智慧工地发展现状、存在问题及建议
智慧工地发展现状、存在问题及建议
曹吉昌、王晓
摘 要:推进智慧工地建设是推动智能建造与建筑工业化协同发展的重要举措。十九大以来,智慧工地建设取得显著成效,信息化、数字化、智能化手段在建筑业数字化转型中起到了很大的助推作用,但也存在一些问题。智慧工地建设现在还处于探索阶段,相应法律法规、标准体系、关键核心技术、产业管理机制体制等方面仍有大量工作需要推进。本文对智慧工地建设的鼓励政策以及相关的企业发展情况进行了梳理,研究了政府政策、建筑企业、建筑高校人才培养方面在智慧工地建设过程中存在的一些问题,在此基础上提出推进智慧工地建设高质量发展的建议。
关键词:智慧工地;发展现状;潜在不足;发展建议
1 引言
建筑业是我国国民经济的支柱产业,是拉动国民经济发展的重要产业,也是吸纳就业、保障民生的重要领域。2021 年,建筑业总产值 29.3 万亿元,同比增长11%,增加值占国内生产总值的比重达到 7%,为社会提供了超过 5000 万个就业岗位,为我国国民经济的高速发展作出了巨大贡献。
目前,虽然我国建筑业产值规模不断上升,但由于信息化和智能化程度低、管理粗放、过度依赖工人作业等原因,中国建筑业一直存在质量低下、利润不高、工期冗长等问题。所以,整个产业的转型已经迫在眉睫。伴随着技术的不断发展,信息化手段、移动技术、智能穿戴装备在工程施工阶段的应用不断提升,智慧工地建设应运而生。
智慧工地是指运用信息化手段,通过三维设计平台对工程项目进行精确设计和施工模拟,围绕施工过程管理,建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈,并将此数据在虚拟现实环境下与物联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析,提供过程趋势预测及专家预案,实现工程施工可视化智能管理,以提高工程管理信息化水平,从而逐步实现绿色建造和智能建造。
2 智慧工地发展现状
2.1 国家制定宏观战略,引领智慧工地发展
近年来,施工行业如何向信息化、数字化、智能化转型引起行业主管部门的高度重视,国家层面出台了一系列政策与指导性文件。
习近平总书记在 2018 年两院院士大会上的重要讲话指出,“要推进互联网、大数据、人工智能同实体经济深度融合,做大做强数字经济。”2017 年,国务院办公厅印发的《关于促进建筑业持续健康发展的意见》强调要加快先进建造设备、智能设备的研发、制造和推广应用,智慧工地初露端倪。2020 年,住房和城乡建设部等部门联合印发了《关于推动智能建造于建筑工业化协同发展的指导意见》《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》进一步指出要大力推动物联网技术在智慧工地的集成应用,促进智慧工地相关装备的研发、制造和推广应用。2021 年,《国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》明确指出,要“发展智能建造,推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅,建设低碳城市”, 而智慧工地是实现智能建造的重要内容。2022年,住房和城乡建设部印发《“十四五”建筑业发展规划》《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》中提出,要研发建筑施工智能设备设施和智慧工地集成应用系统,不断提升工程项目建设管理水平。
2.2 各省市出台政策,助力智慧工地发展
目前,各地推广智慧工地已取得阶段性成果,自2019 年起,浙江省、江苏省、湖南省、重庆市等近 20 个省级住房和城乡建设部门相继发布文件,要求推进智慧工地建设。如重庆市提出从 2021 年起,全市新建房屋建筑和市政基础设施项目应建设一星级智慧工地,主城都市区新建政府投资项目应建设二星级及以上智慧工地,鼓励创建三星级智慧工地。部分地区已初步实现智慧工地全覆盖,如无锡市所有建设工期 3 个月以上的工地已部署了智慧工地管理系统,包括实名制人脸抓拍系统,视频监控系统、扬尘在线监测系统,危大工程监测系统等。
2.3 建筑企业拥抱智慧工地技术,促进生产方式变革
与传统施工方法相比,智慧工地通过运用数智化技术在企业降低成本,提高施工效率方面取得实效。
(1)大型高科技企业踊跃参与智慧工地领域。2020 年,广联达对 30 家采用旗下数字建造平台的施工项目进行调研,调查结果显示智慧工地技术能使项目施工进度平均加快 7%, 施工成本平均降低 4.5%,良好的应用价值促进相关施工企业主动进行智能化升级。华为公司成立全球智慧城市业务部,旨在帮助施工企业对文明施工、施工安全、施工质量等方面进行监管;腾讯公司于 2020 年发布的全球首个建材溯源区块链平台,利用区块链技术真实记录混凝土生产交接过程,实现质量信息溯源,为建筑初期建造阶段的建材质量保驾护航。
(2)传统企业积极进行转型升级。中建集团、广联达公司等都在近几年对产品进行了革新,主动拥抱智能化浪潮。其中广联达公司早在 2015 年就明确了“数字建筑平台服务商”的转型目标。围绕“智慧工地”这一新兴赛道,初创企业分别聚焦高清晰度测量和定位技术,数字协同和移动通信技术、物联网与人工智能技术等方向进行技术攻关及研发,部分产品如数字建筑平台、安全帽检测系统、自动放线机器人等已在市场中得到应用。
近年来,大量机械化、自动化和智能化装备被应用于施工现场的生产实践中,加快施工工艺的优化升级。中建八局研发的智能装配造桥机,实现了将工厂预制的立柱、盖梁和箱梁在现场完成一体化安装,能够在 30分钟之内架设好一片 200 吨重的盖梁,创造了国内桥梁架设领域的新记录。
目前,国内建筑机器人方兴未艾,主要涉及现场建造、生产加工的建筑机器人企业如表 1 所示。智能设备的应用进一步推动了智慧工地的发展。广东博智林机器人有限公司现有在研建筑机器人近 50 款,30 多款投放工地测试应用,18 款投入商业化应用,4 款产品进入租售环节。中建科技集团有限公司研发了三维测绘机器人,在 6 个示范性项目中全面应用,可在 2 分钟内完成单个房间实测作业,能够自动生成点云数据,测量效率较人工提升 2~3 倍。
在装配式建筑领域,智能吊装设备的出现使得构件的安装效率得到提高。例如,中联重科研制的新款起重机安装了基于机器视觉的自动吊装定位控制系统,实现了起重机非预知环境下的无人自动精准吊装作业。
2.4 施工企业信息化人才需求日益增长
随着智慧工地成为建筑施工企业转型升级的核心引擎,加强企业信息化人才建设已成为行业共识。据《2018-2024 年中国建筑信息化行业分析与未来发展趋势报告》研究表明,到 2024 年中国建筑施工行业信息化从业人员总需求将达到 20—30 万人。
表 1 国内建筑机器人典型企业和产品汇总表
3 智慧工地发展存在的问题
3.1 智慧工地支持政策和监管机制不完善
目前,智慧工地相关支持政策和监管机制有待完善。
(1) 跨部门协调运作机制不健全。智慧工地涉及测绘、施工、传感、通信等多方面,其健康运转需要多个政府部门协调运作,跨部门之间联合行动的智慧工地规划与审批政策机制亟需构建。
(2)各级部门的鼓励政策不完善。各级政府部门尤其地市级单位有关智慧工地的基础设施配套、财政金融等方面的激励机制还远远不够,智慧工地的推动力度和实施效果有待加强。
(3)智慧工地各领域的监管体制机制不配套。智慧工地过程监管不足,没有形成一套行之有效的监管程序,尤其智慧工地评估领域的机制还未建立,无法对智慧工地效益进行定量评估。
3.2 智慧工地标准规范不健全
智慧工地相关的标准规范不健全也阻碍了智慧工地的应用步伐。
(1)智慧工地相关技术标准规范缺失。智慧工地关键技术和配套技术研究进展不一,目前仍缺乏智慧工地技术在施工工艺、构件生产与安装、施工管理、数据接口等各环节的应用指南和评价标准。
(2)智慧工地标准规范体系不成熟。尚未形成国家标准、行业标准、地方标准、企业标准等规模化的成套标准体系,尚未实现项目监管数据与建筑业市场监管平台的联动与对接。智慧工地技术标准与装配式建筑工业化标准、节能建筑能耗标准等之间的衔接尚待加强。
3.3 智慧工地技术软硬件体系不完备
目前,我国智慧工地技术发展参差不齐,尚未建立完备的智慧施工技术体系以指导智慧工地进一步发展。
(1)智慧工地核心技术自有率低。目前部分智慧工地软件都是国外专利,部分国产智慧施工软件只是基于已有的技术进行二次开发,其底层软件仍然来自国外专利,真正拥有智慧施工软件核心技术的国内机构很少。一些智能设备的底层软件与配套开发工具也是国外专利,国内企业只能购买使用,并未得到其核心技术。建筑机器人、SLAM 机器人使用的核心算法大多也都掌握在国外企业手中。这类核心算法很难被攻破,国内企业的自研水平与业界需求仍存在差距。因此,智慧工地核心技术的自有率低,妨碍智慧施工的研发,导致智慧工地的发展受制于人,甚至影响国家战略布局与安全。
(2)我国智慧施工技术体系的顶层设计仍不健全。顶层设计指从全局角度对智慧工地技术体系的发展、应用进行统筹规划,在最高层次上寻求问题解决之道。现有智慧施工技术处于百花齐放的阶段,施工机器人、智能化施工装备、3D 打印施工、施工仿真与数值计算等诸多技术各有发展,但由于在整体上缺乏完善的顶层设计,各项技术革新状况不平衡,相互关联性弱,难以在工程施工中发挥协同作用的优势。
3.4 智慧工地人才队伍薄弱
随着建筑工人的老龄化趋势愈加明显,智慧工地人才发展战略亟待提上日程。
(1)工人技能素质偏低。一些建筑工人文化程度低,年龄偏大,缺乏系统的技能培训和鉴定,不掌握智慧工地工艺要求和操作技能,影响智慧工地的进度和质量。
(2)科技人才队伍短缺。智慧工地发展战略、规划、政策研究、重大工程项目决策和评估等方面的人才智库和专家队伍短缺,工程项目尚未形成衔接有序、梯次配备、合理分布的人才格局,高水平的懂管理、善技术的智慧工地队伍仍待培养和引进,人才交流机制有待完善。
4 智慧工地发展的建议
智慧工地是智能建造的重要组成部分,施工环节能否实现智能化以及智能化程度的高低将严重影响建筑智能化水平。当前智慧工地发展和推进的过程中,依然存在许多问题。为解决这些问题,提出以下几条建议。
4.1 政府应强化政策引导和标准支撑,推动试点示范
(1)完善智慧工地相关政策和标准。智慧工地在建筑领域如何对其详细定义、如何开展实施以及实施方式等问题都还没有标准答案。因此智慧工地的推进与应用应尽早规范,关于智慧工地的法律法规以及实施标准体系亟待完善,并以此为基础引导智慧工地良性发展。
(2)建立完善智慧施工监管体系。智慧工地作为一个新事物,其在发展过程出会遇到更多的监管难题。健全监管体制机制,避免智慧工地的发展走向野蛮生长,也亟待国家相关政策的支持。国家可有针对性的确定一定数量城市,优先建设一套独特监管体制,针对智慧施工可能涉及到的多方企业的权利、责任、义务与行为方式进行规范,有针对性的确定对各方行为的评价机制与资金支持方案,以点带面,从试点城市的结果中吸取经验,为进一步将新确立监管机制向全国铺开提供基础。
(3)加快开展智慧工地试点示范。智慧工地推广的过程中涉及部门多,影响范围大。各地住房与城乡建设部门应联合财政、规划、环保、科技与工信等部门,成立专项协调小组或工作组,在试点过程中逐步完善智慧工地建设实施机制。探索适合智慧工地的组织方式。要充分发挥工程总承包项目具有的从设计到施工统筹协调运行的机制优势,从多角度、多方面运用智能化设计、智能化施工与智能化管理思想,综合提升工程总承包项目的实施智能化程度。
4.2 企业加大力度研发智慧工地相关软件与硬件装备
(1)鼓励研发相关软件开发与算法。智慧施工相关的软件是智慧工地能否实现的关键,但是当前智能建造核心软件基本被国外公司垄断。应鼓励扶持国内公司对智能设计、智慧工地、智能化管理软件的研发投入,逐步实现智能建造和施工的软件国产化。同时,支持包括深度学习算法与框架在内的基础算法的研发,摆脱国外对我国关键技术的“卡脖子”。应继续支持国内在智慧建筑领域已经具备先发优势的数字化企业的持续发展,同时鼓励数字化企业的多元化发展。引导企业加大在基础研发方面的资金投入占比,以适当的奖励促进数字化企业研发投入比例的提升。
(2)加大力度研发智慧工地装备。智慧工地硬件装备相比软件,其国产化程度更高,但是总体上发展程度依然不高。对于智慧施工装备的研发,应同时鼓励工业化建造装备和建筑机器人的研发应用。工业化建造装备实现建筑工业化和标准化,建筑机器人实现建筑项目的个性化。除了引导鼓励和支持智慧施工机器人企业的发展,还可以鼓励一批建筑、施工企业依托其自身的建筑行业背景研发具有自主产权的建筑施工机器人与其他装备设备。通过外部进口输入、自主消化学习、自主独立创造等方式在新型机器人装备方面实现快速发展与跨越。
4.3 加强智慧工地相关人才培养
(1)加强智慧工地相关学科建设。2018 年智能建造专业开设以来,智能建造专业已在全国各大高校陆续开设。智能建造专业开设至今不足 4 年,该专业培养的毕业生还未经历市场和实践的检验。智能建造专业学科质量与未来智能建造工程师的专业基础与学科素养有紧密关系,其学科建设应受到各方重视,鼓励各大高校开设智能建造本科专业,增大学科的覆盖面。同时应加大资金投入,培养更多既掌握传统土木工程专业知识,又能熟练应用和实践智能建造新技术的理论型和应用型人才。
(2)加强智慧工地职业教育和技能培训。智能建造相比传统建筑业,其自动化、智能化程度更高,对一线操作人员的要求更高。在传统建筑业向智能建造的发展过程中,建筑工人会向新型建筑产业工人转变。政府应发挥一定的作用,在政策上对智慧工地的职业教育和技能培训的方向加以引导。要以政府为主导,各施工企业辅助配合建立工人的培训与学习机制,依托智能建筑试点城市、试点工程,对所涉及工程的建筑工人进行集中职业培训与职业教育,完成对其二次培训,通过培训合格人员进行建筑产业岗位的二次就业,使建筑工人向建筑产业工人平稳转变。
5 结 语
随着智慧工地的普及,它将逐步融入到工地施工项目日常建设中,智慧工地将在全国,乃至全球发挥更大作用,为工地施工项目建设保驾护航,节省成本,提高效率。推动四个工程建设,争取实现智慧工地建设的飞跃式发展。具体可以采取以下举措:
(1)推动体系标准建设工程。智能施工在体系上主要包括智慧工地标准体系、智能化施工工艺体系、装配式建筑智能化施工体系。
(2)加快建筑信息模型技术推广工程。构建数字设计体系,提高建筑方案创作水平和施工图设计精细化水平,促进设计、生产、施工协同,提升建筑品质。
(3)大力促进智慧工地管理系统研发工程。研发智慧工地人员、设备、物料、质量、安全、环境与能耗管理系统,提高施工的智慧化水平,使安全质量管理、人员管理、进度管控、技术交底等实现数据化记录与可视化展示,从而提高工地安全系数、工程质量、人员管理效率和进度监管水平。
(4)推进建筑机器人在智慧工地应用工程。研发关键技术,编制相关标准,形成一批标志性建筑机器人产品,推动机器人在工地中的实际应用,提高工程建设机械化、智能化水平。
内容来源:《建设科技》2022.No.17