林勇建

（廣州南航建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510405）

0 引言

近年來，國家建筑行業(yè)高速發(fā)展，然而隨著建設(shè)進(jìn)入調(diào)整期，建筑業(yè)迎來進(jìn)入了由速度向質(zhì)速的轉(zhuǎn)型發(fā)展。在高質(zhì)量發(fā)展和雙碳政策的大背景下，國家大力推行裝配式建筑，國內(nèi)裝配式建筑已有初步工業(yè)化雛形，但距離建筑工業(yè)化產(chǎn)業(yè)化還有不小差距[1]。隨著大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、邊緣計(jì)算等計(jì)算機(jī)領(lǐng)域智能化技術(shù)的發(fā)展，為國內(nèi)建筑行業(yè)智慧建造和智能化管理帶來了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。將智能技術(shù)應(yīng)用于建造施工領(lǐng)域，將有力帶動建筑行業(yè)提質(zhì)增效，推動建筑行業(yè)減碳綠色高效可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。

1 建筑工業(yè)化提速發(fā)展

建筑工業(yè)化是在西方國家在二戰(zhàn)后為解決大量建造和勞動力短缺而提出的建造模式，通過提供標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化構(gòu)件的工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場裝配式組裝完成住房快速高效建設(shè)。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國內(nèi)人口紅利正在逐漸消失，建筑施工面臨勞動力短缺、人工成本高的問題。同時(shí)傳統(tǒng)的施工模式帶來的施工噪聲污染、水資源浪費(fèi)、大量固體垃圾及液氣污染等問題日益突出，為國內(nèi)建筑領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展帶來了阻力。為適應(yīng)新時(shí)代國家發(fā)展，建筑工業(yè)化發(fā)展是國內(nèi)建筑轉(zhuǎn)型的發(fā)展道路之一。目前隨著國家政策的支持和推廣應(yīng)用，我國的建筑工業(yè)化已具雛形，在構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化上也取得了一定進(jìn)展，勞動力供給市場也在適應(yīng)大環(huán)境而發(fā)生轉(zhuǎn)變，在此基礎(chǔ)上，后續(xù)更多時(shí)間、精力和研發(fā)投入，將有效助推國內(nèi)建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型。

1.1 工業(yè)化已具雛形

我國建筑工業(yè)化發(fā)展在20 世紀(jì)50 年代就已經(jīng)提出，希望通過借鑒蘇聯(lián)和歐洲的建造經(jīng)驗(yàn)，在國內(nèi)推行工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件裝配式建筑，引進(jìn)了預(yù)制板磚混結(jié)構(gòu)、預(yù)制裝配單層廠房。但受限于當(dāng)時(shí)抗震設(shè)計(jì)和生產(chǎn)建造水平，早期裝配式建造建筑在地震中毀損較為嚴(yán)重，而隨著80 年代混凝土現(xiàn)澆建造技術(shù)的成熟和便捷性，能夠符合國內(nèi)抗震設(shè)計(jì)要求和大量建設(shè)需求，再加上大量農(nóng)民工進(jìn)城，為建筑行業(yè)提供了充足的低成本勞動力，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系和建造方式得到了廣泛應(yīng)用。然而，近年來傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工方式面已無法完全適應(yīng)新時(shí)期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保要求，傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級已勢在必行，為此國家和地方均出臺相關(guān)政策支持和推動建筑工業(yè)化發(fā)展。住建部印發(fā)《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出大力發(fā)展裝配式建筑的重點(diǎn)任務(wù)，預(yù)計(jì)到2035 年，裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%以上。目前大量政府投資、國企投資已要求項(xiàng)目采用裝配式施工或者裝配式施工需達(dá)到一定比例，在需求端的帶動下，越來越多的建筑施工企業(yè)發(fā)展裝配建造施工技術(shù)。為了適應(yīng)裝配式建筑發(fā)展趨勢，眾多施工企業(yè)投資建造了裝配式構(gòu)件生產(chǎn)基地，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年國家級裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地328 個(gè)，省級產(chǎn)業(yè)基地908個(gè)，預(yù)制混凝土構(gòu)配件生產(chǎn)線2500 多條、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件生產(chǎn)線2600 多條。裝配式構(gòu)件生產(chǎn)基地蓬勃發(fā)展，為建筑施工工業(yè)化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。制造工業(yè)化生產(chǎn)的先進(jìn)管理理念如“精益管理”、質(zhì)量管控“6 西格瑪法則”等引入裝配式構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)管理中，會極大提高裝配式構(gòu)件的生效率和質(zhì)量控制水平。

1.2 構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)推動發(fā)展

裝配式構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)將帶動上游行業(yè)配套產(chǎn)業(yè)及政策發(fā)展。國家已經(jīng)在組織編制《裝配式住宅設(shè)計(jì)選型標(biāo)準(zhǔn)》《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅主要構(gòu)件尺寸指南》《住宅裝配化裝修主要部品部件尺寸指南》，結(jié)合已發(fā)布的《鋼結(jié)構(gòu)住宅主要構(gòu)件尺寸指南》，構(gòu)建“1+3”標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)體系，引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)與設(shè)計(jì)單位、施工單位就構(gòu)件和部品部件的常用尺寸進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化引領(lǐng)作用，提高裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工效率，進(jìn)一步推動全產(chǎn)鏈協(xié)同發(fā)展。模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化在裝配式建筑中的作用不言而喻，但在實(shí)際施工中存在運(yùn)輸、吊裝及成本等問題，大型構(gòu)件運(yùn)輸造成交通擁堵、高空吊裝作業(yè)難度大、耗時(shí)長等，這些問題在一定程度上制約裝配式建筑的全范圍覆蓋。但盡管如此，在政策標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)和效益驅(qū)動下，上游建筑材料供應(yīng)商將發(fā)展創(chuàng)新研發(fā)更輕型的更加適用于裝配式建筑的工業(yè)化生產(chǎn)的材料，鼓勵研發(fā)創(chuàng)新新型裝配式建筑材料，如納米級輕型碳素材料等，推動建材行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。設(shè)計(jì)研發(fā)企業(yè)也會不斷發(fā)展成熟，以更高效的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件設(shè)計(jì)為主，進(jìn)一步發(fā)展和研究裝配式設(shè)計(jì)的各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，推動行業(yè)裝配式構(gòu)件工業(yè)化發(fā)展提質(zhì)增效。建筑施工將形成以裝配式建筑為載體，協(xié)同推進(jìn)智能建造與新型建筑工業(yè)化[2-4]，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。

1.3 工人轉(zhuǎn)型提供人力保障

由于建設(shè)現(xiàn)場施工環(huán)境較為惡劣，新一代工人在職業(yè)選擇上更傾向于環(huán)境更為友好的職業(yè)，而老一輩的建筑工人隨著年齡增大，已逐步退出建筑勞動市場，建筑業(yè)勞工供給逐步萎縮，現(xiàn)有建設(shè)需求又需要大量的年輕勞動工人，建筑勞動市場上，對于優(yōu)質(zhì)的熟練的建筑技能工人如焊工、瓦工等更是一工難求，逐步推高了建筑工人勞動力價(jià)格。受此供需關(guān)系影響，建筑行業(yè)迫切求變已適應(yīng)新的市場環(huán)境，工業(yè)化生產(chǎn)促使建筑工人職業(yè)化發(fā)展是建筑行業(yè)可持續(xù)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的重要路徑。建筑工業(yè)化生產(chǎn)，使大量現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)轉(zhuǎn)移至構(gòu)件生產(chǎn)基地，現(xiàn)場施工工人向車間生產(chǎn)工人轉(zhuǎn)變，工人技能由現(xiàn)場施工操作型向車間操控型轉(zhuǎn)變，建筑工人實(shí)現(xiàn)工廠技能職業(yè)化轉(zhuǎn)型。由于裝配式建造對工業(yè)化建筑工人需求增加，驅(qū)動建筑勞動教育及技能培訓(xùn)發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變，由以前現(xiàn)場施工技能培訓(xùn)轉(zhuǎn)變?yōu)楣S工業(yè)生產(chǎn)技能培訓(xùn)和現(xiàn)場模塊裝配組合技能培訓(xùn)，以滿足新型產(chǎn)業(yè)化下的技能需求。隨著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展逐步壯大成為市場主流，建筑勞動力價(jià)格和供求關(guān)系也將發(fā)生變化，對傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工的工人需求和價(jià)格都將逐步下降，對工業(yè)化生產(chǎn)的工人需求和勞動力價(jià)格將日益上升。工人對工業(yè)化生產(chǎn)的建筑施工觀念和態(tài)度也將發(fā)展轉(zhuǎn)變，越來越多的勞動力進(jìn)入建筑工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域，適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的建筑工人將在市場和技能培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的培育下逐漸滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求，進(jìn)入建筑工人職業(yè)化發(fā)展時(shí)代。建筑工人職業(yè)化對行業(yè)發(fā)展形成正向反饋和激勵，為建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新發(fā)展提供人才和人力資本保障[5]。

2 智慧建造技術(shù)廣泛應(yīng)用

智慧建造可有效提高勞動生產(chǎn)率、降低人工成本，是降低建筑施工成本、提高施工質(zhì)量的高效手段。為推動智慧建造發(fā)展，住建部等多部門頒發(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》，該意見是適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和提高全行業(yè)生產(chǎn)效率提高的重要政策，打破智慧建造與裝配式建造結(jié)合的政策壁壘，推動智慧建造在全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用和指導(dǎo)作用，有效倡導(dǎo)上下游在智能建造的研發(fā)與聯(lián)動。隨著智慧建造研發(fā)不斷進(jìn)步，智慧建造在資本和市場的加持下，將迎來更快更高質(zhì)量的發(fā)展，智慧規(guī)劃設(shè)計(jì)、智慧裝備施工技術(shù)及智能運(yùn)營等技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用更為廣闊。

2.1 BIM 設(shè)計(jì)建造智能化

BIM 技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)云計(jì)算等計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展，為智慧規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，BIM 技術(shù)軟件的日趨成熟。作為建設(shè)領(lǐng)域的數(shù)字化技術(shù)，國內(nèi)眾多企業(yè)研發(fā)BIM 技術(shù)，且已在國內(nèi)進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，BIM正向設(shè)計(jì)已逐步成為行業(yè)主流，將BIM 技術(shù)與國土空間規(guī)劃有機(jī)融合，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)遵循城市總體發(fā)展規(guī)劃思想，有效踐行開放、共享、綠色的發(fā)展理念，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃方案-方案設(shè)計(jì)-初步設(shè)計(jì)-施工圖設(shè)計(jì)-施工模擬-竣工交付-后期運(yùn)營管理全周期BIM 智能化設(shè)計(jì)。通過三維可視化設(shè)計(jì)控制，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)方案創(chuàng)新方面的技術(shù)配置，增加方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性和創(chuàng)新性。通過設(shè)計(jì)共享和設(shè)計(jì)協(xié)同，增加不同專業(yè)設(shè)計(jì)的交互配合，減少不同專業(yè)碰撞，促進(jìn)建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)合理布局，解決通風(fēng)管道、電氣管道及給排水管道等管線碰撞，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管線穿越預(yù)留孔洞。增加BIM 設(shè)計(jì)模度細(xì)數(shù)，將BIM 技術(shù)與裝配式施工、施工技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用三維幾何+時(shí)間+成本五維模型模擬全過程施工進(jìn)度和施工工藝，通過模擬幫助管理人員獲悉和掌握施工過程的重難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)事項(xiàng)，優(yōu)化改良施工方案，根據(jù)模擬結(jié)果和優(yōu)化模擬模型制定應(yīng)對措施，參照模型對勞動力、材料、機(jī)械的需求，在實(shí)際施工時(shí)合理組織勞動力、材料及機(jī)械的進(jìn)出場，優(yōu)化施工工藝和施工工序，科學(xué)高效指導(dǎo)現(xiàn)場智能化施工。

2.2 建造裝備智能化

人工智能、機(jī)器人、智能裝備、3D 技術(shù)的發(fā)展為智慧建造提供了實(shí)現(xiàn)的土壤。在政策與市場的支持下，目前出現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的智能建造裝備企業(yè)，德國已有利用智能機(jī)器人砌墻抹灰的案例，國內(nèi)已有企業(yè)研發(fā)試點(diǎn)出布料、噴涂、貼磚等智能機(jī)器人，有的能在建筑結(jié)構(gòu)中利用人工網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康檢測；在施工過程中應(yīng)用人工智能機(jī)械手臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)安裝。國家也在重點(diǎn)普及推廣測量機(jī)器人和智能測量工具，例如應(yīng)用土方測量無人機(jī)，高效低成本采集地形信息后，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成土石方工程量快速計(jì)算；應(yīng)用智能測量機(jī)器人，自動進(jìn)行測量放線放點(diǎn)，通過點(diǎn)線面掃描數(shù)據(jù)，檢查模板、墻面及各類施工的精準(zhǔn)度。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和研發(fā)深化，在建造施工領(lǐng)域的智能設(shè)備將越來越多，利用智能化機(jī)器人實(shí)現(xiàn)材料運(yùn)輸、布料、高空作業(yè)等施工環(huán)節(jié)，既提高效率，又減少現(xiàn)場安全風(fēng)險(xiǎn)，加大智能機(jī)械設(shè)備開發(fā)，研發(fā)智能塔吊、智能升降平臺等機(jī)械設(shè)備，提高施工質(zhì)量和效率；將3D 打印技術(shù)融合到施工機(jī)器人或智能機(jī)械裝備中，利用3D 技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場細(xì)部填充、縫隙填補(bǔ)和交接處的加固等，減少不同材料屬性引發(fā)使用問題，形成一體化施工工藝。在施工的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，通過人與機(jī)器人、智能設(shè)備協(xié)同效應(yīng)，將人腦與人工智能結(jié)合，進(jìn)一步提升智能建造的水平，推動建筑建造的產(chǎn)業(yè)化升級，助推建筑產(chǎn)業(yè)鏈的延伸。智能機(jī)器人、智能裝備的成熟和推廣應(yīng)用，會大大提高建筑施工的效率、質(zhì)量、環(huán)保。

3 智能化管理顯著提升

大數(shù)據(jù)計(jì)算、智能感應(yīng)設(shè)備、BIM 技術(shù)、智慧建造等技術(shù)發(fā)展應(yīng)用將顯著提升建筑行業(yè)智能化管理水平。目前國有已有眾多智能化管理系統(tǒng)平臺，各大公司也借助于現(xiàn)有BIM 技術(shù)和手機(jī)等終端設(shè)備驗(yàn)收基于現(xiàn)有技術(shù)的智能化管理信息系統(tǒng)，緊緊圍繞“平臺建設(shè)、管理升級、運(yùn)營增效”三大主線，打破傳統(tǒng)“設(shè)計(jì)-采購-施工-結(jié)算”串聯(lián)的作業(yè)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸O(shè)計(jì)+采購+施工+結(jié)算”的共享協(xié)同模式，形成一套數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)的數(shù)字基建項(xiàng)目管理平臺，助力提升現(xiàn)有管理水平。

3.1 智能化現(xiàn)場管理

信息系統(tǒng)結(jié)合智能化終端設(shè)備，有效實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目現(xiàn)場智能化管理，大大提高現(xiàn)場管理效率和質(zhì)量。通過系統(tǒng)和人臉識別終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)勞務(wù)實(shí)名制管理，將勞務(wù)人員信息建立基本數(shù)據(jù)庫，將該數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于各個(gè)場景，如工人進(jìn)出場門閘，工人違規(guī)操作識別后自動記錄在案，形成對定向工人安全操作教育等，利用工人信息數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)工人工作量計(jì)取和工人工資定向?qū)崟r(shí)發(fā)放。建立智能塔吊可視系統(tǒng)，基于硬件智能可視化終端采集+云端數(shù)據(jù)分析，利用塔吊高空視角，監(jiān)控全場作業(yè)情況，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)施傳輸?shù)綌?shù)據(jù)信息信息處理中心，數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)異常情況，通過終端設(shè)備實(shí)時(shí)發(fā)出提醒及警報(bào)。在圍蔽和現(xiàn)場重點(diǎn)區(qū)域布置環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測現(xiàn)場施工揚(yáng)塵濃度、噪音數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)，自動觸發(fā)降塵噴霧設(shè)備工作，有效降低環(huán)境污染。將現(xiàn)有的基坑監(jiān)測和高支模監(jiān)測技術(shù)與智能化系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)測沉降、位移等數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)超限時(shí)，將報(bào)警信息以多種形式通過現(xiàn)場布置的各類終端設(shè)備發(fā)出，管理人員和施工作業(yè)人員能夠第一時(shí)間獲悉危險(xiǎn)信息，做到有序撤離和及時(shí)妥善處置，預(yù)防安全事故發(fā)生。

3.2 智能物聯(lián)供應(yīng)鏈管理

隨著BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)智能4.0 的發(fā)展和計(jì)算機(jī)算力的提高，BIM+物聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)4.0 技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能物聯(lián)供應(yīng)管理。通過BIM 技術(shù)系統(tǒng)數(shù)字模擬施工過程后，應(yīng)用信息系統(tǒng)收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，現(xiàn)場實(shí)際情況數(shù)據(jù)反饋到BIM 施工模擬模型，將實(shí)際數(shù)據(jù)與模擬施工過程對比，系統(tǒng)自動組織調(diào)配人員、材料、機(jī)械等資源。借助系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)智能4.0 技術(shù)互聯(lián)，系統(tǒng)可直接根據(jù)BIM 模型數(shù)據(jù)下達(dá)指令，傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)和工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，工廠ERP 系統(tǒng)收獲指令自動生產(chǎn)，調(diào)度物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，規(guī)劃產(chǎn)品運(yùn)輸路線，將產(chǎn)品運(yùn)輸配送到現(xiàn)場實(shí)施安裝，實(shí)現(xiàn)工地需求-工廠生產(chǎn)-物聯(lián)運(yùn)輸-工地安裝全鏈條全自動化智能物聯(lián)供應(yīng)管理。通過智能建造和機(jī)器人技術(shù)及3D 打印技術(shù)，數(shù)字化系可以實(shí)時(shí)統(tǒng)指揮統(tǒng)籌控制現(xiàn)場施工，智能化管理系統(tǒng)成為整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的智慧大腦和指揮中心，通過智能終端設(shè)備與智能化管理系統(tǒng)相合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控及糾偏，逐步實(shí)現(xiàn)全自動化智能建造和管理。

4 結(jié)語

工業(yè)化、智慧建造和智能化是建筑行業(yè)適應(yīng)新發(fā)展環(huán)境和需求可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑，是建筑行業(yè)自我變革轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵，盡管目前其轉(zhuǎn)型發(fā)展還處于基礎(chǔ)起步階段，但在國家政策、社會需求和人才培養(yǎng)的驅(qū)動下，將迎來更大的進(jìn)步和更廣闊的發(fā)展空間，并在發(fā)展的基礎(chǔ)上繼續(xù)在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展上發(fā)揮支柱作用。同時(shí)，建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級將帶動上下游產(chǎn)業(yè)、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)、智能系統(tǒng)的更新迭代，通過行業(yè)先進(jìn)技術(shù)和管理變革，推動行業(yè)領(lǐng)域甚至整個(gè)社會經(jīng)濟(jì)低碳高質(zhì)量發(fā)展。