣的應(yīng)用場(chǎng)景能夠滿足實(shí)際要求嗎？如果在多年前，這也許是可以接受的，但現(xiàn)在顯然無法接受，因?yàn)榧夹g(shù)已經(jīng)發(fā)展了。制造業(yè)的智能化步伐比建筑業(yè)要快很多，據(jù)有關(guān)資料，我國(guó)是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用第一大國(guó)，但在建筑業(yè)的機(jī)器人應(yīng)用方面還是鳳毛麟角。為此，建筑業(yè)可以學(xué)習(xí)制造業(yè)這一方面的經(jīng)驗(yàn)。但是，行業(yè)差距阻礙了這一點(diǎn)，因?yàn)榻ㄖI(yè)不像制造業(yè)有固定的生產(chǎn)車間和穩(wěn)定的工作環(huán)境，產(chǎn)品也不是批量生產(chǎn)的。另外，軍事上的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)也值得我們借鑒。通過這一技術(shù)，參與作戰(zhàn)的己方飛機(jī)、艦船之間通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，共享己方信息、戰(zhàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息以及己方各種資源，更加有效地進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)。

　　建筑業(yè)的情形與軍事上的情形十分相像。如果我們同時(shí)使用多個(gè)智能化系統(tǒng)，也應(yīng)該將它們集成起來，使它們能夠共享信息、協(xié)同作戰(zhàn)。對(duì)于信息系統(tǒng)，這樣做可以避免信息孤島；對(duì)于智能化系統(tǒng)，可以使多個(gè)系統(tǒng)高效地協(xié)同工作。一般來講，信息化可以分為自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化三個(gè)階段。實(shí)際上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享是數(shù)字化階段需要完成的任務(wù)。從這個(gè)意義上講，在智能化階段，往往需要補(bǔ)上數(shù)字化階段的課程。

　　智能化系統(tǒng)的集成需要基于數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。通過數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息一次錄入、處處使用，避免重復(fù)錄入；同時(shí)，進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)的所有數(shù)據(jù)需要符合一定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，所有從數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫數(shù)據(jù)的智能化系統(tǒng)需要支持相同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。如果能夠做到這一點(diǎn)，即使在一個(gè)項(xiàng)目上使用大量的機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人也可以自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)獲得所需的數(shù)據(jù)，并自主地開展工作，而不需要人的大量介入。同時(shí)，每個(gè)機(jī)器人由于都在一個(gè)數(shù)據(jù)環(huán)境中，也可以自組織的方式協(xié)同工作。

　　總之，在推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展過程中，智能化系統(tǒng)具有不可替代的作用，需要重點(diǎn)關(guān)注并采取有效的發(fā)展戰(zhàn)略和策略。我們期待，相關(guān)的軟件和硬件廠商能夠把握商機(jī)、率先行動(dòng)，為智能建造和建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展提供急需的智能化系統(tǒng)。同時(shí)，希望政府有關(guān)部門把握大局、抓住關(guān)鍵，為智能建造與建筑工業(yè)化的協(xié)同發(fā)展創(chuàng)造良好的政策環(huán)境，并提供必要的支持。