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智能时代的建筑业 科技的盛宴

2019-08-04耿秋

中国新时代 2019年7期
关键词:建筑业建筑行业装配式

耿秋

未来建筑,一直是科幻题材中一个不可或缺的元素,然而,曾经的大胆臆想,如今随着科技的发展,建筑行业的先行者正在把想象变成现实道路上的一大步。在新技术以及政策的推动下,一场围绕建筑行业的变革也正在悄然兴起。

1927年,德国上映了一部无声电影——《大都会》(Metropolis),它被公认为是科幻电影史上里程碑式的作品。这部电影中的建筑具有明显的未来主义建筑元素,反复出现的模块化组合方式、堆叠向上的生长方式、错落有致的形体……这便是近百年前对于21世纪的大胆预言和臆想。

91年后,在2018年上映的《头号玩家》《复仇者联盟3》《黑豹》等科幻电影中,镜头里同样充斥着对未来建筑的大胆设想,镜头里满是环保、便利、高颜值的科技建筑。

未来建筑,一直是科幻题材中一个不可或缺的元素,然而,曾经的大胆臆想,如今随着科技的发展,建筑行业的先行者正在把想象逐渐变成现实。

位于深圳南山区科技园内、后海大道与滨海大道交汇处的腾讯滨海大厦,是腾讯的全球新总部大厦。这座处处体现着未来感和科技范的大楼,建设年限为2011年至2016年,总投资18.0145亿元,占地面积18650平方米,建筑面积约35万平方米,获得了LEED NC(源自美国的国际性绿色建筑认证系统)金级认证。

这是一座采用了物联网和人工智能技术,集数字化、智能化于一体的智慧大厦:员工不用刷卡直接“刷脸”即可进入;用手机召唤的智能电梯;访客在大堂等待时可通过手机与AR、VR设备进行多种互动;在大厦内部走动时,室内精准定位技术可以准确到1米内;下班后,打通QQ账号的智能寻车导航系统,帮助员工顺利快速地开车回家……

不仅如此,神奇的地方还有很多,比如根据节假日(和管理员心情)变化的表情大屏, 回收IT机房热量来维持恒温的游泳池,按照深圳日照规律设计、自带遮阳系统的大楼墙体,依据“海绵城市”理念打造的空中花园和循环系统……

这一切仿佛让人误以为仍置身于科幻电影中,但这些曾经的未来建筑的确已从臆想变成了现实。

从智能手机到智能家居,从无人机到无人驾驶,新的技术和产业升级正在席卷着各行各业,早期科幻电影中的很多幻想都成为了现实,智能手表、铁皮船、机器人、不用火就能做饭的灶具、水管里自己出来的水、手机、飞机、飞船,等等。

在新技术以及政策的推动下,一场围绕建筑行业的变革也正在悄然兴起。

传统的重型行业

建筑行业是一个古老的重型行业,是国民经济的重要物质生产部门。它与整个国家经济的发展、人民生活的改善有着密切的关系。改革开放以来,我国经济飞速发展,作为我国重要的物质生产部门,建筑业也经历了一个高速发展的过程,在国民经济中所占比重不断提升,而且支柱产业的支撑作用越来越明显。

人类从出现就没有停止过建造居所。从穴居人到现代文明,人类经历了时代的变迁,文化的进步,而居所也从洞穴变成了高楼大厦。建筑物的功能,也从简单的挡风遮雨,变成了人们为了满足社会生活需要,运用一定的科学规律和美学法则创造的人工环境。

鸦片战争后,随着通商口岸的开放,出现了外商经营的营造公司,带来了建筑业的组织形式和经营方式,一些与外商接触较早的包工头逐步变成建筑业的厂商。第一次世界大战爆发后,民族工业有所发展,建筑业也渐渐兴盛起来,并有能力承包高层建筑。

但整体来说,当时中国的建筑业还很落后。在1933年的国民收入中,农业占61%,工业占10.3%,建筑业仅占1.1%;1934年是新中国成立之前中国建筑业生产水平最高的一年,其净产值在国民收入中也仅占1.4%。

不过,有目共睹的是,中华人民共和国成立之后,尤其是改革开放40年来,中国建筑业无论是在规模上,还是在管理和技术上都上了一个大台阶,都可以与世界先进水平相提并论。

事实上,建筑业是我国最早进入市场经济、改革开放后市场化程度较高的行业。经过40年的持续发展,行业实力和地位、对经济社会的贡献都得到了显著提升。我国不仅已经发展成为建筑大国,而且还向早日建成建筑强国的目标迈出了坚实步伐。

数据显示,截至2018年中国建筑业总产值达23.5万亿元,同比增长9.9%。预计2019年中国建筑行业总产值将突破25万亿元,未来5年年均复合增長率约为7.08%,并在2023年中国建筑行业总产值有望达到33.05万亿元左右。

改革开放40年来,我国建筑业的产业规模不断扩大,带动了大量关联产业,已成为国民经济的重要支柱产业。

作为一个传统的重型行业,建筑业一直是劳动密集型行业的代表。建筑业产业规模的扩大,带动了建筑业从业人数的增加。

国家统计局通报的第一次全国经济普查结果显示,在单位就业人员中,建筑业有2792.6万人,占13.0%;在第二次全国经济普查中,建筑业占14.3%;在第三次全国经济普查中,建筑业占14.9%,仅次于制造业,均位列第二。

中国建筑业协会公布的数据显示,自2009年以来,建筑业增加值占国内生产总值的比例始终保持在6.5%以上,2018年达到了6.87%的较高点。2018年年底,全社会就业人员总数77586万人,其中,建筑业从业人数5563.3万人,比2017年年末增加26.4万人,增长0.48%。建筑业从业人数占全社会就业人员总数的7.17%,比2017年提高0.04个百分点,占比再创新高。

事实上,自改革开放以来,建筑业吸纳了大量劳动力,为缓解中国就业压力,特别是为解决农村剩余劳动力转移、促进农村产业结构的调整、推进新型城镇化建设、维护社会稳定和应届毕业生就业等方面,发挥着积极显著的作用。

但相对而言,作为一个传统的、重型的、劳动力密集的基础行业,建筑行业中小型企业比较多,而且比较分散,企业信息化建设起步较晚,信息化水平较低,建造方式相对落后。随着能源紧缺、高污染、劳动力短缺等问题凸显,传统粗放的生产方式已不能适应当今时代的发展要求。

传统建筑业体量大、建设周期长、资金投入大、项目地点分散、多专业、多关系方、流动性强等典型特征,项目数据和企业数据互不相通,无论建筑业的工业化和信息化都明显落后于其他产业。

有业内人士指出,“在建筑生产和全生命周期的管理中,扔掉的钱比花掉的钱还多。”建筑业产业链冗长、离散,涉及企业多,本身的业态从设计、建造、施工到部品供应,加上前期工业化产品的生产,每一个过程都是相互割裂的。不同的工种产生不同的文件,导致重复工作和反复协调,有专家统计,单单这一个过程就会产生30%的浪费。

随着政策的推动和技术的进一步成熟,一场围绕建筑产业的转型升级大赛开始上演。中国建筑业与建筑企业必须积极转型升级,才能赢得生存和发展空间。

有专家指出,随着日益增长的建筑需求及科学技术大变革的趋势,建筑产业唯有顺势而为,主动拥抱变革,形成以绿色化为发展理念,以工业化为发展方式,以信息化为发展手段,以标准化为发展保障的核心发展路径,才能实现建筑业的转型升级与高质量发展。

对于这样一个集中、周期长、基数巨大的行业来说,工业化和信息化带来了前所未有的机遇与挑战。

智能时代的工业化

改革开放以来,我国建筑业取得了迅猛发展。但与建筑业高度繁荣形成强烈反差的是,我国建筑业的劳动生产率依然很低。

究其原因,主要因为我国建筑行业过多地使用手工作业,而发达国家则大量使用机械设备和预制构件。而传统建筑生产方式的劳动生产率并不高,难以适应建筑行业高速发展的需要,需要一种新的、先进的建筑生产方式来改变这种现状,而建筑工业化就是这种新的生产方式。

建筑工业化则与传统施工的现场作业不同。建筑工业化采用预制构配件生产工厂化、现场施工机械化、组织管理科学化的建设模式,能够有效提高工程建设效率和建筑工人的劳动生产率,促进工程建设现代化。

简而言之,建筑工业化就是像造车一样造房子,像《大都会》(Metropolis)里所幻想的一样,像搭积木一样盖房子。

据业内人士介绍,相比传统建筑方式,智能装配式建筑所需要的劳动力能够减少30%以上,总工程的施工期也可以缩短30%,建筑垃圾可以减少80%以上。但这一产业在我国普及率并不高。

装配式建筑是实现建筑工业化的重要手段,和传统建筑的最大区别就是在工厂完成板、柱、梁等相关建筑预配构件生产,施工现场只需进行专业装配,实现建筑物拼接等工作,替代了传统钢筋混凝土现浇作业。

中国建筑金属结构协会会长郝际平认为,装配式钢结构建筑切合我国当前国情的发展需要,符合我国建筑行业绿色发展和生态文明建设的长远目标,能够促进我国建筑业回归产业化,真正走上实现现代化的发展道路。

事实上,早在2016年,国务院办公厅印发的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》就指出,要以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区,常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区,因地制宜发展装配式建筑;力争用10年左右的时间,使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。

2017年,住建部印发的《“十三五”装配式建筑行动方案》指出,到2020年,培育50个以上装配式建筑示范城市,全国装配式建筑占新建建筑的比例将达到15%以上。

装配式建筑作为一种新兴建筑施工方法,速度快、能耗低且受气候条件制约小,不仅能提高建筑质量,还将提升群众生活品质,代表了处于转型期的中国建筑業的未来发展方向。

随着各地落地细则的出台,行业的发展步入到了政策红利期,过去十几年发展不温不火的装配式建筑迎来一轮新的风口。据前瞻产业研究院测算,2020年我国装配式建筑市场规模将超过2万亿元,2025年将达到4.7万亿元。

在中国铁建旗下某个项目现场,没有随处堆放的建筑用材和机器的轰鸣,几位工人指挥着塔吊将一块墙体构件吊升至几十米的高楼上进行拼装,转眼的功夫就严丝合缝安装到位。这种从传统的“设计-现场施工”模式转变为“设计-工厂制造-现场装配”模式,让该项目总施工工期节省了30%,施工人员数量减少了20%;不仅如此,蜂窝麻面等常见质量缺陷也得到了有效控制,建筑垃圾大幅减少,降低了对周边单位和居民的噪声影响,保护了生态环境。

新型住宅制造工业企业远大住工的总裁唐芬表示:“一个比较直观的数据是,做100万平方米的绿色工业化建筑,就可以减少30万棵大树的砍伐。”

这种工厂里“造部件”、工地上“搭积木”的绿色“拼装”背后,是一场建筑业的技术革新和产业升级,它将为我国建筑业带来以绿色高效为特点的从手工“建造”到工业“制造”的跨越。

而“互联网+”作为一种新的经济形态,将在其中充分发挥对于资源配置中的优化和集成作用。伴随着BIM技术的成熟,3D打印等高科技技术手段进入建筑领域,未来的工业化建筑完全有可能实现大师们最初的设想“像制造汽车一样制造住宅产品”,甚至留给我们更多的想象空间。

数字化的未来

当互联网变成基础设施时,每一家企业都将是大数据企业,未来的建筑行业也不能例外。

麦肯锡发布的研究报告《想象建筑业数字化的未来》指出了建筑行业的实际情况:自20世纪90年代中期以后,建筑行业生产效率呈一定程度的下滑,而承包商的利润率一直相对较低且不稳定。换句话说,建筑业的生产力跟不上整个经济发展的进程。建筑行业在技术和管理方面长期墨守成规,研发和相关技术的投资不到总投资的1%,而这个比例在汽车、航空和信息技术领域可达3.5%?4.7%。

数据显示,近10年来,建筑业产值利润率(利润总额与总产值之比)一直在3.5%上下徘徊。2018年,建筑业产值利润率为3.5%,比2017年降低了0.05个百分点,连续两年出现下滑。

麦肯锡咨询公司高级合伙人Dr.-Ing. Gernot Strube在作主题演讲时表示:“追溯全球发展进程,建筑业曾是技术创新的领导者。放眼现在,建筑业已经远远地落后于其他行业。现代农业、制造业、零售业的过去与现在已经发生了翻天巨变,但是如果你对比几年前的建筑现场以及今天的建筑现场,很难发现任何变化。建筑业几乎是所有行业中数字化程度最低的,我们投入产品研发和信息化的支出占比少之可怜。”

早在2016年,住建部就印发了《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》,旨在增强建筑业信息化发展能力,优化建筑业信息化发展环境,加快推动信息技术与建筑业发展深度融合,充分发挥信息化的引领和支撑作用,塑造建筑业新业态。

建筑业是一个不缺数据的行业,因为建筑业的体量太大了。建筑行业数据类别多、数量大。因为庞大的产业链,一栋普通住宅建筑就涉及建筑造价类数据、建筑结构类数据、建筑施工工艺类数据、建筑材料类数据和管理类数据等等庞大的数据。

但建筑业又是一个没有数据的行业,因为数以万计的建筑资料都随着一个个项目的竣工而消失了。建筑行业的大数据挖掘存在着远高于其他传统行业的困难,每个项目成为信息孤岛。

不过令人欣慰的是,随着BIM+(BIM:建筑信息模型化,即虚拟建筑)技术的出现,建筑施工的各参与方、各要素及全过程管理都可以在一个“可视化、模型化”的平台上进行相互协同。原本分散的建筑业,其生产线、商务线和管理线也可以实现有效整合,项目数据、管理信息也开始互联互通,建筑业转型的春天也将来临。

BIM技术在建筑行业的广泛应用,并呈现出与物联网、AR、VR、移动互联网、人工智能等技术集成应用的趋势,极大地提高了设计、施工和运维管理质量和水平。这给传统的建筑行业带来了从2D到3D的巨大转变,可谓是建筑行业的第二次革命。

腾讯滨海大厦项目之所以曾被誉为“花园式工地”,离不开项目部利用BIM技术对施工和临建场地进行的优化布置。

该项目的承建商为中建二局深圳分公司。“项目部未雨绸缪,在进场的时候就成立了BIM团队,软硬件投入超过200万元。”项目总工程师程志军介绍,“我们通过与专业BIM公司合作,分析了项目所在场地实际情况后,建立了办公区BIM模型,设计了4层轻质结构板房,并通过拆解BIM模型对各区域房间进行装修布置,分析了各个房间能否满足使用要求。”

“施工过程中,我们采用了动态仿真分析技术,对结构进行施工全过程动态模拟和三维可视化监测等,有力地保障了提升过程的安全高效。”程志军说,“我们还用优化后的方案,进行施工交底、三道连廊、四次提升,没有出一点问题。”

传统的施工图纸一旦出错,就全变成废纸,而BIM则能形成一种三维的立体实物图形展示,比起平面图纸,可在电脑上反复修改,避免了技术方案设计阶段的资源浪费。

据不完全统计,近两年来,有超过一半的房地产项目以及80%以上的大型项目均采用了BIM技术。金地、金科、碧桂园、万科、融创等大中型房地产企业都成立了数字专业化部门,研究BIM发展路径和具体措施,也包括制定相应标准。

BIM技术的迅猛发展,必将引起行业格局的变化,随着大数据、云计算、物联网、GIS、移动互联等信息科技的冲击,打破行业壁垒,进行跨界整合将是建筑行业需要面对的问题。

2016年,一家名叫广联达的科技公司提出了“数字建筑”的概念。

随后,2017年,在中国建设行业年度峰会上,广联达总裁袁正刚面向全行业再度深入剖析了“数字建筑”概念,并提出要打造数字建筑平台,贯穿设计、交易、施工、运维、监管的建筑全生命周期,使建筑数字化、在线化、智能化,助力整个行业转型升级的构想。

数字建筑作为“数字孪生”,无论是建筑产品、工艺流程、生产要素、管理过程、各方主体都将以“数字孪生”的形态出现,最终交付的也是两个建筑:实体建筑和虚体建筑。

数字建筑是实体建筑的孪生兄弟,是实体建筑的数字化体现,它不仅仅应当包含了实体建筑对应的BIM数据、实体建筑相关联的文档数据,还应当包含数据与数据间的关联关系,这样才是完整的数字建筑,才能作为驱动数字化业务驱动的基础。

中国建设工程造价管理协会专家委员会副主任吴佐民则有着深刻理解,他认为,“数字建筑的理念非常前瞻,它把建筑业的信息化发展方向和未来建筑的数字建造相结合,同时也可以进一步落地实施和推进。数字化是未来的方向,以后各个产业都要进行平台化、互聯网化、数字化的改造,建筑业也要基于BIM技术等进行传统产业的改造。”

事实上,近几年来,“数字经济”“数字建造”“数字赋能”,一直是建筑业如何转型升级绕不开的话题。毋庸置疑的是,数字化将促进产业变革,成为建筑业发展战略绕不开的选择,产业转型升级及产业数字化终将不断提高行业管理水平和决策质量。

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