本书以“智慧建造”作为主题,解析智慧建造的内涵和特征、系统介绍国内外智慧建造发展和政策,介绍一系列前沿信息新技术、新概念、新业态背后智慧建造转型的技术逻辑,以及介绍建筑全寿命周期的智慧化应用场景。
建筑业是我国国民经济的重要支柱产业。当前,我国正处于高速度发展向高质量发展的转折期,我国正从“工程大国”向“工程强国”迈进。在2019年新年贺词中,习近平总书记指出: “中国制造、中国创造、中国建造共同发力,继续改变着中国的面貌。”全面建成社会主义现代化强国是我国必然发展趋势,需要国家全面提高各方面的发展水平,建筑行业追求整体高质量、高效率发展也不例外。时代变革大潮裹挟着物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术呼啸而来,正加速推进各行业实体经济与技术交叉和融合,在此背景下,建筑业亟须改变落后的生产方式,通过科技创新实现产业变革,完成从数字化、网络化、智能化到智慧化的转型,走出一条工程建造高品质发展新路。
“智慧建造”抑或是“智能建造”将助推建筑行业迈向发展新时代。2020年6月,我国住房和城乡建设部等十三个部门联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》(以下简称《意见》),强调建筑业向工业化、数字化、智能化方向升级,加快建造方式转变,推动建筑业高质量发展,打造“中国建造”品牌。《意见》指出,要以大力发展建筑工业化为载体,以数字化、智能化升级为动力,加大智能建造在工程建设各环节的应用,推动建筑业由智能建造向智慧建造转变,形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系。《意见》中多次提到了智能建造,即使在本书作者的相关研究中也用过“智能建造”这一概念,而本书却采用“智慧建造”命名。关于“智慧建造”与“智能建造”两个概念有何不同,哪个概念更适合本教材的内容,作者一直在推敲。其实,“智慧”应该是“智能”的下一个阶段,无论当前称为“智能建造”抑或是“智慧建造”均不会有太大差别,然而作为一本概论类的教材,我们更想给读者呈现一个广义的内涵。“智能建造”表征一种新型生产方式,即在信息化、工业化高度融合的基础上,利用新技术对建造过程赋能,推动工程建造活动的生产要素、生产力和生产关系升级,促进建筑数据充分流动,整合决策、设计、生产、施工、运维整个产业链,而“智慧建造”是“智能建造”进阶阶段,用数据驱动工程建设活动各种技术或管理的自我学习和自我迭代,让工程建设活动都变得“类人化”,更大范围、更深层次实现机器换人,让机器具备感知、辨析、判断、决策、反馈、优化的能力,彻底进入体力替代和脑力替代的时代,以提升工程建设活动的效率和品质。
本书中覆盖了建筑业的策划、设计、生产、施工、运维全过程的智慧化升级,不仅是“机器换人”的智能化,还涉及“机器换脑”的智慧化。本书主要围绕项目全生命周期,分别阐述了智慧建造的发展背景和意义、国内外发展进程、智慧建造相关概念及特征,前沿信息技术在智慧建造中的融合应用,以及智慧设计、智慧生产、智慧施工和智慧运维的内容。
本书由重庆大学毛超教授、刘贵文教授任主编,汪军博士(澳大利亚迪肯大学)、傅晏副教授(重庆大学)、洪竞科研究员(重庆大学)任副主编,感谢各位作者对本书提供的宝贵思想和资源。重庆大学研究生彭窑胭、蒋成陶、黄竹、马欣瑶、邹春、刘文丽、程建兵、岳奥博、赵澍铭、刘泽邦、王卓琪等为本书案例整理和编写提供了支持和帮助。全书由毛超统稿审校。
本书的编写不仅集成了作者对智慧建造、建筑工业化长期的关注、研究和思考,还参考了国内外一些研究学者的思想观点,在此谨向各位作者表示感谢。同时,特别感谢广联达科技股份有限公司、远大住宅工业集团股份有限公司、中建海龙科技公司、林同棪(重庆)国际工程技术有限公司、北京地厚云图科技有限公司、广东博智林机器人有限公司、光辉城市(北京)数字孪生科技有限公司、上海点贸信息技术有限公司、重庆市住房和城乡建设委员会、金科地产集团股份有限公司、重庆市市政设计研究院等在本书收集资料过程中给予的大力帮助。
由于编者水平有限,书中难免存在疏漏之处,恳请广大读者批评指正。
第1章 智慧建造概述
1.1 传统建筑业的困境
1.1.1 粗放式增长与高质量发展的矛盾
1.1.2 劳动力供需之间的矛盾突出
1.1.3 生产环境与“以人为本”的理念冲突
1.1.4 高消耗、高污染与绿色发展理念的冲突
1.2 全球智慧建造的兴起
1.2.1 美国
1.2.2 英国
1.2.3 德国
1.2.4 日本
1.2.5 中国
1.3 智慧建造的概念与内涵
1.3.1 智慧与智能的本质
1.3.2 智慧建造的概念
1.4 智慧建造的特征
1.4.1 技术特征
1.4.2 管理特征
1.5 智慧建造的实现途径
1.5.1 新兴信息技术的智慧化赋能
1.5.2 建筑工业化和建筑信息化的高度融合
1.5.3 智慧建造的演化阶段
1.6 智慧建造各生命周期概述
1.6.1 智慧决策概述
1.6.2 智能设计概述
1.6.3 智慧生产概述
1.6.4 智慧施工概述
1.6.5 智慧运维概述
思考题
第2章 前沿信息技术在智慧建造中的融合应用
2.1 大数据与工程大数据
2.1.1 大数据
2.1.2 工程大数据及应用
2.2 物联网与工程物联网
2.2.1 物联网(IOT)
2.2.2 工业物联网及其应用
2.2.3 工程物联网及其应用
2.3 机器人与工程机器人
2.3.1 机器人
2.3.2 工程机器人及其应用
2.4 增材制造与建筑3D打印
2.4.1 增材制造
2.4.23 D打印在其他领域的应用
2.4.3 建筑3D打印及其应用
2.5 工智能与工程AI
2.5.1 人工智能的概念
2.5.2 人工智能的应用
2.5.3 建筑工程AI及其应用
2.6 区块链与工程区块链
2.6.1 区块链
2.6.2 区块链在其他行业的应用
2.6.3 工程区块链及应用
2.7 虚拟技术与建筑信息模型
2.7.1 虚拟样机技术
2.7.2 虚拟现实技术
2.7.3 增强现实技术
2.7.4 建筑信息模型(BIM)与工程仿真技术
思考题
第3章 智慧设计
3.1 概述
3.2 建筑设计工具的数字化
3.2.1 二维图样设计
3.2.2 计算机辅助设计
3.3 工程数字化设计方法
3.3.1 参数化设计
3.3.2 生成式设计
思考题
第4章 智慧生产
4.1 概述
4.2 智慧工厂
4.2.1 智慧工厂的特征
4.2.2 智慧工厂的基本构架
4.2.3 智慧工厂的建设内容
4.3 智慧生产的CPS技术
4.3.1 CPS技术与起源
4.3.2 CPS的技术体系
4.3.3 CPS技术支持下的智慧化生产应用
4.4 智慧生产的MES技术
4.4.1 MES技术的定义
4.4.2 MES功能定位和功能模块
4.4.3 MES与其他系统的集成应用
4.4.4 MES技术支持下的智能化生产应用
4.5 建筑部品部件的工厂化生产
4.5.1 游牧式预制生产
4.5.2 固定模台生产线
4.5.3 自动化流水生产线
4.5.4 建筑部品部件工厂生产数字化的应用
思考题
第5章 智慧施工
5.1 概述
5.2 智慧施工的实现路径
5.2.1 智慧施工的技术时代
5.2.2 智慧施工的实现进程
5.3 施工装备的智能化
5.3.1 智能施工机械机具
5.3.2 工程建造机器人
5.4 施工技术的智慧化
5.4.1 施工虚拟仿真建造技术
5.4.2 施工过程的智能监测技术应用
5.4.3 施工装备和机械设备的智能化安全控制技术应用
5.5 施工工地的智慧化
5.5.1 智慧工地的劳务管理
5.5.2 智慧工地的物料管理
5.5.3 智慧工地的设备监测
5.5.4 智慧工地的进度管理
5.5.5 智慧工地的安全监测
5.5.6 智慧工地的质量监测
5.5.7 智慧工地的环境监测
思考题
第6章 智慧运维
6.1 概述
6.2 智慧运维的内容
6.2.1 运维管理的内容
6.2.2 运维管理的形式变迁
6.2.3 运维管理的基本工作
6.3 智慧运维的关键技术框架
6.3.1 智慧运维的数据感知层
6.3.2 智慧运维的数据传输
6.3.3 智慧运维的数据存储
6.3.4 智慧运维的核心算法
6.3.5 业务引擎及中间件
6.3.6 功能模块层
6.3.7 主要用户层
6.4 智慧设施运维的应用范畴
6.4.1 建筑设施运维智慧化
6.4.2 社区内设施运维智慧化
6.4.3 城市级设施运维智慧化
6.5 能源管理的智慧化
6.5.1 能源管理
6.5.2 智慧能源管理的功能
6.5.3 智慧能源管理系统的应用
6.6 应急管理的智慧化
6.6.1 应急管理
6.6.2 智慧应急管理的技术实现
6.6.3 应急管理的智慧化应用
6.7 空间运维的智慧化
6.7.1 空间管理
6.7.2 智慧化空间管理的技术实现
6.7.3 智慧空间运维的应用展望
思考题
参考文献