清华高校、广联达等读书人:智慧工地并不短久

清华大学、广联达等专家:智慧工地并不遥远

2017年2月,国务院办公厅印发《关于促进建筑业持续健康发展的意见》,明确提出“推进建筑产业现代化”“推广智能和装配式建筑”“加强技术研发应用”,用科技手段促进建筑产业发展已是大势所趋。对建筑领域信息化落地的最后“一公里”即施工现场来说,通过云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、bim等先进信息技术与建造技术的深度融合,打造“智慧工地”,对改变传统建造方式、促进建筑企业转型升级具有重要意义。

2006年以来,随着我国建筑业企业生产和经营规模的不断扩大,建筑业总产值持续增长,2015年达到180757.47亿元。但建筑业总产值在经过2006年至2011年连续6年超过20%的高速增长后,增速持续下降。2015年增速仅为2.3%,下行趋势明显。

劳务人员是否出勤、工资发放到不到位、有没有未经培训上岗情况?工程算量不准确、清单子目不完整、预算不合理都会加大成本控制难度,资金管控风险如何消除?群塔作业极易引发塔吊大臂碰撞、固定设施松动可能导致塔吊倾覆,险象如何预警防范?……这些施工管理中的难题长期普遍存在,如何破解一直是行业主攻的方向。

施工技术:随着工程信息化管理技术的发展,移动互联网、物联网、大数据等与施工现场管理深度融合,“智慧工地”应运而生。中国建筑工程总公司(以下简称“中国建筑”)是国内建设领域的领军企业,一直把信息化建设作为企业发展的重要支撑。作为“中国建筑”的总工程师,请您谈谈“智慧工地”诞生的背景及其特征。

中国建筑业在整体大环境下已进入产能过剩、市场缩减、竞争加剧、资金紧张、劳动力成本上升的“建筑业新常态”。建筑行业也面临着一些重大的挑战和洗牌。“互联网+”则为建筑业的发展创造了新机遇。

不久前发布的《中国建筑施工行业信息化发展报告智慧工地应用与发展》给出了解决之策:智慧工地让现场人员工作更智能化,让项目管理更精益化,让项目参建各方更协作化,让建筑产业链更扁平化,让行业监管与服务更高效化,让建筑业发展更现代化,将成为建筑施工行业转型升级的关键支撑。在2017中国建设行业年度峰会期间,参编该报告的部分专家学者接受记者采访,畅谈智慧工地的应用与发展,为推广智慧工地应用出谋划策。

毛志兵:1956年达特茅斯会议上“人工智能”被首次提出,经历了两次发展高潮。如今的第三次发展浪潮,基于大数据、云计算、物联网、智能化、移动互联网等技术,以深度神经网络为基础,人工智能其智慧已达到一流专家水平。2015年,国家正式印发《中国制造2025》,其核心是通过智能制造技术进一步优化流程,推动我国从“制造大国”向“制造强国”转变,人工智能已融入到各个领域,这是大势所趋。

正确认识“互联网+”建筑业

变革传统粗放的建造方式

过去的30年,建筑业基本实现了从手工到数字化的转变,为“智慧工地”的提出和发展奠定了坚实基础。“智慧工地”是人工智能在建筑施工领域的具体体现。回顾国家科技部在建筑领域的立项研究,可以清晰地发现“应用信息技术改造传统建筑业”的发展历程:①在“六五”“七五”期间,伴随着有限元技术应用,国家立项研究 “计算技术的开发”“建筑工程设计软件开发”等,推动了计算机辅助计算技术的普及,将设计人员从繁重而复杂的计算任务中解脱出来,现在各类工程的设计计算已经变得“轻松愉快”了;②在“八五”“九五”期间,依托计算机图形技术,国家立项研究“计算机辅助设计工程应用开发”“CAD工程应用技术开发与示范”等,推动了计算机辅助绘图技术的普及,把设计人员从枯燥而繁杂的绘图任务中解脱出来,实现了“甩图板工程”;③在“十五”“十一五”期间,依托数字技术和互联网技术,国家立项研究“城市规划、建设、管理与服务的数字化工程”“建筑业信息化关键技术研究与应用”等,推动了计算机辅助管理技术的普及,把信息技术应用拓展到了管理领域。

如今,互联网正在深刻影响和改变着人们的日常生活和工作,人们利用多种多样的互联网应用提升生活质量,拓展生活方式;企业利用互联网应用转变管理方式,优化工作流程;政府通过互联网应用提升公共服务水平,改善民生,构建和谐社会。

随着信息技术的快速发展,特别是建筑行业与互联网的加速融合,我国建筑施工行业信息化建设不断深入并趋向具体工程项目的应用。施工现场作为工程项目成功交付的重要环节,也是信息化落地的“最后一公里”,迫切需要以先进技术变革传统粗放的建造方式,实现数字化、精细化、智慧化管理。正是在这样的背景下,智慧工地顺应行业发展趋势破土萌芽,花开在望。

随着信息技术的发展,在工程设计、施工与运行维护的各阶段,以及每阶段的各专业、各环节都在应用软件辅助专业工作。我们在享受信息技术“红利”的同时,也面临信息共享和交换不及时、不准确、协同工作难以开展等问题,不仅造成了大量的人力、物力浪费,而且容易产生风险。为解决信息共享等问题,BIM技术在建筑业得到了快速发展与应用。“十二五”“十三五”期间,住建部重点推进BIM技术的普及应用,在2015年6月发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中提出了“到2020年末,建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。以下新立项项目勘察设计、施工、运营维护中,集成应用BIM的项目比率达到90%:以国有资金投资为主的大中型建筑;申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区”的发展目标。目前,全行业正在积极推进BIM技术应用,并取得了良好效果。

互联网应用带来的不仅是新技术,更是新思维、新模式,在经济新常态的背景下,建筑行业也需要深度结合互联网应用,突破传统思维模式,建立起新的产业生态系统。通过互联网应用改变整个行业发展方式,淘汰落后产能,提升产品质量。但不能把互联网应用于传统产业当作一个简单的应用,而是要把“互联网+”对传统行业带来的成效提升到一个高度。对此,中建集团信息化部副总经理、《中国建筑施工行业信息化发展报告(2016):互联网应用与发展》副主编杨富春表示,“通过对行业内各类企业的调研发现,大家对‘互联网+’的认识有所不同,有人认为是‘互联网+建筑业’,也有人认为应该是‘建筑业+互联网’。其实无论是‘互联网+’还是‘+互联网’,我们都应关注传统产业与互联网融合的本质,就是借助于互联网技术来实现传统产业的转型升级,包括转变组织方式、转变生产方式,提高管理水平,提升劳动生产力,提升产品质量等,这需要整个行业有一个清晰的认识。而不是一味地认为‘互联网+’就是互联网企业去颠覆传统建筑企业,传统企业必须要+互联网才不会被淘汰,重要的是认清‘互联网+’的本质。”

智慧工地是什么?报告给出了明确定义:是建立在高度信息化基础上的一种支持对人和物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预控的新型信息化手段。具体来说,就是围绕施工现场人员、机械、物料、工法、环境等关键要素,综合运用BIM、物联网、云计算、大数据、移动互联网等技术以及智能化设备,对生产、商务、技术等管理过程进行改造,提高生产效率、管理效率和决策能力等,实现施工现场的数字化、精细化、智慧化管理。在清华大学土木工程系教授马智亮眼中,智慧工地是信息技术与建造技术在施工现场深度融合的产物,使信息系统不再简单局限于计算、分析,而是具备了感知、学习、推理、思维、决策能力。

信息技术的应用极大地提升了建筑业的技术水平和管理水平,但技术的进步也推高了从业者们的要求和期望,即通过大数据、人工智能、移动互联网、云计算、物联网等新技术的发展提升人类的智慧,这样一来,“智慧建造”“智慧工地”等概念应运而生,其中,“智慧工地”是“智慧建造”的组成部分,是指在施工现场范围内实现“智慧”。

互联网与建筑产业的结合,其实是改变整个行业管理方式、生产方式、交付方式和交付内涵的一种非常重要的手段。“互联网+”建筑业可以利用数字加工技术、大数据、征信体系、移动技术等等各种各样的新技术,为建筑业提供更好的服务。“互联网+”也为建筑业提供了专业应用,并促使项目现场各个环节工作的效率提高,保证项目质量,降低建造成本。

由住房城乡建设部信息中心组织编写的《中国建筑施工行业信息化发展报告》于2013年首度发布,每年根据行业信息化发展的热点确定主题,引领了我国建筑施工行业信息化的创新发展。马智亮作为历年报告的执行主编,参与了报告的调查、编写、统稿等工作,对行业信息化发展有着深入的了解和研究。他告诉记者:“智慧工地是未来行业信息化发展的一个方向,今年主题锁定‘智慧工地应用与发展’,目的是要发挥行业引导作用,让大家了解什么是智慧工地、如何打造智慧工地、智慧工地能带来什么……在行业内广泛推广智慧工地应用,变革落后的施工管理方式,推动行业转型升级。”

到目前为止,“智慧工地”还没有一个准确的定义。依我个人意见,“智慧工地”可以理解为:充分应用BIM、物联网、大数据、人工智能、移动通讯、云计算及虚拟现实等信息技术与机器人等相关设备,通过人机交互、感知、决策、执行和反馈,实现工程项目施工的智能化,是信息技术、人工智能技术与工程施工技术的深度融合与集成。

杨富春具体解释到:“通过互联网应用,可以对行业监管与服务、对建筑施工企业管理和生产都带来变革。当借助互联网应用,行业监管和服务可以变得更加便捷和有效;当我们的传统施工现场融入了互联网技术就会变成智慧的建造过程,当产品融入了信息技术交付给业主的就是智慧建筑产品。比如利用BIM、物联网、云计算、移动互联网等技术和智能设备,可以为项目建造过程提供各种准确、及时、可靠的数据,提高各方协同的效率和质量,保证施工质量和安全管理,缩短施工工期,减少返工和浪费,节约成本,这实际上就是智慧化的生产。”

提升工程质量、进度和效益

2016年住建部发布了《2016—2020年建筑业信息发展纲要》,提出建筑业要增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力,建筑业数字化、网络化、智能化取得突破性进展,全面提高建筑业智慧建造的能力。聚焦到施工现场,“智慧工地”就是建立在高度信息化基础上的一种支持对人和物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预控的新型施工手段。它紧紧围绕人、机、料、法、环、策等关键要素,综合运用BIM、大数据、智能化、物联网、移动计算、云计算等信息技术,与施工过程相融合,对工程质量、安全等生产过程及商务、技术等管理过程加以改造升级,使施工管理可感知、可决策、可预测,提高施工现场的生成效率、管理效率和决策能力,实现数字化、精细化、绿色化和智慧化的生产和管理。

理论结合实践推动行业发展

“智慧工地的目标是提升工程质量、进度和效益,其实并不神秘,可以从建造技术智慧化、管理智慧化两个层面去理解。”清华大学土木工程系教授张建平进一步解释说:“建造技术智慧化,一方面是完成人工操作难以完成的工作,如用机器人去完成危险作业;另一方面是超越人的感知提升施工建造水平,使施工过程在技术上实现一个质的飞跃,如利用智能传感器技术自动获取梁等构件的受力、应变情况等监测数据,以便更精准地去把控施工质量。管理智慧化,则是在信息化管理的基础上再上一个层次,利用大数据、云计算等新兴技术收集分析历史数据,总结历史经验,为管理者决策提供参考依据,提升决策水平。”

施工技术:通过以BIM、云计算、物联网、智能设备、大数据等为代表的当代先进技术的综合应用,建筑施工行业正行驶在“智慧工地”的快车道上,智慧工地的发展经历了哪几个阶段?每个阶段各有何特点?

随着互联网的迅速普及和应用,建筑行业信息化发展开始面临三年之后的一个新的轮回,即紧跟时代趋势,探索互联网环境下建筑行业信息化应用的新模式。面对新的时代环境,《中国建筑施工行业信息化发展报告(2016)互联网应用与发展》(以下简称“《报告》”)对建筑施工行业互联网应用做了一个全面的整理和阶段性总结,并为下一阶段“互联网+”在行业的深度应用进行预热。

报告列举了智慧工地的关键技术、应用架构和建设思路,并归纳了智慧工地所具有的特征。可以看出,智慧工地聚焦施工现场一线生产活动,将信息技术与生产过程深度融合,有效解决施工策划、施工控制、决策分析方面的管理问题。同时,保证数据的实时获取和共享,提高施工现场基于数据的协同工作能力;强化数据分析与预测支持,辅助决策者进行科学决策和智慧预测;满足施工现场变化的需求和环境,保证信息系统的有效性和可行性。

毛志兵:“智慧工地”的基本特征可以从技术和管理两个层面来描述。

记者了解到,由住房城乡建设部信息中心主持,联合广联达科技股份有限公司、中国建筑工程总公司、清华大学等行业领军企业及院校发布的《中国建筑施工行业信息化发展报告》是我国第一份公开出版发行的针对建筑施工行业信息化发展的系列报告,起源于2013年,当时的目的是为了把建筑行业的信息化发展状况进行总结和描述,为建筑行业的监管部门、服务部门提供一些基础信息和调研情况;同时,也为建筑施工企业在信息化的选择方面提供一些案例、技术、成果和发展动态,并为软件厂商做一些基础性服务。2013年,第一本《中国建筑施工行业信息化发展报告》启动编制,《中国建筑施工行业信息化发展报告》围绕整个建筑行业信息化过去十多年的发展历程进行相关调查研究,并出版了第一本报告。2014年、2015年,又分别出版了《中国建筑施工行业信息化发展报告(2014)BIM应用与发展》和《中国建筑施工行业信息化发展报告(2015)BIM深度应用与发展》。

“智慧工地建设不可能一蹴而就,而是一个渐进的过程。”广联达研究院院长刘刚结合对数字建筑的研究表达了自己的见解,“智慧工地应具备数字化、在线化、智能化三大特征。数字化是基础,要求施工现场全过程、全要素数字化,建立起一个虚拟空间,并与实体之间形成映射关系,使大数据积累成为可能;在线化是核心,实现虚拟与实体的互联互通,实时采集现场数据,为人工智能奠定基础;智能化是目标,有了数字化的基础,实现了在线化,即可做到全面感知、全面分析、科学决策,进而精准执行。”

从技术层面上讲,“智慧工地”是以BIM、物联网、移动通讯、大数据、云计算、智能技术和机器人等相关设备为代表的当代先进技术的集成应用,实现人机料的最优配置和利用。从管理层面上讲,通过应用高度集成的信息管理系统,基于物联网的感知和大数据的深度学习系统等支撑工具,“了解”工地的过去,“清楚”工地的现状,“预知”工地的未来,对已发生或可能发生的各类问题,有科学的决策和应对方案。

2016年,《中国建筑施工行业信息化发展报告》(后续简称《报告》)聚焦互联网应用与发展,在“互联网+”发展趋势下,深度论述我国建筑施工行业互联网应用现状与未来发展方向。从建筑施工行业的政府监管与服务单位、企业两个层面出发,通过广泛调查及研究,分析建筑施工行业互联网应用具体形态和发展趋势,描述我国建筑施工行业互联网的发展现状和应用成效。

应用有待进一步深入和普及

“智慧工地”的核心是“智慧”二字,“智慧”有程度上的差异,有“小智慧”“大智慧”的说法。从人工智能技术发展到今天来看,我们可以将“智慧工地”的发展定义为三个阶段,即“感知阶段、替代阶段、智慧阶段”。

作为此次《报告》副主编,杨富春认为,“《报告》亮点颇多,《报告》主题紧跟国家战略,并展开充分调研,获得了大量的行业互联网应用的相关数据,这些数据有效地支撑了《报告》在后续编制过程中的观点和论点。《报告》在互联网应用的多个方面也提供了具体的应用案例,对于已经在推行或者正准备推行互联网应用的单位和个人,可以获取发展路径、方法和步骤,并具有实践指导意义。可以说,《报告》对推动整个建筑业在互联网应用上的发展,能够起到非常好的作用,同时,《报告》还系统地阐述了在互联网发展大潮当中,建筑业应该从哪些方面实施互联网应用,从哪些方面进行切入,这对于整个建筑业从互联网应用角度来说也是首次提及。此外,《报告》也就未来建筑业的互联网应用趋势和发展方向进行了深刻的分析和展望,包括建筑业未来应该向智能化方向发展等。”

为全面、客观地反映智慧工地的应用现状,报告编写组聚集了上百位专家学者,采用线上、线下联合调查的方式,对全国建筑施工企业智慧工地应用情况进行了广泛调查。调查结果显示,大多数建筑施工企业出于自身需求开展智慧工地应用,并将其上升至企业战略发展层面,以此提升核心竞争力成为企业推广应用的主要驱动力。

“感知阶段”就是借助人工智能技术,起到扩大人的视野、扩展感知能力以及增强人的某部分技能的作用。例如我们借助物联网传感器来感知设备的运行状况、感知施工人员的安全行为等,借助智能机具增强施工人员的技能等。我们现在的“智慧工地”主要就处于这个阶段。

找准切入点拥抱“互联网+”

作为建筑施工行业的龙头企业,中国建筑工程总公司在信息化建设方面投入大、成果多,不少项目试水智慧工地应用积累了一定经验。该公司技术中心副主任李云贵介绍说:“如今虽有不少企业正在尝试智慧工地应用,并在一些业务上有了一定成效,但从行业整体来看,仍处于信息自动采集的感知阶段,如借助物联网传感器感知设备运行情况、施工人员安全行为等,距离真正的智慧工地、高水平的智慧工地还有一定差距。”

“替代阶段”就是借助人工智能技术,来部分替代人,帮助完成以前无法完成或风险很大的工作。例如,现在正研究和探索智能砌砖机器人、智能焊接机器人等。由于它们的出现和应用,可能某些施工场景将实现全智能化的生产和操作。当然,这种替代是基于给定的应用场景,并假设实现的条件、路径来实现的智能化,智能替代边界条件是严格框定在一定范围内的。

此次《报告》也对目前建筑施工行业的互联网应用现状进行了调查,从整体调研结果来看,整个行业的互联网应用从典型案例角度来说应用的比较好,但是从整体行业应用角度来看,建筑施工行业的互联网应用则刚刚起步。杨富春表示:“《报告》的调研分析显示,目前整个建筑施工行业包括行业监管与服务单位、施工企业,主要的互联网应用大都集中在传统的互联网应用方面,比如实时通信、移动办公、在线审批等。从生产环节来看,建筑施工行业的互联网应用还比较薄弱,虽然有腾讯北京总部大楼项目、天津117大厦项目等国内比较典型的高大精尖项目在互联网应用上做了很多成功的尝试,但从整体来看,绝大部分项目目前的互联网应用还是很少。这也是目前整个行业面临的一个共性问题。”

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