王穎林 李煜龍 陳志堅(jiān)

福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350002

當(dāng)前，我國(guó)勞動(dòng)力成本急劇上升、社會(huì)整體工業(yè)化水平大幅提升，而建筑行業(yè)仍然大量采用需要繁重現(xiàn)場(chǎng)手工作業(yè)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。提高建筑行業(yè)工業(yè)化水平已是社會(huì)發(fā)展的迫切需要，采用裝配式建筑是建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。裝配式建筑的發(fā)展正處在初級(jí)階段，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，且需要多專業(yè)體系結(jié)合，因而，有必要建立信息化模型，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)的智慧化，為項(xiàng)目參與方提供更經(jīng)濟(jì)、更便捷、低損耗的運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)[2]。隨著中央出臺(tái)數(shù)字經(jīng)濟(jì)相關(guān)政策，地方層面不斷加強(qiáng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略引導(dǎo)，福建省強(qiáng)調(diào)要深化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，推動(dòng)裝配式建造業(yè)智慧轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。

目前，智能建造技術(shù)已在福建省多領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，其中，使能技術(shù)的嵌入對(duì)于裝配式建造業(yè)智慧轉(zhuǎn)型具有重要意義。我國(guó)裝配式建筑起步雖晚，但趕上了“工業(yè)4.0”的發(fā)展快車，使能技術(shù)能夠推進(jìn)裝配式建筑業(yè)智慧工廠的發(fā)展[3]。然而，新技術(shù)的引入不僅會(huì)增加產(chǎn)業(yè)的成本投入，亦存在一定風(fēng)險(xiǎn)，裝配式建造業(yè)智慧轉(zhuǎn)型的全面推廣具有一定阻力。因此，有必要分析使能技術(shù)對(duì)于裝配式建造業(yè)效益產(chǎn)生的影響，從而為裝配式建造業(yè)順利實(shí)現(xiàn)智慧轉(zhuǎn)型提出政策建議?；诖?，本文對(duì)福建省裝配式建造業(yè)智慧工廠中使能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于項(xiàng)目工期、質(zhì)量、生產(chǎn)成本、安全管理水平、綠色環(huán)保能效產(chǎn)生的影響進(jìn)行了調(diào)研，分析了9類使能技術(shù)對(duì)5項(xiàng)生產(chǎn)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)產(chǎn)生的影響，為裝配式建造業(yè)中使用使能技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。

1 基于使能技術(shù)的裝配式智慧建造生產(chǎn)效益影響因素指標(biāo)體系構(gòu)建

近年來(lái)，福建省根據(jù)自身實(shí)際情況，陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)推動(dòng)智能制造發(fā)展的政策措施，把發(fā)展智能制造作為加強(qiáng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手，積極推動(dòng)智能制造項(xiàng)目實(shí)施，開展智能制造試點(diǎn)示范基地建設(shè)。根據(jù)福建省的政策規(guī)劃，“十四五”時(shí)期重點(diǎn)發(fā)展汽車、工程機(jī)械、電工電器等領(lǐng)域，壯大智能化專用設(shè)備、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人等高端裝備產(chǎn)業(yè)，提升關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件配套能力。

基于智能制造使能技術(shù)，福建省部分智慧工廠生產(chǎn)案例可以分為輕工業(yè)、重工業(yè)、建筑業(yè)3類。其中，輕工業(yè)相關(guān)智慧建造案例包括安踏同安智能工廠、柒牌工業(yè)園、喬丹體育智慧工廠、凱邦科技“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”智慧工廠、福建九牧智慧產(chǎn)業(yè)園等，基于工業(yè)4.0使能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧建造。重工業(yè)相關(guān)智慧建造案例包括寶鋼德盛5G智慧集控中心、百宏實(shí)業(yè)5G智慧工廠、龍合智能·AR工廠、鐵拓機(jī)械5G智能制造產(chǎn)業(yè)園數(shù)字化改造項(xiàng)目等。建筑業(yè)相關(guān)智慧建造案例包括中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地、福建省城投科技產(chǎn)業(yè)園、福建金華鼎科技有限公司閩清PC建筑產(chǎn)業(yè)化研發(fā)生產(chǎn)基地等，重點(diǎn)應(yīng)用的使能技術(shù)包括中央智慧工藝感知控制系統(tǒng)、超高速運(yùn)動(dòng)全量視頻流AI質(zhì)量檢測(cè)、全量大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)專家系統(tǒng)及智慧物流等。

1.1 使能技術(shù)分類

本文基于Büchi等[4]的研究，結(jié)合裝配式建造業(yè)特點(diǎn)，將影響裝配式智慧建造效益的使能技術(shù)分為以下9類。

（1）智慧工廠信息化平臺(tái)系統(tǒng)S1：建立集數(shù)字化與智能化于一體的信息化管理平臺(tái)系統(tǒng)，旨在有效提高廠內(nèi)供應(yīng)鏈管理效率，切實(shí)解決管理模式與生產(chǎn)進(jìn)度不匹配的問(wèn)題。

（2）智能化設(shè)備應(yīng)用S2：智能設(shè)備是指任何一種具有計(jì)算處理能力的設(shè)備、器械或者機(jī)器。具有靈敏準(zhǔn)確的感知功能、正確的思維與判斷功能以及行之有效的執(zhí)行功能。

（3）智能生產(chǎn)線S3：根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，基于構(gòu)件生產(chǎn)流水走向設(shè)置及流水施工組織安排，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從原料進(jìn)場(chǎng)、加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，建立穩(wěn)定、高效、合格輸出的生產(chǎn)柔性（對(duì)產(chǎn)品在一定范圍內(nèi)變化的適應(yīng)性）系統(tǒng)。

（4）橫向和縱向集成S4：工業(yè)4.0提供的集成具有內(nèi)部與外部?jī)蓚€(gè)維度。橫向集成涉及公司不同區(qū)域之間的信息集成和交換?？v向集成關(guān)系到公司與供應(yīng)商和客戶的關(guān)系。

（5）大數(shù)據(jù)和云計(jì)算S5：涉及捕獲、歸檔、分析和傳播大量數(shù)據(jù)的技術(shù)，這些數(shù)據(jù)來(lái)自于公司中相互連接的產(chǎn)品、流程、機(jī)器和人員，以及公司周圍的環(huán)境。云計(jì)算技術(shù)在速度、靈活性和效率方面具有高性能的大量數(shù)據(jù)歸檔和處理能力。

（6）增材制造S6：通過(guò)制造材料層（包括塑料、陶瓷、金屬和樹脂等不同類型的材料）來(lái)制造復(fù)雜產(chǎn)品，從而無(wú)須組裝材料，如3D打印。

（7）BIM仿真模擬S7：包括在虛擬模型中再現(xiàn)物理世界，并允許操作員測(cè)試和優(yōu)化設(shè)置。用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)模仿物理世界，將新產(chǎn)品放入虛擬的生產(chǎn)環(huán)境中。在進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)前，公司可以對(duì)這些新產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，從而減少設(shè)備裝配調(diào)試的時(shí)間并提高產(chǎn)品質(zhì)量。

（8）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)S8：借助傳感器收集各種設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制，再通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入邊緣端或云端，為在線控制或離線決策提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支持。

（9）網(wǎng)絡(luò)安全S9：為提高信息系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的安全性和保密性，對(duì)系統(tǒng)上的信息流設(shè)置的安全措施。

1.2 調(diào)研目標(biāo)及對(duì)象

探討使能技術(shù)為智慧工廠帶來(lái)的綜合生產(chǎn)效益并進(jìn)行數(shù)據(jù)化評(píng)估，可以為優(yōu)化生產(chǎn)方案、普及使能技術(shù)提供參考，有利于促進(jìn)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文選取工期、質(zhì)量、安全管理水平、生產(chǎn)成本、綠色環(huán)保能效5項(xiàng)作為使能技術(shù)對(duì)裝配式智慧工廠生產(chǎn)效益提升的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

基于單因素多元方差分析（multivariate analysis of variance，MANOVA）研究工業(yè)4.0使能技術(shù)對(duì)裝配式智慧工廠生產(chǎn)效益影響程度分析時(shí)，首先邀請(qǐng)了27位福建省現(xiàn)有裝配式智慧工廠行業(yè)領(lǐng)域相關(guān)專家進(jìn)行問(wèn)卷指標(biāo)打分。收回有效問(wèn)卷21份，有效率為77.8%。表1為SPSS 26對(duì)調(diào)查對(duì)象的統(tǒng)計(jì)情況，包括調(diào)查對(duì)象在智慧工廠的工作年限、工廠類型、調(diào)查對(duì)象對(duì)使能技術(shù)的了解程度等。

表1 調(diào)查對(duì)象統(tǒng)計(jì)

1.3 指標(biāo)權(quán)重確定方法

在專家打分標(biāo)準(zhǔn)中，10級(jí)度量表雖能細(xì)致地表明調(diào)查對(duì)象的態(tài)度差異，但量級(jí)的增加會(huì)模糊每個(gè)量級(jí)的定義?；诖?，本研究結(jié)合Handbook of Survey Research等相關(guān)資料[5]，采用7級(jí)度量表對(duì)相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。其中1～7分分別代表：1不重要；2略微重要；3一般重要；4比較重要；5明顯重要；6強(qiáng)烈重要；7極其重要。

2 單因素多元方差數(shù)據(jù)分析

本文基于多元方差分析對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)的樣本均值、因變量的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)Levene方差齊性檢驗(yàn)可以得出，問(wèn)卷數(shù)據(jù)顯著性P值均大于0.05，因此，數(shù)據(jù)具有方差齊性。

表2是使能技術(shù)對(duì)生產(chǎn)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)影響重要程度比較，通過(guò)將9類使能技術(shù)對(duì)5項(xiàng)生產(chǎn)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行多重比較后可以得出：在工期指標(biāo)中，智能生產(chǎn)線與網(wǎng)絡(luò)安全具有顯著差異；在質(zhì)量指標(biāo)中，網(wǎng)絡(luò)安全、智能化設(shè)備應(yīng)用和智能生產(chǎn)線具有顯著差異；在生產(chǎn)成本指標(biāo)中，網(wǎng)絡(luò)安全、智能化設(shè)備應(yīng)用、智能生產(chǎn)線、橫向和縱向集成、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算具有顯著差異（P＜0.05）；在安全管理水平、綠色環(huán)保能效指標(biāo)中，未出現(xiàn)具有顯著差異的使能技術(shù)，因此未在表2中列出。

表2 使能技術(shù)對(duì)生產(chǎn)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)影響重要程度比較

3 結(jié)論及建議

為了更加直觀地體現(xiàn)使能技術(shù)對(duì)裝配式建造業(yè)智慧轉(zhuǎn)型的影響程度，本文基于使能技術(shù)對(duì)生產(chǎn)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)影響程度進(jìn)行比較分析，9類使能技術(shù)對(duì)5項(xiàng)生產(chǎn)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)影響程度排序結(jié)果如表3所示。

表3 9類使能技術(shù)對(duì)5項(xiàng)生產(chǎn)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)影響程度排序

對(duì)工期指標(biāo)影響程度較高的使能技術(shù)為智能生產(chǎn)線、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算、智慧工廠信息化平臺(tái)系統(tǒng)與智能化設(shè)備應(yīng)用；對(duì)質(zhì)量指標(biāo)影響程度較高的使能技術(shù)包括智能生產(chǎn)線、智能化設(shè)備應(yīng)用、智慧工廠信息化平臺(tái)系統(tǒng)；對(duì)生產(chǎn)成本指標(biāo)影響程度較高的使能技術(shù)包括智能化設(shè)備應(yīng)用、智能生產(chǎn)線、橫向和縱向集成以及大數(shù)據(jù)和云計(jì)算；對(duì)安全管理水平指標(biāo)影響程度較高的使能技術(shù)包括智能生產(chǎn)線、智能化設(shè)備應(yīng)用、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；對(duì)綠色環(huán)保能效指標(biāo)影響程度較高的使能技術(shù)包括智能生產(chǎn)線、智能化設(shè)備應(yīng)用、增材制造。

可以看出，智能生產(chǎn)線、智能化設(shè)備應(yīng)用對(duì)裝配式智慧工廠5類生產(chǎn)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響普遍較高，而網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)智慧轉(zhuǎn)型的生產(chǎn)效益影響較低。《福建省人民政府關(guān)于印發(fā)國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展試驗(yàn)區(qū)（福建）工作方案的通知》中指出，要加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)；深入實(shí)施“上云用數(shù)賦智”行動(dòng)，分行業(yè)、分區(qū)域建設(shè)一批中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型促進(jìn)中心，促進(jìn)中小微企業(yè)“上云上平臺(tái)”。針對(duì)福建省重點(diǎn)技術(shù)改造項(xiàng)目、福建省首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備項(xiàng)目制定了補(bǔ)貼、獎(jiǎng)勵(lì)等措施，這對(duì)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)型具有深遠(yuǎn)意義。其中，“上云上平臺(tái)”與使能技術(shù)體系中的智慧工廠信息化平臺(tái)系統(tǒng)、橫向和縱向集成、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算、BIM仿真模擬、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相對(duì)應(yīng)，對(duì)于裝配式智慧工廠工期縮短、質(zhì)量提升、生產(chǎn)成本降低等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有顯著影響。

然而，由于在安全管理水平、綠色環(huán)保能效指標(biāo)中未出現(xiàn)具有顯著差異的使能技術(shù)，說(shuō)明在工業(yè)4.0使能技術(shù)的框架下尚缺乏對(duì)安全及環(huán)保的足夠重視，有必要進(jìn)一步拓展兼具以人為中心及可持續(xù)的工業(yè)5.0使能技術(shù)體系[6]?；诖?，結(jié)合福建省推動(dòng)智能化轉(zhuǎn)型的相關(guān)舉措，提出以下建議。

（1）進(jìn)一步深化落實(shí)產(chǎn)業(yè)智慧轉(zhuǎn)型的配套補(bǔ)貼及激勵(lì)機(jī)制。在加快推進(jìn)智能制造進(jìn)程中提出實(shí)施“機(jī)器換工”，推廣傳感器、工業(yè)軟件、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、新型人機(jī)交互等應(yīng)用，這些升級(jí)改造需要建立在必要的補(bǔ)助基礎(chǔ)上。由于不同產(chǎn)業(yè)智慧轉(zhuǎn)型的路徑有所差異，因此在補(bǔ)貼及獎(jiǎng)勵(lì)設(shè)置時(shí)應(yīng)基于產(chǎn)業(yè)特征，進(jìn)一步細(xì)化補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)助限額及獎(jiǎng)勵(lì)措施。

（2）福州市人民政府印發(fā)的《2021年實(shí)施“數(shù)字·綠色”技術(shù)改造專項(xiàng)行動(dòng)方案》中提出了加快5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在制造業(yè)中的深度應(yīng)用，推動(dòng)高端鋼鐵、精細(xì)化工等行業(yè)關(guān)鍵工序自動(dòng)化、數(shù)字化改造，亦強(qiáng)調(diào)了基于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)綠色升級(jí)的重要性。然而，工業(yè)4.0使能技術(shù)著眼于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能制造從而實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造，缺乏探究工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)保和可持續(xù)性?；诒疚姆治鼋Y(jié)果也可以看出，目前工業(yè)4.0使能技術(shù)缺乏在綠色環(huán)保能效指標(biāo)中的顯著性對(duì)應(yīng)。因此，在裝配式建造業(yè)智慧轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，有必要進(jìn)一步將工業(yè)4.0使能技術(shù)框架升級(jí)為工業(yè)5.0使能技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)以人為中心、綠色環(huán)?？沙掷m(xù)以及具有工業(yè)韌性的目標(biāo)。