杜明芳

(清華大學(xué)，北京 100084)

1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。近年來，我國建筑業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，建造能力不斷增強(qiáng)，2019年，我國全社會建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值70 904億元，比上年增長5.6%，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的7.16%，有力支撐了國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展。近20年來，我國的建筑業(yè)信息化大致經(jīng)歷了起步期、發(fā)展期、高速發(fā)展期3個(gè)階段。近年來，隨著國家新型城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、智慧城市等戰(zhàn)略的推進(jìn)，建筑業(yè)信息化逐步走向智能化階段，同時(shí)隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)對建筑業(yè)的影響和滲透逐步加大，智能建造的需求日益加大。目前，我國的建筑智能化行業(yè)已經(jīng)具備了相當(dāng)可觀的產(chǎn)業(yè)規(guī)模(見圖1)，產(chǎn)業(yè)鏈正被加速構(gòu)建和完善，智能建筑工程已經(jīng)逐步落地到了各種類型建筑，醫(yī)療建筑、辦公建筑、體育場館、住宅建筑、軌道交通建筑等各細(xì)分產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，并延伸滲透到周邊產(chǎn)業(yè)及智慧城市，為我國的城鄉(xiāng)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。

圖1 近20年中國建筑智能化行業(yè)市場規(guī)模

2 政策環(huán)境

根據(jù)紐約、波特蘭、多倫多和倫敦等城市的新立法，目標(biāo)是到2030年，所有新建建筑達(dá)到碳中和，到2050年使現(xiàn)有建筑達(dá)到同樣標(biāo)準(zhǔn)。2020年9月，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上提出我國“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。2020年12月，習(xí)近平總書記又宣布了為達(dá)成應(yīng)對氣候變化行動目標(biāo)的一系列新舉措。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出“制定2030年前碳排放達(dá)峰行動方案”。2021年4月，國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)《2021年新型城鎮(zhèn)化和城鄉(xiāng)融合發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)》，提出“建設(shè)宜居、創(chuàng)新、智慧、綠色、人文、韌性城市，推進(jìn)城市現(xiàn)代化試點(diǎn)示范，使城市成為人民高品質(zhì)生活的空間”。2020年8月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等13部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出：我國到2025年，智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的政策體系和產(chǎn)業(yè)體系基本建立，建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化水平顯著提高，建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺初步建立，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)裝備、科技創(chuàng)新能力以及建筑安全質(zhì)量水平全面提升，勞動生產(chǎn)率明顯提高，能源資源消耗及污染排放大幅下降，環(huán)境保護(hù)效應(yīng)顯著。推動形成一批智能建造龍頭企業(yè)，引領(lǐng)并帶動廣大中小企業(yè)向智能建造轉(zhuǎn)型升級，打造“中國建造”升級版。

當(dāng)前，在“碳達(dá)峰、碳中和”及新型城鎮(zhèn)化、城鄉(xiāng)融合發(fā)展的宏觀大背景下，智能建造需求旺盛，無論是綠色發(fā)展、生態(tài)文明，還是建筑工業(yè)化，都與智能建造密切關(guān)聯(lián)，智能建造相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)、理論、技術(shù)已出現(xiàn)亟待發(fā)展的局面。

3 智能建造新技術(shù)新業(yè)態(tài)

3.1 建筑機(jī)器人

應(yīng)用于建筑環(huán)境的機(jī)器人近年來呈現(xiàn)出需求量激增的局面，市場潛能巨大。目前，能夠服務(wù)于不同類型建筑的智能機(jī)器人通用技術(shù)和個(gè)性化技術(shù)都尚待系統(tǒng)性深入研究。智能機(jī)器人理論和技術(shù)與建筑場景之間的緊密融合成為新的研究課題。建筑機(jī)器人的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)密切結(jié)合當(dāng)前建筑業(yè)的實(shí)際場景需求，歸納總結(jié)不同類型建筑空間中智能機(jī)器人的共性技術(shù)問題及難點(diǎn)，從智能機(jī)器人感知、驅(qū)動及控制三大核心技術(shù)入手，從機(jī)器人學(xué)底層原理出發(fā)，系統(tǒng)性深入研究建筑機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，從研發(fā)不同類型機(jī)器人時(shí)用到的硬件電路、算法流程、算法模型等角度落實(shí)研發(fā)方案。建筑機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化要具有產(chǎn)品思維，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方式高效推進(jìn)各品類建筑機(jī)器人的設(shè)計(jì)、研發(fā)、測試工作，應(yīng)與產(chǎn)品和技術(shù)進(jìn)展同步方式推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的研制，應(yīng)加強(qiáng)對產(chǎn)品理論原型與關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，應(yīng)加強(qiáng)對建筑機(jī)器人研發(fā)的專業(yè)性指導(dǎo)，使企業(yè)研發(fā)人員能夠快速上手設(shè)計(jì)實(shí)用化的機(jī)器人。

根據(jù)前期對市場調(diào)研的結(jié)果，目前較為實(shí)用且未來前景好的建筑機(jī)器人有：鋪路機(jī)器人，挖掘機(jī)器人，焊接機(jī)器人，砌墻機(jī)器人，噴涂機(jī)器人，安防機(jī)器人，消防機(jī)器人，安裝機(jī)器人，管道檢測機(jī)器人，模塊化建筑裝配機(jī)器人，垃圾分類機(jī)器人，擦玻璃機(jī)器人，個(gè)人健康管理機(jī)器人，審圖機(jī)器人。未來，國產(chǎn)建筑機(jī)器人將朝著智能化、綠色化、標(biāo)準(zhǔn)化、普惠化方向發(fā)展。

與智能機(jī)器人的核心組成模塊一致，高智能型建筑機(jī)器人至少應(yīng)具備以下4個(gè)核心模塊：①環(huán)境智能感知 用來檢測、識別、理解周圍環(huán)境；②運(yùn)動自動控制 對機(jī)器人本體行為進(jìn)行自動控制，對外界環(huán)境變化做出反應(yīng)性動作；③自學(xué)習(xí)思考決策 根據(jù)環(huán)境感知模塊得到的信息，綜合運(yùn)動控制反饋結(jié)果，通過自學(xué)習(xí)制定智能決策策略，思考采用什么樣的管理與決策措施；④遠(yuǎn)程通信 通過5G，6G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與外界的遠(yuǎn)程通信。環(huán)境智能感知模塊中常采用的傳感器包括視覺、超聲波、接近、距離等非接觸型傳感器和感知力、壓覺、觸覺等的接觸型傳感器。運(yùn)動自動控制模塊包括控制器、壓電元件、氣動元件、行程開關(guān)等機(jī)電控制裝置，移動機(jī)構(gòu)有輪子、履帶、支腳、吸盤、氣墊等類型。思考決策模塊包括機(jī)器學(xué)習(xí)、規(guī)則判斷、邏輯分析、綜合理解等方面的類腦智力活動。以應(yīng)用于家庭、辦公建筑環(huán)境中的“個(gè)人健康助理機(jī)器人THROB”為例說明高智能型機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)原理。個(gè)人健康助理機(jī)器人系統(tǒng)組成及其相互關(guān)系如圖2所示。

圖2 高智能型機(jī)器人系統(tǒng)原理(以個(gè)人健康助理機(jī)器人THROB為例)

傳感器是機(jī)器人的“眼睛”，目前制約建筑機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的最主要瓶頸之一是機(jī)器人傳感器技術(shù)及作業(yè)環(huán)境智能模式識別算法與模型。應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的智能機(jī)器人傳感器類型包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器。外部傳感器用來檢測機(jī)器人所處環(huán)境及狀況(如抓取的物體是否滑落)，具體有物體識別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器，聽覺傳感器等。內(nèi)部傳感器用來檢測機(jī)器人本身狀態(tài)(如手臂間角度)，多為檢測位置和角度的傳感器。內(nèi)部傳感器和電機(jī)、軸等機(jī)械部件或機(jī)械結(jié)構(gòu)如手臂(arm)、手腕(wrist)等安裝在一起，完成位置、速度、力度的測量，實(shí)現(xiàn)伺服控制。目前，視覺、力覺、觸覺傳感器已進(jìn)入實(shí)用化階段，聽覺、嗅覺、味覺傳感器技術(shù)正在快速進(jìn)展中。新一代建筑機(jī)器人如多關(guān)節(jié)機(jī)器人、特種環(huán)境作業(yè)機(jī)器人則要求具有自校正能力、環(huán)境自適應(yīng)能力、對外界輔助裝置的弱依賴能力，依靠傳感器信息融合及傳感器信息驅(qū)動的自動控制能力越強(qiáng)，其自主等級就越高，智能化程度也越高。真正意義上的智能機(jī)器人，應(yīng)是能在未知環(huán)境下仍可依靠自身內(nèi)置的智能感知與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)、自主運(yùn)動的機(jī)器人。

3.2 建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

隨著全球工業(yè)化4.0戰(zhàn)略的推進(jìn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在重塑產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈，正在為重構(gòu)全球工業(yè)、激發(fā)生產(chǎn)力做出重要貢獻(xiàn)，各種垂直行業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在不久的將來會被開發(fā)出來，并通過運(yùn)營產(chǎn)生巨大價(jià)值。智能工廠是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心，“互聯(lián)”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基本功能，在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)的流動和分析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸，最終將構(gòu)建出新商業(yè)模式，催生出新業(yè)態(tài)。由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心要義可其衍生出建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。筆者認(rèn)為，可行性強(qiáng)的建筑工業(yè)化路徑模式為“四段式模式”，即：①階段1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(通用型)，發(fā)源于制造業(yè)，以智能工廠為核心，拓展產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；②階段2 行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(專業(yè)型)，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的某個(gè)分支；③階段3 產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(通用型)，以服務(wù)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目的，以產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作為根本特征；④階段4 行業(yè)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(專業(yè)型)，是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的某個(gè)分支。目前，建筑工業(yè)化特別是在中國建造環(huán)境下的建筑工業(yè)化尚無清晰的定義。作為工業(yè)門類中的一大類，建筑業(yè)應(yīng)遵循工業(yè)體系的一般規(guī)律。建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可看作是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)垂直分支，建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)亦可看作是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一類?；谝陨戏治觯疚慕o出一種對建筑工業(yè)化發(fā)展路徑的理解，如圖3所示。

圖3 建筑工業(yè)化發(fā)展路徑

若以企業(yè)平臺為邊界，建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可理解為包括企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)外部兩大組成部分的建筑工業(yè)體系，如圖4所示。

圖4 基于智能工廠內(nèi)外互聯(lián)的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

整個(gè)建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)分為2個(gè)層級：工廠內(nèi)部和工廠外部。工廠內(nèi)部的主要功能實(shí)現(xiàn)為：①產(chǎn)品、設(shè)備(點(diǎn))智能化；②產(chǎn)線、工藝流程(線)智能化；③車間(面)智能化；④工廠(體)智能化。

智能工廠的8個(gè)組成要素為：①智能控制；②智能傳感；③機(jī)器人；④智能物流；⑤檢驗(yàn)測試；⑥數(shù)據(jù)分析；⑦人機(jī)交互；⑧智能管理。工廠外部的主要功能實(shí)現(xiàn)為：①產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作；②企業(yè)間協(xié)作；③產(chǎn)業(yè)集群協(xié)作；④產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)作。

3.3 綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)目標(biāo)主要集中在線上和個(gè)人消費(fèi)者，難以解決產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展、服務(wù)價(jià)值提升、生產(chǎn)效率提升等產(chǎn)業(yè)核心問題。產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)于實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主要目標(biāo)，關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈供給側(cè)的產(chǎn)品制造、制造商、服務(wù)商和需求側(cè)的場景需求，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行整合優(yōu)化，理順產(chǎn)業(yè)上下游關(guān)系，去除中介、不增值環(huán)節(jié)，推動產(chǎn)業(yè)鏈組成環(huán)節(jié)向高增值服務(wù)、高價(jià)值輸出方向轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)關(guān)系的優(yōu)化改造和對生產(chǎn)力的賦能提升。

建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一類服務(wù)于建筑行業(yè)的特定產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，其目的是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)供應(yīng)鏈的效率提升、成本降低，強(qiáng)調(diào)從全產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈角度，通過互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等技術(shù)手段，構(gòu)筑更加完整、科學(xué)、合理、廣泛的產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系。建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建建筑業(yè)核心能力與現(xiàn)代服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，以價(jià)值為紐帶銜接各利益相關(guān)方，通過資源整合、資源共享和服務(wù)輸出實(shí)現(xiàn)價(jià)值再造，促進(jìn)建筑業(yè)生產(chǎn)方式向智能制造轉(zhuǎn)變、服務(wù)方式向共享服務(wù)轉(zhuǎn)變、價(jià)值創(chuàng)造方式向合作共贏轉(zhuǎn)變，為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

中國綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研究始于住建部科技課題研究開發(fā)項(xiàng)目“5G綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及示范應(yīng)用”。課題通過對綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)平臺、綠色智慧建筑全生命周期關(guān)鍵技術(shù)的研究，探索現(xiàn)代信息技術(shù)——5G，AI、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、遙感技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等與綠色建筑產(chǎn)業(yè)的融合應(yīng)用方法及實(shí)現(xiàn)路徑，探索數(shù)字經(jīng)濟(jì)背景下能夠促進(jìn)綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的“賦能平臺+示范項(xiàng)目”新模式。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部國家級綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基礎(chǔ)架構(gòu)如圖5所示。平臺總部設(shè)在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，全國各省市設(shè)置若干分節(jié)點(diǎn)平臺，節(jié)點(diǎn)平臺經(jīng)評估滿足條件后可納入節(jié)點(diǎn)體系，共同構(gòu)筑起全國一體化綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系——“綠色智慧建筑一張網(wǎng)”。

圖5 中國綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)

中國綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)內(nèi)容包括以下6個(gè)維度——平臺、產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品、標(biāo)識、安全、工程：綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)鏈，綠色智慧建筑產(chǎn)品，綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識，綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全，綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工程。包括12個(gè)重點(diǎn)板塊(領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)集群)：一期選擇12個(gè)相對成熟、產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景好的垂直綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)板塊進(jìn)行深度構(gòu)建和發(fā)展，二期、三期會根據(jù)產(chǎn)業(yè)成熟度不斷增加新版塊。一期綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)板塊包括：裝配式建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、綠色建筑材料產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、建筑能源產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能家裝產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、綠色智慧社區(qū)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、綠色智慧工地產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、建筑機(jī)器人產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)互聯(lián)、BIM/CIM產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛+城市基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧風(fēng)景園林產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。重點(diǎn)研究突破的理論和技術(shù)包括：綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，綠色智慧建筑供應(yīng)鏈，綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)AI挖掘分析及智能計(jì)算，綠色智慧建筑知識工程，綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全及AI治理，綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生。

3.4 城市信息模型(CIM)

CIM(city information modeling)是貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會的戰(zhàn)略部署，指導(dǎo)各地開展城市信息模型基礎(chǔ)平臺建設(shè)的重要舉措。2020年召開的全國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作會議在部署年度重點(diǎn)工作任務(wù)時(shí)提出，要加快構(gòu)建部、省、市三級CIM平臺建設(shè)框架體系。目前，CIM已成為推進(jìn)新城建戰(zhàn)略的主要抓手，CIM在廣州、南京等試點(diǎn)城市已經(jīng)取得了較好應(yīng)用成效，全國各地在新一輪的智慧城市建設(shè)項(xiàng)目招標(biāo)中明確提出采用CIM。CIM是在BIM基礎(chǔ)上拓展的一項(xiàng)新技術(shù)，同時(shí)也是一種新建設(shè)模式和新發(fā)展理念。CIM將建筑信息模型上升到城市信息模型，容納了更多數(shù)字技術(shù)要素，更加注重業(yè)務(wù)系統(tǒng)建模，更加注重技術(shù)的優(yōu)化(例如模型輕量化)，亦更加強(qiáng)調(diào)數(shù)字技術(shù)與城市業(yè)務(wù)的相互滲透與深度融合。CIM的研究與發(fā)展仍處于起步期，其內(nèi)涵、理論及實(shí)踐體系均需不斷豐富和完善，CIM與數(shù)字孿生建筑、數(shù)字孿生城市的關(guān)系及相互支撐方法仍需嚴(yán)謹(jǐn)論證和不斷探索。本文認(rèn)為，以CIM大數(shù)據(jù)為切入點(diǎn)，以城市知識智算模型為核心，構(gòu)建、開發(fā)、優(yōu)化數(shù)字孿生城市將是“十四五”時(shí)期我國新型智慧城市建設(shè)發(fā)展的有效路徑。

以CIM知識智算平臺為管控中心構(gòu)建出云邊端一體化CIM知識工程是當(dāng)前行之有效的技術(shù)方案。CIM知識智算平臺是指以城市業(yè)務(wù)知識智能建模與智能計(jì)算為核心的CIM基礎(chǔ)平臺，綜合采用知識圖譜、數(shù)字孿生、管理與決策軟件機(jī)器人等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對城市知識的統(tǒng)一加工、處理及智能演算。知識在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步凝練與提升，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠理解的語義，是對原始數(shù)據(jù)的智能化、規(guī)范化、程序化表達(dá)，直接用于知識庫、規(guī)則庫的構(gòu)建，進(jìn)一步參與推理模型計(jì)算，因此從智能系統(tǒng)模型的角度看知識比數(shù)據(jù)更加實(shí)用。CIM知識智算平臺強(qiáng)調(diào)的是城市知識計(jì)算，而非以往的數(shù)據(jù)直接計(jì)算，這對面向海量大數(shù)據(jù)的城市實(shí)時(shí)計(jì)算來講是非常便捷實(shí)用的方法?；贑IM知識智算平臺的數(shù)字孿生城市應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注并解決以下關(guān)鍵問題：城市部件空天地統(tǒng)一編碼，多規(guī)合一統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)可控化共享，數(shù)據(jù)融合模型(BIM+GIS與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)深度融合并建立融合模型)，知識智算模型(采用智慧專家系統(tǒng)、知識圖譜等理論)，魯棒決策模型(降低決策不確定性)。CIM知識智算平臺及CIM知識工程的構(gòu)建應(yīng)以建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能知識體系為基礎(chǔ)支撐?？梢灶A(yù)測，未來發(fā)展?jié)摿Υ蟆⑹袌銮熬昂玫慕ㄖa(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具體形態(tài)是5G/6G綠色智慧建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。建筑工業(yè)化4.0應(yīng)建立具有發(fā)現(xiàn)城市治理一般規(guī)律和增強(qiáng)城市治理能力的“智能知識體系”，同時(shí)應(yīng)以建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)搭建“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體系”。

3.5 數(shù)字孿生建筑

黨的十八大以來，習(xí)近平總書記在推進(jìn)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、科學(xué)、文化等方面的思維和決策，表現(xiàn)出系統(tǒng)思維方法的科學(xué)性與系統(tǒng)性。主要體現(xiàn)在：注重用系統(tǒng)思維方法來推進(jìn)黨和國家治理體系的變革。注重系統(tǒng)的整體性和要素與要素的協(xié)同性。注重系統(tǒng)的開放性與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。注重系統(tǒng)的重點(diǎn)突破與整體推進(jìn)。注重解決非平衡問題，推進(jìn)系統(tǒng)走向動態(tài)平衡。在系統(tǒng)思維的啟發(fā)與指導(dǎo)下，數(shù)字孿生仍需結(jié)合實(shí)際應(yīng)用持之以恒的探索，以使其發(fā)揮更大作用，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供通用智能基礎(chǔ)設(shè)施?；跀?shù)字孿生建筑系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生城市及城市信息模型是系統(tǒng)思維方法的一個(gè)典型實(shí)踐，為系統(tǒng)思維方法的實(shí)踐提供了案例。期待能夠基于該思路持續(xù)推進(jìn)我國建筑產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，持續(xù)推進(jìn)我國新型城鎮(zhèn)化高質(zhì)量建設(shè)發(fā)展。

數(shù)字孿生是一個(gè)對物理實(shí)體或流程的實(shí)時(shí)數(shù)字化鏡像，以數(shù)據(jù)為線索實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體的全周期集成與管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的信息物理系統(tǒng)雙向互控及混合智能決策，人工智能貫穿于整個(gè)系統(tǒng)。數(shù)字孿生至少包含6個(gè)維度：系統(tǒng)仿真與多模型驅(qū)動(SM)，數(shù)據(jù)線索與數(shù)據(jù)全周期(DT)，知識模型與知識體系(KM)，CPS雙向自主控制(AC)，混合智能決策(ID)，全局人工智能(AI)。數(shù)字孿生內(nèi)涵可基于六維度表達(dá)，數(shù)字孿生={SM，DT，KM，AC，ID，AI}。數(shù)字孿生的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)輔助(CAX)軟件(尤其是廣義仿真軟件)。在工業(yè)界，人們用軟件來模仿和增強(qiáng)人的行為方式，增強(qiáng)人機(jī)交互能力。典型的模擬如：用CAD軟件模仿產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與外觀，CAE軟件模仿產(chǎn)品在各種物理場情況下的力學(xué)性能，MES軟件模仿車間生產(chǎn)的管理過程，BIM軟件模擬建筑構(gòu)件及建筑工程管理。

數(shù)字孿生建筑(digital twin building，DTB)是指綜合運(yùn)用BIM，GIS、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、智能控制、系統(tǒng)建模與仿真、工程管理等技術(shù)，以建筑物為載體的信息物理系統(tǒng)。它可以看作是數(shù)字孿生系統(tǒng)在建筑物載體上的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)。數(shù)字孿生建筑的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的一體化管控，繪制智慧建筑系統(tǒng)集成“一張圖”，構(gòu)建智能建筑集成管理“一盤棋”，打造建筑產(chǎn)業(yè)服務(wù)“一站式”。數(shù)字孿生建筑為建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化提供了新思維和新方法，同時(shí)也為建筑智能化由工程技術(shù)向工程與管理融合轉(zhuǎn)變開辟了新途徑。建筑數(shù)字孿生系統(tǒng)可分為建筑物理孿生體和建筑數(shù)字孿生體兩部分，對應(yīng)建筑物理空間和建筑信息空間，以數(shù)據(jù)為紐帶實(shí)現(xiàn)建筑信息物理系統(tǒng)的系統(tǒng)集成，以控制算法與模型為核心實(shí)現(xiàn)虛實(shí)建筑間的知識交互與迭代優(yōu)化。建筑數(shù)字孿生體從數(shù)據(jù)和模型的角度，依據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)控制與決策理論為建筑信息模型提供了科學(xué)性和落地性都極強(qiáng)的解決方案。基于數(shù)字孿生理論和方法發(fā)展起來的智慧建筑系統(tǒng)集成新方法，有可能成為未來5年內(nèi)智慧建筑系統(tǒng)集成理論與工程實(shí)踐的主導(dǎo)模式。基于數(shù)字孿生建筑和建筑信息模型，可構(gòu)建出由模型到系統(tǒng)再到體系的微觀與宏觀一體化的智慧建筑系統(tǒng)集成模式，真正實(shí)現(xiàn)基于模型的建筑系統(tǒng)工程。進(jìn)一步，可基于數(shù)字孿生建筑系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)真正意義上的城市信息模型和數(shù)字孿生城市。

如果將建筑看作一種物理系統(tǒng)，那么智慧建筑系統(tǒng)集成就可看作是人(人類智慧)、建筑物理實(shí)體、建筑信息虛體三者的融合。在以海量大數(shù)據(jù)、人工智能、5G物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈可信計(jì)算為主要技術(shù)代表的智能時(shí)代，智慧建筑系統(tǒng)集成的內(nèi)涵呈現(xiàn)出“五全”綜合特征：全域立體感知、全系統(tǒng)可信互聯(lián)、全體系精準(zhǔn)管控、全數(shù)據(jù)智能決策、全景實(shí)時(shí)可視交互。在以上特征不斷深化發(fā)展的基礎(chǔ)上，智慧建筑系統(tǒng)集成正朝著數(shù)字孿生建筑方向快速演進(jìn)。數(shù)字孿生建筑是數(shù)字建筑與物理建筑的融合體，其技術(shù)模式的核心是數(shù)據(jù)線程和模型體系。數(shù)字孿生建筑是智慧建筑系統(tǒng)集成的有效方法與根本路徑。

4 我國智能建造發(fā)展展望

目前，圍繞著智能建造這一主題，建筑機(jī)器人、建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生建筑、城市信息模型等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，相關(guān)理論和實(shí)踐體系正得到不斷完善，產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，市場空間巨大，發(fā)展前景光明。

未來，基于現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的短板和不足，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，建議從以下3個(gè)方面繼續(xù)加強(qiáng)研究和實(shí)踐。①應(yīng)以多學(xué)科融合、多思維模型綜合為理論出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)際場景需求為原始驅(qū)動力，將技術(shù)體系與應(yīng)用體系緊密融合起來，實(shí)現(xiàn)有機(jī)的、簡潔的、科學(xué)的相互滲透，爭取在短時(shí)期內(nèi)探索出一條符合我國建筑產(chǎn)業(yè)和城市建設(shè)特點(diǎn)的智能化發(fā)展新路徑。②加強(qiáng)對人工智能、數(shù)字孿生這類偏工業(yè)化基因的理論和技術(shù)的研究與投入，在工業(yè)智能化的驅(qū)動下大力發(fā)展綠色智慧建造和綠色智慧城市，并為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新動能、新方向。③堅(jiān)持系統(tǒng)思維，打通智能制造和智能建造的邊界，不斷探索和實(shí)踐智能制造與智能建造相互賦能、相互促進(jìn)的新型發(fā)展模式，基于中國市場給出中國方案、中國模式。