房霆宸

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092；3. 上海超高層建筑智能建造工程技術(shù)研究中心 上海 200080

數(shù)字化建造及控制是以數(shù)字化方式作為技術(shù)手段，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)輔助工程建造，驅(qū)動(dòng)工程建設(shè)管理方式和建造過(guò)程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)過(guò)程的精益建造。數(shù)字化主要表現(xiàn)在表達(dá)、分析、計(jì)算、模擬、監(jiān)測(cè)、控制及其全過(guò)程連續(xù)數(shù)據(jù)的構(gòu)建，數(shù)字化技術(shù)可有效驅(qū)動(dòng)工程建造方式和管控模式的數(shù)字轉(zhuǎn)型。數(shù)字化技術(shù)是實(shí)體經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的引擎，是我國(guó)在世界上實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的機(jī)遇。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)建筑工程建造實(shí)踐成績(jī)卓著，重大工程建設(shè)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，但數(shù)字化技術(shù)及其理論體系尚滯后于工程實(shí)踐，不斷提高工程建造理論基礎(chǔ)，全面系統(tǒng)地運(yùn)用數(shù)字化建造技術(shù)方法，驅(qū)動(dòng)工程建造技術(shù)體系創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)工程建造模式，已成為建筑工程發(fā)展的必然趨勢(shì)[1-3]。

數(shù)字化與工程建設(shè)的融合發(fā)展，深刻影響和改變著建筑領(lǐng)域，給建筑業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了較大的效益，使規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程施工、運(yùn)營(yíng)管理乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和管理效率得到了顯著提高。以工程實(shí)體為載體發(fā)展和應(yīng)用數(shù)字化建造控制技術(shù)，在數(shù)字化建造平臺(tái)上納入各相關(guān)供應(yīng)方，可有效提高工程質(zhì)量，保證公共安全，降低工程建造成本。以建筑企業(yè)為載體，在房產(chǎn)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)咨詢、建筑施工、建材工業(yè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等工程建設(shè)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展和應(yīng)用數(shù)字化建造及控制平臺(tái)技術(shù)，在數(shù)字化建造平臺(tái)上納入上下游合作商，不僅可以加快建筑企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，也可帶動(dòng)交通、材料、化工、物流、金融、通信、能源、環(huán)保等相關(guān)產(chǎn)業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。建立建筑業(yè)數(shù)字化建造及控制技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)建造技術(shù)的數(shù)字化升級(jí)改造，有利于提高建筑業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的整體行業(yè)水平，對(duì)于筑牢實(shí)體經(jīng)濟(jì)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)具有重要意義[4]。

1 實(shí)現(xiàn)路線

針對(duì)目前我國(guó)建筑工程行業(yè)智能化水平較低、協(xié)同性較差、安全管控能力不足等問(wèn)題，可基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等新興工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，重點(diǎn)圍繞建筑工程全生命周期虛擬仿真技術(shù)、建筑工程結(jié)構(gòu)安全智能化控制技術(shù)、建筑工程人—機(jī)—環(huán)耦合風(fēng)險(xiǎn)智能化控制技術(shù)、建筑工程全生命周期智能化建造及控制平臺(tái)、建筑工程全生命周期智能化建造及控制服務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái)開(kāi)展科技攻關(guān)，推動(dòng)建筑工程智能化建造及控制平臺(tái)研究和全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同技術(shù)研究，并以示范工程形式積極推動(dòng)科研成果的工程化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)科研成果與工程應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，帶動(dòng)智能化建造及管控技術(shù)在整個(gè)建筑工程行業(yè)內(nèi)的全面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)建筑工程行業(yè)快速轉(zhuǎn)型升級(jí)。

針對(duì)現(xiàn)有數(shù)字化建造及控制技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)薄弱等問(wèn)題，可從邊緣層工程應(yīng)用出發(fā)，研究面向重大建筑工程項(xiàng)目的全生命周期虛擬仿真、結(jié)構(gòu)安全數(shù)字化控制、多維度耦合風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字化控制等技術(shù)及平臺(tái)，為數(shù)字化建造及控制技術(shù)在建筑工程中的具體應(yīng)用提供可靠的解決方案。在此基礎(chǔ)上，立足于建筑工程全行業(yè)高度，從邊緣層工程應(yīng)用中進(jìn)行海量數(shù)據(jù)匯聚及智能建造功能集成，并結(jié)合IaaS層云計(jì)算技術(shù)和PaaS層基礎(chǔ)服務(wù)資源，研制行業(yè)級(jí)的建筑工程數(shù)字化建造及控制工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大平臺(tái)，可為建筑工程行業(yè)提供高可擴(kuò)展性、高定制化的中間層智能服務(wù)平臺(tái)。以上述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)大平臺(tái)作為支撐，面向不同的行業(yè)數(shù)字化建造及控制需求，開(kāi)發(fā)面向建筑工程全壽命周期及全產(chǎn)業(yè)鏈的服務(wù)應(yīng)用等軟件產(chǎn)品，為建筑工程數(shù)字化建造及控制提供支撐。

2 體系構(gòu)建

建筑工程數(shù)字化建造及控制平臺(tái)框架體系主要分為工程項(xiàng)目級(jí)、企業(yè)公司級(jí)、行業(yè)級(jí)這三個(gè)層次，同時(shí)需要兼顧應(yīng)用服務(wù)，其體系構(gòu)建的關(guān)鍵如下：

1）在工程項(xiàng)目層面，需針對(duì)工程建造所涉及的人員、機(jī)械、環(huán)境、材料、方法，以示范工程形式加大推進(jìn)項(xiàng)目相關(guān)數(shù)字化建造技術(shù)與平臺(tái)成果的工程應(yīng)用，以點(diǎn)帶面逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，帶動(dòng)建筑工程智能化建造及管控技術(shù)水平的提升，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)建造技術(shù)工藝與管理方式的升級(jí)與革新。其主要內(nèi)容包括：一是在建筑工程全生命周期推廣應(yīng)用數(shù)字化虛擬仿真建造技術(shù)，在應(yīng)用中研究面向建筑工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等全生命周期的新型虛擬仿真技術(shù)，開(kāi)發(fā)形成建筑工程全生命周期虛擬仿真公共在線功能模塊；二是在建筑工程本體所涉及的深大基坑支護(hù)工程、混凝土結(jié)構(gòu)工程、鋼結(jié)構(gòu)工程等關(guān)鍵建造環(huán)節(jié)全面推廣應(yīng)用施工風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字化控制技術(shù)，在應(yīng)用中研究基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)信息智能采集與遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸、深大基坑遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)與微變形主動(dòng)控制、主體結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)和豎向預(yù)變形主動(dòng)控制技術(shù)等專項(xiàng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)形成建筑工程結(jié)構(gòu)安全智能化控制公共在線功能模塊；三是在建筑工程本體以外的人員、機(jī)械設(shè)備、施工環(huán)境等風(fēng)險(xiǎn)源控制方面全面應(yīng)用數(shù)字化控制技術(shù)，在應(yīng)用中研制出基于物聯(lián)網(wǎng)的施工人員智能定位跟蹤裝置、爬升模架設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警及主動(dòng)控制技術(shù)、施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境及土體變形智能控制技術(shù)與裝置，開(kāi)發(fā)形成建筑工程人—機(jī)—環(huán)耦合風(fēng)險(xiǎn)智能化控制公共在線功能模塊。

2）在企業(yè)層面，做好應(yīng)用推廣數(shù)字化建造專項(xiàng)協(xié)同管理平臺(tái)工作，在應(yīng)用中開(kāi)發(fā)出集虛擬現(xiàn)實(shí)映射、智能化主動(dòng)控制、風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)應(yīng)用等功能于一體的建筑工程全壽命周期及全產(chǎn)業(yè)鏈的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)大平臺(tái)及軟件產(chǎn)品，加大對(duì)工程項(xiàng)目的管理，實(shí)現(xiàn)多層次的工程項(xiàng)目協(xié)同管理，為建筑工程智能化建造及控制應(yīng)用層技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供高效的中間層支撐，全面提升企業(yè)工程項(xiàng)目管理能級(jí)。

3）在建筑行業(yè)發(fā)展層面，需開(kāi)展行業(yè)級(jí)建筑工程智能化建造相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究，構(gòu)建建筑工程智能化建造的基礎(chǔ)理論框架，建立建筑工程智能化建造相關(guān)的技術(shù)指南與導(dǎo)則，為建筑行業(yè)內(nèi)的智能化建造相關(guān)技術(shù)及平臺(tái)的開(kāi)發(fā)、推廣及應(yīng)用提供參考，提高建筑工程智能化建造及控制水平，服務(wù)和支撐建筑企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展。

4）在應(yīng)用服務(wù)上，建筑工程數(shù)字化建造及控制平臺(tái)體系的構(gòu)建需要考慮發(fā)揮全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢(shì)，基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建一體化連續(xù)數(shù)字流，集成推廣應(yīng)用數(shù)字化建造技術(shù)、專項(xiàng)平臺(tái)、協(xié)同管控平臺(tái)，要在應(yīng)用中研究開(kāi)發(fā)面向建筑工程全生命周期智能化建造及控制服務(wù)應(yīng)用軟件，通過(guò)全產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，全面提升應(yīng)用服務(wù)功效。

3 案例分析

圖1為某行業(yè)級(jí)建筑工程數(shù)字化建造及控制平臺(tái)框架體系，開(kāi)發(fā)了集虛擬現(xiàn)實(shí)映射、智能化主動(dòng)控制、風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)應(yīng)用等功能于一體的建筑工程智能化建造及控制工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，該體系通過(guò)工程項(xiàng)目級(jí)的專項(xiàng)工程協(xié)同聯(lián)動(dòng)應(yīng)用與研發(fā)、企業(yè)級(jí)的工程協(xié)同管理與產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)、行業(yè)級(jí)的服務(wù)體系構(gòu)建與產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用，全方位、多層次地推進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用深度與維度，有力地促進(jìn)了建筑創(chuàng)新轉(zhuǎn)型發(fā)展。

圖1 某建筑工程數(shù)字化建造及控制平臺(tái)框架體系

4 結(jié)語(yǔ)

1）工程項(xiàng)目級(jí)、企業(yè)公司級(jí)、行業(yè)級(jí)均需系統(tǒng)性應(yīng)用數(shù)字化建造技術(shù)、專項(xiàng)平臺(tái)及協(xié)同管控平臺(tái)，并統(tǒng)籌考慮個(gè)性化需求和共性需求，同時(shí)兼顧一體化聯(lián)動(dòng)服務(wù)模式。

2）建筑工程數(shù)字化建造及控制平臺(tái)技術(shù)的關(guān)鍵，面向建筑工程設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)、運(yùn)維等全生命周期，通過(guò)數(shù)據(jù)、信息、資源共享實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、服務(wù)化延伸及個(gè)性化定制等附加能力，以達(dá)到精益建造的目的。

3）數(shù)字化建造及控制平臺(tái)技術(shù)是一個(gè)體系問(wèn)題，也是一個(gè)體制機(jī)制問(wèn)題。不僅需要決策層的重視，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)一服務(wù)內(nèi)容、統(tǒng)一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一工作流程，也需要從解決具體問(wèn)題做起，從打通關(guān)鍵環(huán)節(jié)著手，構(gòu)建數(shù)字化建造及控制平臺(tái)技術(shù)體系，否則只能是紙上談兵。