智能建造概论 课件 第2章 智能建造

第2章

智能建造2.1智能建造的概念2.2智能建造的政策2.3智能建造的发展方向2.4智能建造的评价标准2.1智能建造的概念2.1.1基本概念智能建造并非新概念。早在2018年，教育部批准同济大学设立全国首个智能建造专业，这标志着智能建造首次在官方层面获得认可。2020年7月，住房和城乡建设部联合13个部门发布了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，这表明国家多个部门已经开始重视智能建造的发展。然而，截至目前，智能建造尚未形成统一的官方定义，学术界对其内涵的界定也各不相同。刘占省等人于2021年在《施工技术》杂志上综述了截至当时的10个主要定义，并将“智慧建造”视为“智能建造”，因为最早提出的是“智慧建造”。2012年，王耀武等将“智能建造”定义为：“一种新的管理理念和模式，其手段为BIM、物联网等先进技术，其目的在于满足工程项目的功能性需求和使用者的个性化需求。通过构建智能化的项目建造与运行环境，以技术和管理的创新对工程项目全生命周期的所有过程进行有效改进”。2019年至2021年，建筑行业的三位院士——丁烈云、肖旭文和钱七虎分别在媒体或学术期刊中对“智能建造”给出了如下定义：2.1.1基本概念丁烈云院士指出：智能建造是以数字化、网络化、智能化（简称“三化”）和算据、算法、算力（简称“三算”）为特征的新一代信息技术，它以建设要素数字化为基础，通过规范化建模、网络化交互、可视化认知、高性能计算和智能化决策，实现基于数字链的工程决策、设计、施工、运维等各阶段的集成与协同，其目标是拓展工程建设价值链、改造产业形态和产业结构、交付以人为本、环保可持续的智能化土木工程产品和服务。智能建造是土木工程建造与新一代信息技术相结合的工程建设新模式。肖旭文院士指出：智能建造是面向工程产品全生命周期，在泛在感知条件下实现建造生产水平提升和现场作业赋能的高级阶段，它是工程立项策划、设计、施工技术与管理过程中信息感知、传输、积累与系统化的体现，旨在构建基于互联网的工程项目信息化管控平台。在既定的时空范围内通过功能互补的机器人完成各种工艺操作，实现人工智能与建造要求的深度融合，是一种全新的建造方式。钱七虎院士指出：智能建造首先是全面透彻的感知系统，通过传感器等信息化设备对建设工程进行全面感知；其次是依托物联网、互联网等通信系统，实现感知信息的高速、实时传输；最后是建设智慧平台，技术人员通过该平台对数据进行分析、处理和模拟，从而辅助决策。2.1.1基本概念为了便于行业从业者理解智能建造的概念，2021年出版的《中国建筑业信息化发展报告（2021）：智能建造应用与发展》作出如下定义：“智能建造意味着在建筑工程设计、生产、施工等各阶段，充分利用云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新一代信息技术，以及建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、自动化和机器人等新兴应用技术，通过应用智能化系统，提高建造过程的智能化水平。”同时报告还对定义进行了进一步解释：“其中智能的含义在于计算机系统（包括软件系统，如信息系统；硬件系统，如机器人）具备人类特有的能力，经过研发可应用于原本只能由人类完成的工作，从而实现完全替代人或减少对人工的需求。”“智能化系统既可以是软件系统也可以是硬件系统。例如，在建造过程中的管理决策，相应的系统就是以软件形式存在的智能化系统。又如，在施工过程中使用的建筑机器人，如外墙喷涂机器人，即为以硬件形式存在的智能化系统（这类硬件中也包含了软件）。再如，在超高层建筑施工中所使用的集成化施工平台（属于智能装备），也是以硬件形式存在的智能化系统的例子。”2.1.2基本内涵智能建造是一个复杂的多目标、多属性的综合性智慧化体系，其总体功能架构涵盖建造能力与建造过程两大体系。建造能力包括施工组织、施工技术、建造资源与约束条件，这些因素是构成智能建造系统的基础。建造过程是一个建立在精益建造理论基础上，基于“信息—物理”融合的智能系统，通过物理施工进程与信息计算进程的循环反馈机制实现两者的深度集成与实时交互，形成“状态监控—实时分析—优化决策—精准控制”的闭环体系。进而解决项目建造过程中的复杂性与不确定性问题，提高建造资源的配置效率，实现建造过程的动态优化机制。丁烈云院士指出，智能建造是以现代通用信息技术为基础，建造领域的数字化技术为支撑，实现建造过程一体化和协同化，并推动工程建造工业化、服务化和平台化变革。智能建造的基础是现代通用信息技术，包括云计算、大数据、人工智能、物联网，概括来说就是“三化”和“三算”。2.1.2基本内涵“三算”是人工智能的基础。“算法”主要基于深度学习，但必须有“算据”支撑，包括数字化设计的数据、智能感知的数据等；“算力”是指通过计算机，采取“云计算+边缘计算”的构架来进行计算；“算据”，需要存储，因此需要建设数据中心；需要感知和传输，就涉及5G设施。丁烈云强调，数据（工程数据）来自三个方面：一是设计过程产生的数据；二是来自施工过程，即人、机、料、法、环、品（在制品和最终的产品），通过泛在感知，自然能获取丰富的数据；三是来自运维过程，如果运维跟不上，根本谈不上绿色建筑。有了数据，还要有强大的算力。智能技术的核心是人工智能技术，而人工智能由“三算”组成。只有把建筑作为制造业的产品来看待，才能像制造业一样发展。《建筑工程新型建造方式》一书中详细论述了智慧建造技术体系，为智能建造技术的理解提供了重要借鉴。智慧建造技术体系呈金字塔形，自下而上依次为：第一层包含新型材料、通信等通用技术；第二层基于第一层技术，开发出建筑工业机器人、3D打印等智能设施、设备及技术；第三层广泛结合第二层的智能设施和技术方法，构建智能工厂；第四层位于顶端，基于系统层面的产业互联网和数字物理系统。2.1.3智能建造的特点与价值1.智能建造的特点（1）信息化信息化是智能建造的重要特点之一。在智能建造过程中，信息化技术被广泛应用于项目的规划、设计、施工和管理等各个环节。同时，信息化技术还可以实现项目管理的数字化和智能化。智能建造的信息化是指通过信息技术手段，将建造过程中的各种信息进行整合，实现信息共享和交流，从而提高建造效率。（2）数字化数字化是智能建造的另一个重要特点。在智能建造过程中，数字化技术被广泛应用于建筑设计、施工和管理等方面。通过应用数字化设计工具，可以实现建筑设计的快速迭代和优化。智能建造的核心是数字化，数字化是智能建造的基础和关键。数字化的实现需要建立标准化的数字化平台，包括数字化设计平台、数字化施工平台、数字化运营平台等。（3）智能化智能化是智能建造的核心特点。在智能建造过程中，智能化技术被广泛应用于施工设备、建筑材料、施工工艺等方面。同时，智能化技术还可以实现建筑使用过程的智能化管理。智能化是智能建造的最终目标。智能化的实现需剔除人为因素，一切依赖机器通过数字化实现。2.1.3智能建造的特点与价值1.智能建造的特点2.1.3智能建造的特点与价值2.智能建造的价值（1）提高效率智能建造通过自动化、数字化等技术手段，显著提高了施工效率，缩短了工期。智能建造通过大数据合理优化资源配置。（2）提高质量数字化和智能化技术有助于减少人为错误，提高工程质量。智能建造实现了信息技术与建造过程的深度融合，通过建造过程中的安全和质量监管信息系统，借助信息化技术、云计算、物联网等手段，加强了项目各参建方及政府部门对项目的监管。（3）保障安全智能建造通过实时监控和预警系统，能够及时发现并处理安全隐患，保障施工现场的安全。（4）可持续性智能建造注重环境保护和可持续发展，有助于降低能耗、减少废弃物排放，实现绿色建2.1.4智能建造的发展趋势2021年7月，在广泛调研的基础上，住房和城乡建设部办公厅印发了《智能建造与新型建筑工业化协同发展可复制经验做法清单》，文件针对智能建造与建筑工业化协同发展的5项关键工作，即发展数字设计、推广智能生产、推动智能施工、建设建筑产业互联网平台，以及研发应用建筑机器人等智能建造设备，分别给出做法要点。2021年11月，《中国建筑业信息化发展报告（2021）智能建造应用与发展》正式出版。该报告的特点是：对智能建造相关概念，包括智能建筑、智能化系统、智能化水平等进行了系统的梳理。阐述了智能建造的关键技术，包括新一代信息技术、数字化技术、集成技术等共17项。根据问卷调查结果，以及我国建筑行业智能建造的现状，报告中将智能建造划分为6个方面：智能设计、智能生产、智能施工、智能运维、智能装备及建筑产业互联网，并针对每个方面的典型应用展开了阐述。2.2智能建造的政策2020年7月，住房和城乡建设部等13个部门联合发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，拉开了国家层面推动智能建造的序幕。该指导意见明确提出了推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导思想、基本原则、发展目标、重点任务和保障措施。其中，发展目标是：“到2025年，我国智能建造与建筑工业化协同发展的政策体系和产业体系基本建立，建筑工业化、数字化、智能化水平显著提高，建筑产业互联网平台初步建立，产业基础、技术装备、科技创新能力，以及建筑安全质量水平全面提升，劳动生产率明显提高，能源资源消耗及污染排放大幅下降，环境保护效应显著。推动形成一批智能建造龙头企业，引领并带动广大中小企业向智能建造转型升级，打造‘中国建造’升级版。到2035年，我国智能建造与建筑工业化协同发展取得显著进展，企业创新能力大幅提升，产业整体优势明显增强，‘中国建造’核心竞争力世界领先，建筑工业化全面实现，迈入智能建造世界强国行列。”2020年8月，住房和城乡建设部等9部门又发布了《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》。在全部37条意见中，第19条专门针对智能建造，意见中指出：“推进发展智能建造技术。加快新型建筑工业化与高端制造业深度融合，搭建建筑产业互联网平台。推动智能光伏应用示范，促进与建筑相结合的光伏发电系统应用。开展生产装备、施工设备的智能化升级行动，鼓励应用建筑机器人、工业机器人、智能移动终端等智能设备。推广智能家居、智能办公、楼宇自动化系统，提升建筑的便捷性和舒适度。”2022年1月，住房和城乡建设部发布了《“十四五”建筑业发展规划》，其中提出了加快智能建造与新型建筑工业化协同发展的7个方面的任务，包括完善智能建造政策和产业体系、夯实标准化和数字化基础、推广数字化协同设计、大力发展装配式建筑、打造建筑产业互联网平台、加快建筑机器人研发和应用及推广绿色建造方式。2022年8月，为了进一步推动智能建造发展，住房和城乡建设部发布征集遴选智能建造试点城市的通知。在国家主管部门的推动下，各地方已积极开展工作，特别是试点城市已取得显著进展。以北京市为例，北京市住房和城乡建设委员会等12部门联合发布了《北京市推动智能建造与新型建筑工业化协同发展的实施方案》《北京市智能建造试点城市工作方案》等文件，并已启动“北京市推动智能建造发展实施路径研究”课题。2.3智能建造的发展方向智能化系统在智能建造中发挥着不可替代的重要作用，因为没有智能化系统就没有智能建造。建筑企业在实际过程中需要应用大量不同的智能化系统。在本行业发展报告中，主要从软硬件及其细分的角度，将智能化系统分为五类，即智能化应用软件、建筑产业互联网平台、建筑机器人、智能装备，以及BIM图形平台。关于建筑企业的智能化系统建设，目前主要存在两个误区。一个误区是“一网打尽”，即企业希望其涉及的多专业、多环节全面实现智能建造；另一个误区是“一体化”，即企业首先开发平台，然后要求所有系统都集成在一起。然而，从智能技术的成熟度、系统开发的可行性，以及开发的经济代价来看，这些主张都不现实，因此它们是误区。能化系统建设的角度出发，需要解决这样的问题：优先建设哪些智能化系统?如何在这些智能化系统之间建立联系?如何建立这些系统?围绕这几个问题，最重要的是处理好以下三个方面的关系：施工企业所应用的智能化系统，其来源主要包括市场化采购和自主开发两种途径。3.购入和自主研发的关系智能化