林勇建

（广州南航建设有限公司，广东 广州 510405）

0 引言

近年来，国家建筑行业高速发展，然而随着建设进入调整期，建筑业迎来进入了由速度向质速的转型发展。在高质量发展和双碳政策的大背景下，国家大力推行装配式建筑，国内装配式建筑已有初步工业化雏形，但距离建筑工业化产业化还有不小差距[1]。随着大数据、云技术、边缘计算等计算机领域智能化技术的发展，为国内建筑行业智慧建造和智能化管理带来了良好的发展基础。将智能技术应用于建造施工领域，将有力带动建筑行业提质增效，推动建筑行业减碳绿色高效可持续高质量发展。

1 建筑工业化提速发展

建筑工业化是在西方国家在二战后为解决大量建造和劳动力短缺而提出的建造模式，通过提供标准化设计、模块化构件的工厂生产和现场装配式组装完成住房快速高效建设。随着我国社会经济发展，国内人口红利正在逐渐消失，建筑施工面临劳动力短缺、人工成本高的问题。同时传统的施工模式带来的施工噪声污染、水资源浪费、大量固体垃圾及液气污染等问题日益突出，为国内建筑领域进一步发展带来了阻力。为适应新时代国家发展，建筑工业化发展是国内建筑转型的发展道路之一。目前随着国家政策的支持和推广应用，我国的建筑工业化已具雏形，在构件标准化上也取得了一定进展，劳动力供给市场也在适应大环境而发生转变，在此基础上，后续更多时间、精力和研发投入，将有效助推国内建筑工业化转型。

1.1 工业化已具雏形

我国建筑工业化发展在20 世纪50 年代就已经提出，希望通过借鉴苏联和欧洲的建造经验，在国内推行工厂化、标准化预制构件装配式建筑，引进了预制板砖混结构、预制装配单层厂房。但受限于当时抗震设计和生产建造水平，早期装配式建造建筑在地震中毁损较为严重，而随着80 年代混凝土现浇建造技术的成熟和便捷性，能够符合国内抗震设计要求和大量建设需求，再加上大量农民工进城，为建筑行业提供了充足的低成本劳动力，现浇结构体系和建造方式得到了广泛应用。然而，近年来传统的现浇施工方式面已无法完全适应新时期的经济发展和环保要求，传统建筑产业转型升级已势在必行，为此国家和地方均出台相关政策支持和推动建筑工业化发展。住建部印发《“十四五”建筑业发展规划》，提出大力发展装配式建筑的重点任务，预计到2035 年，装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上。目前大量政府投资、国企投资已要求项目采用装配式施工或者装配式施工需达到一定比例，在需求端的带动下，越来越多的建筑施工企业发展装配建造施工技术。为了适应装配式建筑发展趋势，众多施工企业投资建造了装配式构件生产基地，据统计，2020 年国家级装配式建筑产业基地328 个，省级产业基地908个，预制混凝土构配件生产线2500 多条、钢结构构件生产线2600 多条。装配式构件生产基地蓬勃发展，为建筑施工工业化生产提供了基础。制造工业化生产的先进管理理念如“精益管理”、质量管控“6 西格玛法则”等引入装配式构件工业化生产管理中，会极大提高装配式构件的生效率和质量控制水平。

1.2 构件标准推动发展

装配式构件的工业化生产将带动上游行业配套产业及政策发展。国家已经在组织编制《装配式住宅设计选型标准》《装配式混凝土结构住宅主要构件尺寸指南》《住宅装配化装修主要部品部件尺寸指南》，结合已发布的《钢结构住宅主要构件尺寸指南》，构建“1+3”标准化设计和生产体系，引导生产企业与设计单位、施工单位就构件和部品部件的常用尺寸进行协调统一，发挥标准化引领作用，提高装配式建筑设计、生产、施工效率，进一步推动全产链协同发展。模块化、标准化在装配式建筑中的作用不言而喻，但在实际施工中存在运输、吊装及成本等问题，大型构件运输造成交通拥堵、高空吊装作业难度大、耗时长等，这些问题在一定程度上制约装配式建筑的全范围覆盖。但尽管如此，在政策标准引领和效益驱动下，上游建筑材料供应商将发展创新研发更轻型的更加适用于装配式建筑的工业化生产的材料，鼓励研发创新新型装配式建筑材料，如纳米级轻型碳素材料等，推动建材行业创新发展。设计研发企业也会不断发展成熟，以更高效的标准化构件设计为主，进一步发展和研究装配式设计的各项先进技术，推动行业装配式构件工业化发展提质增效。建筑施工将形成以装配式建筑为载体，协同推进智能建造与新型建筑工业化[2-4]，促进建筑产业转型升级和高质量发展。

1.3 工人转型提供人力保障

由于建设现场施工环境较为恶劣，新一代工人在职业选择上更倾向于环境更为友好的职业，而老一辈的建筑工人随着年龄增大，已逐步退出建筑劳动市场，建筑业劳工供给逐步萎缩，现有建设需求又需要大量的年轻劳动工人，建筑劳动市场上，对于优质的熟练的建筑技能工人如焊工、瓦工等更是一工难求，逐步推高了建筑工人劳动力价格。受此供需关系影响，建筑行业迫切求变已适应新的市场环境，工业化生产促使建筑工人职业化发展是建筑行业可持续转型升级发展的重要路径。建筑工业化生产，使大量现场生产作业转移至构件生产基地，现场施工工人向车间生产工人转变，工人技能由现场施工操作型向车间操控型转变，建筑工人实现工厂技能职业化转型。由于装配式建造对工业化建筑工人需求增加，驱动建筑劳动教育及技能培训发生相应转变，由以前现场施工技能培训转变为工厂工业生产技能培训和现场模块装配组合技能培训，以满足新型产业化下的技能需求。随着产业化发展逐步壮大成为市场主流，建筑劳动力价格和供求关系也将发生变化，对传统现浇施工的工人需求和价格都将逐步下降，对工业化生产的工人需求和劳动力价格将日益上升。工人对工业化生产的建筑施工观念和态度也将发展转变，越来越多的劳动力进入建筑工业化生产领域，适应工业化生产的建筑工人将在市场和技能培训机构的培育下逐渐满足工业化生产需求，进入建筑工人职业化发展时代。建筑工人职业化对行业发展形成正向反馈和激励，为建筑工业化转型和创新发展提供人才和人力资本保障[5]。

2 智慧建造技术广泛应用

智慧建造可有效提高劳动生产率、降低人工成本，是降低建筑施工成本、提高施工质量的高效手段。为推动智慧建造发展，住建部等多部门颁发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，该意见是适应行业发展和提高全行业生产效率提高的重要政策，打破智慧建造与装配式建造结合的政策壁垒，推动智慧建造在全产业链的应用和指导作用，有效倡导上下游在智能建造的研发与联动。随着智慧建造研发不断进步，智慧建造在资本和市场的加持下，将迎来更快更高质量的发展，智慧规划设计、智慧装备施工技术及智能运营等技术的发展应用更为广阔。

2.1 BIM 设计建造智能化

BIM 技术、人工智能和大数据云计算等计算领域的发展，为智慧规划和设计提供了技术基础，BIM 技术软件的日趋成熟。作为建设领域的数字化技术，国内众多企业研发BIM 技术，且已在国内进行试点应用，BIM正向设计已逐步成为行业主流，将BIM 技术与国土空间规划有机融合，运用大数据分析，设计遵循城市总体发展规划思想，有效践行开放、共享、绿色的发展理念，实现规划方案-方案设计-初步设计-施工图设计-施工模拟-竣工交付-后期运营管理全周期BIM 智能化设计。通过三维可视化设计控制，统筹设计方案创新方面的技术配置，增加方案设计的科学性和创新性。通过设计共享和设计协同，增加不同专业设计的交互配合，减少不同专业碰撞，促进建筑、结构专业合理布局，解决通风管道、电气管道及给排水管道等管线碰撞，指导结构设计管线穿越预留孔洞。增加BIM 设计模度细数，将BIM 技术与装配式施工、施工技术结合，应用三维几何+时间+成本五维模型模拟全过程施工进度和施工工艺，通过模拟帮助管理人员获悉和掌握施工过程的重难点和风险事项，优化改良施工方案，根据模拟结果和优化模拟模型制定应对措施，参照模型对劳动力、材料、机械的需求，在实际施工时合理组织劳动力、材料及机械的进出场，优化施工工艺和施工工序，科学高效指导现场智能化施工。

2.2 建造装备智能化

人工智能、机器人、智能装备、3D 技术的发展为智慧建造提供了实现的土壤。在政策与市场的支持下，目前出现了一大批优秀的智能建造装备企业，德国已有利用智能机器人砌墙抹灰的案例，国内已有企业研发试点出布料、喷涂、贴砖等智能机器人，有的能在建筑结构中利用人工网络神经进行结构健康检测；在施工过程中应用人工智能机械手臂进行结构安装。国家也在重点普及推广测量机器人和智能测量工具，例如应用土方测量无人机，高效低成本采集地形信息后，自动进行数据处理，完成土石方工程量快速计算；应用智能测量机器人，自动进行测量放线放点，通过点线面扫描数据，检查模板、墙面及各类施工的精准度。随着技术不断进步和研发深化，在建造施工领域的智能设备将越来越多，利用智能化机器人实现材料运输、布料、高空作业等施工环节，既提高效率，又减少现场安全风险，加大智能机械设备开发，研发智能塔吊、智能升降平台等机械设备，提高施工质量和效率；将3D 打印技术融合到施工机器人或智能机械装备中，利用3D 技术进行施工现场细部填充、缝隙填补和交接处的加固等，减少不同材料属性引发使用问题，形成一体化施工工艺。在施工的重点环节，通过人与机器人、智能设备协同效应，将人脑与人工智能结合，进一步提升智能建造的水平，推动建筑建造的产业化升级，助推建筑产业链的延伸。智能机器人、智能装备的成熟和推广应用，会大大提高建筑施工的效率、质量、环保。

3 智能化管理显著提升

大数据计算、智能感应设备、BIM 技术、智慧建造等技术发展应用将显著提升建筑行业智能化管理水平。目前国有已有众多智能化管理系统平台，各大公司也借助于现有BIM 技术和手机等终端设备验收基于现有技术的智能化管理信息系统，紧紧围绕“平台建设、管理升级、运营增效”三大主线，打破传统“设计-采购-施工-结算”串联的作业模式，转变为“设计+采购+施工+结算”的共享协同模式，形成一套数据共享、业务协调的数字基建项目管理平台，助力提升现有管理水平。

3.1 智能化现场管理

信息系统结合智能化终端设备，有效实现项目现场智能化管理，大大提高现场管理效率和质量。通过系统和人脸识别终端设备，实现劳务实名制管理，将劳务人员信息建立基本数据库，将该数据库应用于各个场景，如工人进出场门闸，工人违规操作识别后自动记录在案，形成对定向工人安全操作教育等，利用工人信息数据库实现工人工作量计取和工人工资定向实时发放。建立智能塔吊可视系统，基于硬件智能可视化终端采集+云端数据分析，利用塔吊高空视角，监控全场作业情况，将现场数据实施传输到数据信息信息处理中心，数据分析发现异常情况，通过终端设备实时发出提醒及警报。在围蔽和现场重点区域布置环境监测设备，监测现场施工扬尘浓度、噪音数据，当数据超标时，自动触发降尘喷雾设备工作，有效降低环境污染。将现有的基坑监测和高支模监测技术与智能化系统结合，实时监测沉降、位移等数据，当数据超限时，将报警信息以多种形式通过现场布置的各类终端设备发出，管理人员和施工作业人员能够第一时间获悉危险信息，做到有序撤离和及时妥善处置，预防安全事故发生。

3.2 智能物联供应链管理

随着BIM 技术、物联网技术、工业智能4.0 的发展和计算机算力的提高，BIM+物联网+工业4.0 技术实现智能物联供应管理。通过BIM 技术系统数字模拟施工过程后，应用信息系统收集现场数据，现场实际情况数据反馈到BIM 施工模拟模型，将实际数据与模拟施工过程对比，系统自动组织调配人员、材料、机械等资源。借助系统与物联网技术、工业智能4.0 技术互联，系统可直接根据BIM 模型数据下达指令，传输到物联网和工业生产系统，工厂ERP 系统收获指令自动生产，调度物联网技术，规划产品运输路线，将产品运输配送到现场实施安装，实现工地需求-工厂生产-物联运输-工地安装全链条全自动化智能物联供应管理。通过智能建造和机器人技术及3D 打印技术，数字化系可以实时统指挥统筹控制现场施工，智能化管理系统成为整个项目建设的智慧大脑和指挥中心，通过智能终端设备与智能化管理系统相合，实现现场实时监测监控及纠偏，逐步实现全自动化智能建造和管理。

4 结语

工业化、智慧建造和智能化是建筑行业适应新发展环境和需求可持续高质量发展的重要路径，是建筑行业自我变革转型升级的关键，尽管目前其转型发展还处于基础起步阶段，但在国家政策、社会需求和人才培养的驱动下，将迎来更大的进步和更广阔的发展空间，并在发展的基础上继续在社会经济发展上发挥支柱作用。同时，建筑行业的转型升级将带动上下游产业、机器人产业、智能系统的更新迭代，通过行业先进技术和管理变革，推动行业领域甚至整个社会经济低碳高质量发展。