隨著科技創(chuàng)新的快速發(fā)展，智能建造技術已滲透到建筑業(yè)的各個層面，引領著一場前所未有的產業(yè)變革。而建筑業(yè)的科技創(chuàng)新不僅提高了建筑的效率和質量，而且推動了建筑設計、規(guī)劃和管理方式的全新變革。這種變革不僅體現(xiàn)在科技層面的創(chuàng)新，更深刻地影響著建筑業(yè)的商業(yè)模式、價值鏈、人才培養(yǎng)機制和跨界合作與創(chuàng)新。
《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提到：2035年遠景目標之一是“躋身于智能建造世界領先者”，發(fā)展目標為顯著增強“新型建筑工業(yè)化、數(shù)字化和智能建造水平”。依賴于前沿性的現(xiàn)代信息技術發(fā)展，輔助以數(shù)字建造核心技術，實現(xiàn)智能建造全周期的高度協(xié)同和融合，助力工程建造工業(yè)化、服務化和平臺化變革。通過向全社會提供“人與環(huán)境、自然和諧共生”的綠色建筑產品，構筑數(shù)字化建造生態(tài)框架。以綠色建造、智能建造、工業(yè)化建造和全球化發(fā)展的四大核心科技，從而實現(xiàn)數(shù)字化建造推動建筑產業(yè)鏈的變革，達成大數(shù)據(jù)驅動智能建造過程的工程決策。我國建造高質量發(fā)展目標如圖1所示。
圖1 我國建造高質量發(fā)展目標
近年來，我國建筑工業(yè)化、建筑機器人等科技創(chuàng)新技術發(fā)展迅速，通過智能建造技術在于利用先進的數(shù)字化技術和智能化系統(tǒng)，實現(xiàn)建筑全生命周期的信息化管理和控制。這一變革要求行業(yè)構建一個開放、協(xié)同、高效的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，從而促進產業(yè)鏈升級。
因此，如何以智能建造領域建筑業(yè)科技創(chuàng)新的影響作為發(fā)力點，對于推動建筑業(yè)升級和高質量發(fā)展具有較強的作用機理。
1 建筑企業(yè)轉型升級
1.1 行業(yè)發(fā)展趨勢與分析
隨著我國建筑業(yè)市場需求增長的放緩，行業(yè)正在經歷由快速增長向成熟發(fā)展階段的轉變，標志著市場進入了以存量優(yōu)化升級和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展為特征的時代。我國建筑業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下六大趨勢。
1.1.1 主體市場增速放緩
從行業(yè)視角來看，建筑業(yè)在城市升級需求的推動下，仍展現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭。我國作為世界建筑市場增長的核心動力，仍將是世界建筑市場增長的主要驅動者。這一階段的增長點主要集中在新興業(yè)務領域和重大基礎設施項目中。同時，在金融監(jiān)管加強、穩(wěn)杠桿、減負債和化債等政策環(huán)境下，行業(yè)總體增速預計將有所趨緩。隨著建筑工業(yè)化的快速推進，裝配式建筑比例的持續(xù)攀升，建筑智能化技術，如BIM、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能裝備以及產業(yè)互聯(lián)等新技術，正在顛覆傳統(tǒng)建筑產業(yè)的面貌。
此外，建筑綠色歷來深入人心，“碳中和”目標成為行業(yè)發(fā)展的新趨勢。這些變化對建筑企業(yè)在經營理念、建造方式、組織架構、管理模式以及產品形態(tài)等方面都提出了新的影響和潛力。
1.1.2 新型城鎮(zhèn)化進程的機會涌現(xiàn)
國家城市化進程的深度推進必將帶來極大的建設機遇。2019年末，我國城鎮(zhèn)化率60.6 %，預計到2030年城鎮(zhèn)化率將達到70 %，城鎮(zhèn)人口將增加近1.5億人。新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進預示著建筑業(yè)將步入成熟階段。因此，交通運輸密集、需求強勁的地區(qū)及沿海沿江經濟較發(fā)達區(qū)域的基礎設施展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展空間，如長三角地區(qū)、京津冀協(xié)同發(fā)展區(qū)、粵港澳大灣區(qū)等區(qū)域均表現(xiàn)出顯著的增長潛力。此外，人口大量流入、市場租金高的一線及強二線城市的城區(qū)建設也蘊含著巨大的商業(yè)發(fā)展機會。
1.1.3 國家新舊動能轉換的建設機遇
隨著國家新舊動能轉換煥發(fā)出的新一輪建設浪潮，在培育新動能、改造舊動能的過程中，各個產業(yè)發(fā)展的驅動力將發(fā)生根本性的改變。一方面，人工智能、量子技術、生物技術等新一輪科技創(chuàng)新和產業(yè)變革正在匯聚能量，催生出了新產業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式；另一方面，電力、鋼鐵、煤炭等傳統(tǒng)產業(yè)也正在運用新技術化解和淘汰落后產能，實現(xiàn)產業(yè)的改造與升級。
1.1.4 數(shù)字經濟對智能建造的引領
從行業(yè)趨勢看，建筑業(yè)作為國民經濟的重要支柱，產業(yè)的地位依然穩(wěn)定，在新發(fā)展格局中大有可為。中央經濟工作會議強調：“要高度關注民生基礎設施補短板，助推新型城鎮(zhèn)化和區(qū)域協(xié)調的全方位發(fā)展”“要振興數(shù)字經濟，提高新型基礎設施投資力度”“要實施城市更新行動，推進城中村治理和城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造”。與此同時，建筑行業(yè)已向智能建造與新型建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展、綠色發(fā)展全面轉型升級，對建筑企業(yè)的技術革新、管理創(chuàng)新等提出了更高的要求。
1.1.5 產業(yè)鏈一體化機遇
產業(yè)鏈上下游市場仍存在機會。建筑行業(yè)的產業(yè)鏈包括制造、EPC、地產、運營等多個環(huán)節(jié)。制造業(yè)務拓展的潛力在于建筑工業(yè)化和智能建造裝備。EPC拓展的潛力在于EPC 模式優(yōu)化升級、勘察設計咨詢專業(yè)服務、集中采購等。地產業(yè)務拓展的潛力在于新型城鎮(zhèn)化帶來的城鎮(zhèn)開發(fā)、城市更新等。運營業(yè)務拓展的潛力在于基礎設施運營、城市運營、物業(yè)運營、產業(yè)運營等。此外，產業(yè)鏈一體化拓展?jié)摿Υ螅w現(xiàn)在投資開發(fā)建設運營一體化、行業(yè)平臺集成化、智慧城市的數(shù)字化方面。
1.1.6 國際環(huán)境的挑戰(zhàn)與風險
從國際形勢來看，機遇與風險并存。隨著國家持續(xù)推動高質量共建“一帶一路”，沿線建筑市場需求較大。但由于國際環(huán)境嚴峻復雜，海外市場的拓展仍存在一定的風險和不確定性。
1.2 行業(yè)轉型升級與發(fā)展
1.2.1 建筑業(yè)轉型升級需求
如今建筑業(yè)已經掀起一股產業(yè)數(shù)字化浪潮，將對傳統(tǒng)建筑業(yè)帶來顛覆性的革命，也蘊含了較大的價值重塑機遇，跨界融合將引領行業(yè)步入“新時代”。
建筑企業(yè)為了在激烈的市場競爭中脫穎而出，首要核心是提高競爭力，科技、效率、人才和品牌成為關鍵的發(fā)展要素。特別在強化科技創(chuàng)新方面，企業(yè)需要聚焦科技創(chuàng)新自主能力，堅持以原創(chuàng)性技術策源地的研發(fā)為目標，以“產學研用”為路徑，開展基礎研究和應用基礎研究的能力。在“卡脖子”的核心技術攻關、提高科技研發(fā)投入產出效率、增強科技創(chuàng)新體系效能上不斷實現(xiàn)新突破，按照層次遞進的原則真正走通從科技強到企業(yè)強、產業(yè)強、經濟強的升級通道，將科技創(chuàng)新成果發(fā)展為新質生產力。
1.2.2 建筑產品發(fā)展方向
建筑產品將聚焦于綠色化、數(shù)字化和智能化。在“雙碳”背景下，綠色建筑成為必然趨勢，建筑企業(yè)勢必在建造方式、建造技術、新材料使用等諸多方面加快變革進程。數(shù)字化升級也將給建筑企業(yè)組織架構、管理模式帶來全新變革，促進企業(yè)決策科學化、組織結構扁平化和業(yè)務流程透明化。這意味著建筑企業(yè)要更加注重數(shù)據(jù)的收集和分析。
智能化以數(shù)字技術為基礎，借助人工智能、機器學習等技術，對建筑企業(yè)帶來的影響主要是產品服務模式的迭代升級和產品的附加值，涉及智慧城市、智能交通、智慧工地等領域，將持續(xù)推進建筑企業(yè)向綜合服務商升級。
1.2.3 科技創(chuàng)新重塑市場
新興技術正對建筑產業(yè)鏈上的關鍵環(huán)節(jié)帶來了巨大影響和沖擊，設計、施工、材料供應、運用維護等關鍵環(huán)節(jié)正經歷深刻變革。設計階段的關鍵技術提高了設計效率和精度；施工階段機器人、3D打印、無人機監(jiān)測等智能化工具的應用，有效提升了施工質量和安全性；運維階段大數(shù)據(jù)分析和智能監(jiān)測系統(tǒng)的引入，則提高了建筑設施的能效和運維效率。科技創(chuàng)新案例見表1。
表1 科技創(chuàng)新案例
2 建筑科技創(chuàng)新助力企業(yè)目標實現(xiàn)
2023年國有資產監(jiān)督管理委員會提出：堅持“一個目標”，用好“兩個途徑”，圍繞“一利五率”的目標管理體系，強化科技創(chuàng)新，以極速強化基礎研究和應用基礎研究的能力為根基，攻克前瞻性核心技術并進行孵化。通過謀劃實施多輪次的國企改革深化提升行動，帶領建筑企業(yè)圍繞提高核心競爭力和增強核心功能的重要目標，進一步優(yōu)化生產效率、加大科技創(chuàng)新、提高風險防范能力。科技創(chuàng)新的重點將圍繞智能建造裝備發(fā)展、新型工業(yè)化建造以及智能建造整體解決方案等前沿原創(chuàng)技術研發(fā)、關鍵核心技術攻堅、產業(yè)創(chuàng)新技術應用的研究，并通過科技成果的轉化與應用，實現(xiàn)科技創(chuàng)新對市場、現(xiàn)場的引領作用，實施科技興企和增強品牌影響力。
2.1 智能建造裝備的應用與發(fā)展
智能建造裝備領域將打造以關鍵建造技術裝備、主材生產裝備、自動化輔助裝備為核心的智能裝備業(yè)務。圍繞“雙碳”目標，推進綠色低碳技術和產品研究。圍繞新型城鎮(zhèn)、新基建、城市更新等領域開展核心技術研究與應用。圍繞關鍵建造裝備與材料開展研究，通過建造裝備智能化，推進建造方式向高端演變，打造行業(yè)差異化競爭新優(yōu)勢。
智能建造裝備的發(fā)展通常集中在施工安全裝備、監(jiān)測測量裝備、施工生產裝備、部品部件加工裝備和輔助施工裝備等領域。在施工安全領域，通過AI技術實現(xiàn)實時監(jiān)測工人的安裝狀態(tài)，及時預警潛在的危險。監(jiān)視測量領域將實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)采集和分析，為施工提供更準確的決策支持。施工生產裝備將更加智能化、自主化，能夠自主完成復雜任務，提高施工效率和質量。部品部件加工裝備將注重智能化和定制化，能夠根據(jù)需求進行快速、準確加工生產。輔助施工裝備也會持續(xù)關注人性化和環(huán)保性，例如通過智能感應技術實現(xiàn)節(jié)能降耗，通過可穿戴設備對工人健康狀態(tài)進行實時監(jiān)測。
鋼筋自動化生產線在房建領域的應用案例見表2。
表2 某房建項目案例
由表2可知，通過對鋼筋半成品的自動化、高效加工，可以減少現(xiàn)場工人數(shù)量，確保加工精度和生產效率，促進生產鋼筋在現(xiàn)場的使用。
2.2 新型工業(yè)化建造應用與發(fā)展
新型工業(yè)化建造主要是指建造工業(yè)化與智能化的深度融合，重點應用為新型建筑工業(yè)化、建筑科技、全產業(yè)鏈、綠色建造和PC/PS/部品構件等。
依托裝配式建筑，打造混凝土構件PC、鋼結構構件PS等設計、制造、安裝一體化的建筑工業(yè)化全產業(yè)鏈融合一體化業(yè)務，顯著提高建筑質量和產業(yè)協(xié)同發(fā)展。依托建筑機械智能化升級，積極布局建造裝備、材料生產裝備和智能化輔助裝備等建筑裝備制造業(yè)務，通過引入自動化生產線，可以實現(xiàn)建筑裝備的遠程監(jiān)控、智能調度和故障預警等功能，培育制造品牌。
通過新型建造工業(yè)化提升建筑精度，重塑建筑過程管控，提供可持續(xù)、質量穩(wěn)定的產品。通過綠色建筑工業(yè)化和產業(yè)升級，降低建筑碳排放，降低建造、運營全過程能源消耗，助力建筑行業(yè)的升級和可持續(xù)發(fā)展。
2.3 智能建造整體解決方案升級
以科技創(chuàng)新引領智能建造產品升級迭代。圍繞先進的制造設備和智能設備打通智能制造和智慧施工全流程，逐步形成項目全生命周期的建造體系。例如：以智能建造裝備工業(yè)互聯(lián)網、新型建筑工業(yè)化、鋼結構全生命周期智慧管理、屋面智慧建造、裝飾裝修智慧建造、機電智慧建造、裝配式機電為主的智能建造整體解決方案。
智能建造裝備工業(yè)互聯(lián)網可實現(xiàn)智能建造裝備的遠程監(jiān)控、故障診斷、預測性維護等功能。新型建筑工業(yè)化集聚了設計、生產和施工等全產業(yè)鏈，實現(xiàn)了建筑產品全生命周期價值最大化。
鋼結構全生命周期智慧管理不僅可以實時監(jiān)測鋼結構的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患，還可以對鋼結構的使用壽命進行預測和維護。
屋面智慧建造利用先進的制造技術和智能裝備，實現(xiàn)屋面的自動化生產和精準施工，實時監(jiān)測屋面的溫度和濕度等環(huán)境參數(shù)。裝飾裝修智慧建造主要利用數(shù)字化技術和智能設備，實現(xiàn)裝飾裝修的精準設計和高效施工，利用機器人和自動化設備實現(xiàn)自動生產和精準安裝。
機電智慧制造利用物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)和人工智能技術，實現(xiàn)機電設備的智能化管理。
裝配式機電通過預制化的機電模塊和標準化的接口設計，降低現(xiàn)場施工的難度和風險，提高機電管線、設備的安裝效率和質量。
某科技建造集團以智能建造解決方案提供商為定位，聚焦建筑機器人、建筑數(shù)字化、新型建筑工業(yè)化等產品的研發(fā)、生產和應用，實踐新型的建筑施工組織方式。通過科技創(chuàng)新和模式創(chuàng)新，探索行業(yè)高質量可持續(xù)發(fā)展的新路徑。截至2023年2月，該公司在研建筑機器人近50款，已有33款建筑機器人投入商業(yè)化應用，服務超600個項目。
2.4 智能建造科技成果轉化重點
科技成果轉化的重點要聚焦三大智能建造核心技術，推動生產建造模式根本變革；以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展、創(chuàng)新驅動為主，向安全綠色快速智慧發(fā)力，構建自然和諧的生態(tài)宜居環(huán)境。
通過逐步推行“三大智能建造”技術，保持企業(yè)總成本領先，加速推進項目標準化建設，完善履約考核機制，采取科技創(chuàng)新和突破關鍵施工技術為技術支撐，提高均質化履約水平，將完美履約思想貫穿于項目管理全員、全生命周期中，打造均質化的履約體系，從而實現(xiàn)智的增益。新建造體系如圖2所示。
圖2 新建造體系示意
通過智慧賦能對管理活動、數(shù)據(jù)采集和智能裝備等生產要素的有機連接，以及數(shù)字鏈接的重構建筑業(yè)和工業(yè)之間的通道，提供科技支撐體系。通過軟件到平臺信息系統(tǒng)建設的架構升級、層級化向平臺化的運營模式升級，實現(xiàn)核心競爭力。通過以建筑機器人為代表的數(shù)字化工程機械和以人工智能為代表的數(shù)字化工廠等，以自研產品和技術連接實現(xiàn)全新的建造方式變革。
3 企業(yè)數(shù)字化與智能建造技術融合
3.1 企業(yè)系統(tǒng)性數(shù)字化升級路徑
企業(yè)通過系統(tǒng)性數(shù)字化重塑智能建造全業(yè)務鏈的深度融合，形成產業(yè)互聯(lián)。統(tǒng)籌推進內外部資源優(yōu)化整合和科學配置，推動數(shù)字化與建造全產業(yè)鏈的深度融合，充分發(fā)揮規(guī)模化、平臺化、集約化優(yōu)勢。
加強項目現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測、智慧調度、物資監(jiān)管、數(shù)字交付能力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理、規(guī)范化管控和系統(tǒng)性協(xié)同。系統(tǒng)性數(shù)字化構建如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)性數(shù)字化構建示意
推進企業(yè)運營管理平臺和項目管理平臺的協(xié)同應用一體化，提升用戶體驗，實現(xiàn)實時、精準、多維度、可穿透的項目全生命周期動態(tài)數(shù)據(jù)分析，支撐企業(yè)扁平化精準管控。
將數(shù)字化技術與業(yè)務管理深度融合，實現(xiàn)業(yè)務流程重組、生產組織變革和運營管理優(yōu)化，從而實現(xiàn)企業(yè)高質量的跨越式發(fā)展。
3.2 數(shù)字化升級實現(xiàn)企業(yè)管理提效
“低成本建造、高品質履約”一直是企業(yè)追求的融合發(fā)展路徑。將經驗管理向數(shù)據(jù)管理轉變，構建建筑產業(yè)需求數(shù)據(jù)庫，提取工程項目施工效益數(shù)據(jù)、施工算量及成本數(shù)據(jù)庫，為施工建筑進行數(shù)據(jù)建模、進行工效分析。構建行業(yè)全要素大數(shù)據(jù)庫，對上下游企業(yè)進行評估。
基于工人數(shù)據(jù)信息打造工人用戶畫像，分類搭建“收入指標庫”和“成本數(shù)據(jù)庫”等，以需求為驅動、以解決業(yè)務問題為優(yōu)先的基于全樣本數(shù)據(jù)的科學決策體系。
基于管理自動化和決策自動化，聚焦計劃管控體系，實現(xiàn)計劃智能分解、任務自動分發(fā)、數(shù)據(jù)自動分析等智能化場景。通過用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新，向自動化決策逐漸演進，提高企業(yè)治理成效。研究“人、機、料”生產三元素組織技術和時間空間綜合利用技術，構建智能化科學管理體系，形成項目管理智能總承包管理能力和建造能力。
4 結束語
建筑業(yè)作為實體經濟的核心組成部分，其跨越式的高質量發(fā)展對于構建和重塑現(xiàn)代化經濟體系具有舉足輕重的作用。
為了達成該目標，必須充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、5G等移動互聯(lián)網、人工智能等先進的數(shù)字化賦能技術和新技術下的數(shù)字生態(tài)，深度融合智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展，積極構建適應業(yè)務特點和發(fā)展需求的一體化數(shù)字賦能平臺，形成數(shù)字驅動的產業(yè)鏈和價值鏈，從而提升整個行業(yè)的施工效率和競爭力。
以智能建造技術為推進器，企業(yè)數(shù)字化升級已成為不可逆轉的趨勢。建筑企業(yè)要以“云網端”為藍圖，即可實現(xiàn)建造產品的智慧化、建筑產業(yè)的互聯(lián)網化以及數(shù)字業(yè)務的全面化，為建筑業(yè)價值鏈和全聯(lián)結的數(shù)字驅動管理和效益注入新引擎。打造面向端和面向產業(yè)開放的能力中樞，建設建造產業(yè)互聯(lián)網，將助力建筑行業(yè)建設千人千面、多端合一的服務端，為管理層、員工、產業(yè)參與者等多樣化用戶的各類服務場景提供統(tǒng)一服務，滿足不同用戶在不同場景下的需求。
科技創(chuàng)新和賦能是建筑業(yè)由大規(guī)模向高質量智能建造升級的關鍵路徑。形成涵蓋科研、設計、生產加工、施工裝配、運營維護等全產業(yè)鏈融合一體的智能建造產業(yè)體系，走出一條內涵集約式高質量發(fā)展的新路已成為趨勢。
總體來說，建筑業(yè)的高質量發(fā)展需要依靠數(shù)字化賦能的技術和新技術下的數(shù)字生態(tài)。通過深度融合智能建造與科技創(chuàng)新，構建一體化建筑業(yè)數(shù)字平臺，實現(xiàn)產業(yè)鏈和價值鏈的數(shù)字化驅動，是助推行業(yè)向更高質量、更高效率方向發(fā)展的必然趨勢。
