智能建造的概念、区别、意义、演进、问题、现状、案例、趋势

随着智能建造的提出，出现了许多跟建造相关的名词，如数字建造、智能建造、智慧建造、工业化建造、精益建造、可持续建造，这些名词具有一定的相关性但不相同。

首先先说数字建造、智能建造、智慧建造，这三个是随着科学技术发展依次递进的概念，数字建造主要关注工程项目的数字化转型，利用CAD、BIM、VR、AR、机器学习等先进技术来改进建筑项目的全过程。智能建造侧重于提高建筑全生命周期的自动化程度和智能化水平，利用先进技术以减少人力投入、降低成本、提高安全性和质量。智慧建造将各种设备、传感器和系统连接起来，形成一个智慧化的建筑生态系统，实现建造过程的智能化控制、自动化操作，科学的智能决策。智慧建造是智能建造的下一个阶段，智慧建造是在智能建造的基础上，赋予机器思考和执行的能力[3]。总的来说，智能建造追求的是技术和机器辅助人，智慧建造追求的是彻底解放人，让机器代替人生产劳作。

精益建造是一种管理哲学和方法论，借鉴了精益生产的理念，将其应用于建筑行业。精益建造是通过价值工程改进建筑项目生产流程和团队协作，提升生产效率，提高项目交付的质量和可靠性。工业化建造主要指装配式建筑，利用工厂化的生产方法和标准化的构件来进行建筑项目的设计、生产和组装，它通过将现场施工过程大部分转移到工厂环境中，采用流水线、标准化和自动化的生产方式，以提高建筑质量、加快施工速度和降低成本。可持续建造是指在建筑项目的设计、施工和运维过程中，降低对自然资源的消耗，减少环境污染，提高能源效率，并促进社会、生态、经济的可持续发展。

总的来说，数字建造、智能建造、智慧建造为工业化建造技术赋能，工业化建造为三者奠定基础，提供可靠的应用场景，讲究相互之间的协同发展，五种建造都应用了精益建造的思想和方法，这些目标都是为了实现可持续建造。如图2所示为六者之间的关系。

图2数字建造、智能建造、智慧建造、工业化建造、精益建造、可持续建造关系图

增进民生福祉，提高人民生活品质是中国式现代化建设的内在要求。一直以来建筑业的粗放式增量发展，建筑全生命周期存在许多质量和安全的问题，直接影响用户的使用满意度，智能建造技术可以提供更高的施工质量，确保建筑结构的稳定性和安全性，还可以提高建筑物的能源效率，提高室内环境的舒适度，更好地满足人民群众对美好生活的向往，进一步提升人民群众的安全感、获得感、幸福感。

我国的建筑业仍是粗放型和劳动密集型行业，数字化水平低、老龄化严重、建筑垃圾资源化利用低能耗高、施工安全严峻、面临许多复杂、恶劣的建造环境，各个方面的劣势十分明显，建筑业的高质量发展受到了严重制约。中国提出的“双碳”战略进一步提高了建筑业面临的压力，建筑业的迭代更新和转型升级已经迫在眉睫。智能建造是新信息技术的交叉融合，通过大力发展智能建造技术，改变建造方式，促进传统建筑行业向数字化、智能化、智慧化、绿色化、工业化转型升级。

“一带一路”战略的提出加速了中国建筑企业走出去的步伐，同时，世界发展中国家基础设施落后，基建需求旺盛，发达国家面临基础设施更新问题，对中国而言有庞大的市场环境，未来，中国建筑企业与外国的联系会越来越紧密，外国也需要中国的建造技术和建造效率。目前，中国是建造大国，但还不是建造强国，在先进信息技术的应用方面与发达国家仍有一些差距，大力发展智能建造是提升建筑企业核心竞争力的重要手段，也是我国迈向建造强国的重要保障。

建筑业是我国的重要支柱性产业，当前中国建筑业已经从增量时代进入存量时代，需要寻求新的经济增长点。智能建造技术提高建筑行业的效率、降低成本，促进可持续发展，带动相关产业链的转型升级，推动整体经济发展。另一方面，智能建造推动相关科技领域的创新发展，培育新的经济增长点。

智能建造是先进信息技术和先进建造技术的深度融合，贯穿项目的策划、设计、生产运输、施工装配和运维等全生命周期，随着科学技术的发展，智能建造正朝着更加自动化、数字化、智能化和智慧化的方向不断演进，应用尺度从建筑向城市维度扩大。通过整合先进的技术和创新方法，智能建造将持续提高建筑工人的技术水平，促进建筑的智慧化升级，加速建筑企业的绿色化、数字化转型，全面提高建筑行业的工业化水平。

图3智能建造三维演进

近几十年来，中国完成了许多超级工程，突破了许多建造技术难题，随着国家的大力发展，智能建造取得显著成果，但仍存在许多方面需要完善提高：

（1）专业技术人才短缺。智能建造需要高水平的技术人才来推动和实施，然而，当前建筑业面临老龄化问题，新一代年轻人也不愿进入建筑行业，劳动力短缺严重，专业技术人才缺口巨大。此外，由于科学技术发展迅速，技术升级加快，与之相匹配的技能培训和专业教育也面临挑战，需要加强行业人才培养和技能提升。

（2）相关标准和规范缺乏。智能建造在中国还处于初级阶段，相关的标准和规范体系仍不完善。缺乏统一的标准和规范，可能导致技术应用的混乱，阻碍行业可持续发展。

（3）工程数据安全和隐私风险。智能建造涉及大量的数据采集、存储和应用，其中包括许多敏感和机密信息。确保数据的安全性和隐私保护是一个重要的挑战，需要采取有效的技术措施和完善相关的法律法规。

（4）技术集成和协同性不高。智能建造涉及多个领域的技术和系统，如BIM、IoT、5G、云计算、大数据、人工智能等，在项目上应用广泛，但将这些技术进行有效的集成和协同，实现信息的共享和互操作性，仍然面临一些技术和管理上的难题。

（1）理论基础薄弱：智能建造是多学科融合的产物，在中国的还处于初级阶段，相关的理论基础还不完善，也没有统一的理论体系。樊启祥等[1]提出智能建造感知、分析、控制和持续优化闭环控制理论；毛超和彭窑胭[4]基于物联网、人工智能、机器人技术、BIM等技术构建包含智能决策、智能设计、智能生产、智能施工、智能运维的理论框架；尤志嘉等[5]智能建造系统功能架构和智能建造系统技术架构以明确系统的基本功能框架、各类组件及其依赖关系、交互机制与约束条件等，为设计开发面向不同工程类型的智能建造系统提供理论依据。

（2）技术应用广泛：目前，前沿科学技术在工程项目中的应用已十分普遍，包含BIM、物联网、大数据、云计算、区块链、人工智能、信息物理系统、机器人、3D打印、虚拟现实、增强现实、混合现实、数字孪生、无人机等，为解决建造难题提供了有效的手段和工具。如Zhao等人[6]综合利用建筑信息模型（BIM）和物联网（IoT）建立装配式构件吊装风险控制的数字孪生模型（DTm），实现了实时信息采集、吊装路径规划和构件定位等功能。Zhou等人[7]提出了一种新的基于建筑信息模型(BIM)的计算机视觉数字孪生方案，以相机视频作为输入，解决了BIM和相机视频之间的尺寸、坐标系统和对象不一致问题。Zhu等人[8]使用智能建造对象（SCO）方法，通过为部件分配状态和要求，将不同的建筑任务分配给机器人，以驱动多个机器人组装装配式建筑。

（3）全生命周期智能：包含智能决策、智能设计、智能生产、智能施工、智能运维。

图4 全过程研究现状

（1）卡塔尔卢塞尔体育场：卢塞尔体育场是2022年卡塔尔世界杯主场馆，是中国企业在外承建的最大体育场馆，采用EPC工程总承包建设模式，先进建造技术的深度融合，创下六项“世界之最”：全球最大跨度的双层索网屋面单体建筑、全球规模最大、全球系统最复杂、全球设计标准最高、全球技术最先进的世界杯主场馆、国际化程度最高[11]。在项目的全过程应用BIM技术，解决一系列技术难题，促进项目利益相关者的协同配合。探索数字孪生技术在施工精度控制、进度监控、施工模拟等方面的创新应用，对降低项目的成本、提高质量、加快进度具有积极影响[12]。

（2）北京大兴国际机场：北京大兴国际机场是世界上最大的单体航站楼，建造过程面临许多技术难题，在项目前期，搭建产学研用平台进行技术攻关和创新应用。基于BIM技术、物联网、云计算等先进技术，搭建智慧工地信息化管理平台；通过3D打印结合BIM模型进行构件的预拼装，提前发现问题；建立BIM+VR互动式操作平台，实现方案模拟、施工流程模拟；研发IBMS智能楼宇管理平台。在项目的策划、设计、施工、运维阶段充分应用了智能建造技术[13]。

（3）港珠澳大桥：港珠澳大桥是我国的复杂重大工程，规模大、投资额度高、建设周期长、涉及众多利益相关者，对经济发展、社会稳定、环境保护和国家安全产生深远影响。在建造过程中，应用BIM、5G、物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术构建了智能建造平台，开发了各种智能控制系统，有效控制了安全风险，实现了预定目标[14]。在运维阶段，应用数字孪生技术，构建大桥孪生模型，实时感知大桥运行状况，载入检查、维护、更新信息，映射业务流程，打造“世界一流数字化大桥”，实现智能化运维[15]。

（4）武汉新气象塔：预计2023年建成目前已封顶的武汉新气象塔项目是我国工程项目无纸化建造的典范，通过搭建全国首个建筑工程项目全生命周期管理平台（PLM），实现BIM模型的全生命周期应用，真正做到“一模到底、无图纸建造”，是我国首个“全过程无缝衔接的数字化建筑项目”，缩短建造工期10%，效益提升15%[16]。

随着技术的进步和应用的推广，智能建造将朝着自动化、智能化、智慧化和绿色可持续的方向不断发展，为建筑行业带来更多的创新和改变。以下是智能建造未来的一些发展趋势：

（1）数字孪生与混合现实：建筑信息模型（BIM）、虚拟现实（VR）、增强显示（AR）、混合现实（XR）、数字孪生（DT）、空间计算等技术将更加普及和成熟，相互之间集成和融合更加契合。通过智能化和虚拟化的手段，建筑项目可以在设计、施工和运维阶段进行更全面、精确和实时的分析、诊断、控制。

（2）自动化和机器人技术：受限于现场环境和技术水平，当前自动化和机器人技术在施工现场应用并不多见。未来，自动化和机器人技术将在建筑施工中得到更广泛的应用，如无人挖掘机、无人运土车，机器人将承担更多的施工任务，如砌砖、混凝土浇筑、钢筋焊接等，从而提高施工效率、质量和安全性。

（3）人工智能：人工智能技术的发展越来越快，将在前期决策、规划设计、生产运输、施工安装、运营维护阶段发挥更重要的作用。通过大数据分析和机器学习算法，可以对建筑项目进行预测、优化和决策支持，促进项目增值。

（4）绿色可持续建筑：“双碳”战略目标的实现是我国一项艰巨的任务，绿色可持续建筑的发展将是智能建造的重要方向。智能建造技术可以帮助优化能源利用、建筑废弃物资源化处理、减少建筑碳排放等，实现建建造过程的绿色环保和建筑业可持续发展。

（5）智慧城市：建筑是城市的重要组成部分，万物互联时代，智能建造将与智慧城市的发展紧密结合。通过智能建造技术，可以实现建筑与城市基础设施的互联互通，优化城市规划、交通管理和资源利用，提升城市的可持续性和智能化水平。

（6）制造业与建筑业的融合：到2035年，中国的建筑工业化要全面实现，建筑业与制造业将深度融合，工厂化生产和模块化建造将成为主流，推动智能建造与建筑工业化协同发展，带动全产业链转型升级。

参考文献

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