尤志嘉,吳 琛,劉紫薇

(福建工程學(xué)院 a.土木工程學(xué)院；b.福建省土木工程新技術(shù)與信息化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350118)

作為典型的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè),建筑業(yè)正承受著前所未有的壓力。建筑施工面臨著低效率、高成本、高污染、高能耗、高質(zhì)量安全問(wèn)題發(fā)生率等一系列問(wèn)題,因此迫切需要轉(zhuǎn)型升級(jí),實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)的發(fā)展[1]。然而,建筑業(yè)的一些特殊性質(zhì)卻成為阻礙其轉(zhuǎn)型升級(jí)的桎梏,例如建筑產(chǎn)品的唯一性,建造資源的流動(dòng)性,施工過(guò)程的離散性、復(fù)雜性與高不確定性,以及施工環(huán)境的惡劣性等[2],這就決定了建筑業(yè)不能完全照搬其他行業(yè)的先進(jìn)理論與技術(shù),必須建立適合自身轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展模式。

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái),以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的新一代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)正日益廣泛地應(yīng)用于工程項(xiàng)目建設(shè)中[3],從而衍生出了“智能建造”的概念。實(shí)現(xiàn)智能建造模式被廣泛地認(rèn)為是工業(yè)4.0背景下建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。目前關(guān)于智能建造技術(shù)研發(fā)與工程應(yīng)用的報(bào)道方興未艾,然而其基礎(chǔ)理論研究卻滯后于工程實(shí)踐,尚未形成完整的理論體系。

針對(duì)上述問(wèn)題,本文在綜述國(guó)內(nèi)外智能建造理論研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,通過(guò)描述一套智能建造理論體系框架,明確該領(lǐng)域的研究范圍與內(nèi)容,揭示智能技術(shù)驅(qū)動(dòng)建筑業(yè)創(chuàng)新生產(chǎn)組織方式的機(jī)理,以推動(dòng)構(gòu)建智能建造基礎(chǔ)理論知識(shí)體系。

1 研究背景

1.1 智能建造的概念內(nèi)涵

隨著智能建造日益受到廣泛關(guān)注,一些學(xué)者嘗試闡釋其概念內(nèi)涵。表1為通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)檢索與智能建造相關(guān)的研究文獻(xiàn),總結(jié)出國(guó)內(nèi)部分學(xué)者對(duì)于智能建造做出的定義。分析可得,盡管定義的語(yǔ)言表達(dá)不盡相同,但不同學(xué)者對(duì)于智能建造內(nèi)涵的認(rèn)知卻趨于同質(zhì)化,可以凝練出以下幾項(xiàng)共性要素：(1)智能建造是一種新型的工程建造模式；(2)其范圍涵蓋工程建造全生命周期；(3)現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)于提升施工組織管理能力具有驅(qū)動(dòng)作用。

表1 智能建造定義總結(jié)

1.2 智能建造理論研究現(xiàn)狀

當(dāng)前智能建造已由最初的新興概念迅速發(fā)展成為一個(gè)熱門(mén)的研究領(lǐng)域,涉及到土木工程、工程管理、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、自動(dòng)化、機(jī)械工程等多門(mén)學(xué)科,屬于典型的交叉學(xué)科范疇。近年來(lái),國(guó)內(nèi)一些學(xué)者針對(duì)智能建造理論體系開(kāi)展了前瞻性的研究。在智能建造基礎(chǔ)理論研究方面,陳珂與丁烈云[2]提出智能建造體系基于以“三化”(數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化)與“三算”(算力、算法、算據(jù))為特征的新一代信息技術(shù),發(fā)展面向全產(chǎn)業(yè)鏈一體化的工程軟件、面向智能工地的工程物聯(lián)網(wǎng)、面向人機(jī)共融的智能化工程機(jī)械、面向智能決策的工程大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域技術(shù),支持工程建造全過(guò)程、全要素、全參與方協(xié)同和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。毛超[7]等認(rèn)為智能建造模式的理論框架應(yīng)覆蓋決策、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等工程建設(shè)全生命周期的五個(gè)階段,其核心邏輯是基于BIM(Building Information Modeling)模型迭代和物料清單(Bill of Material,BOM)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一,通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工程建設(shè)全生命周期活動(dòng)的信息集成與業(yè)務(wù)協(xié)同。在對(duì)施工過(guò)程的智能感知與控制方面,樊啟祥等[6]提出了一套智能建造感知、分析、控制與持續(xù)優(yōu)化的閉環(huán)控制理論,使建造活動(dòng)在定量描述和對(duì)已有的活動(dòng)行為學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,形成新的建造活動(dòng)。李慶斌等[10]在總結(jié)大壩智能建造發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了以“智能決策+自動(dòng)控制”為核心要素的大壩建造智能控制理論,并構(gòu)建了“自主感知與認(rèn)知信息、智能組織規(guī)劃與決策任務(wù)、自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成目標(biāo)”大壩智能控制系統(tǒng)。

與國(guó)內(nèi)智能建造的概念與提法類似,國(guó)外學(xué)者則常以英文術(shù)語(yǔ)“Construction 4.0”指代通過(guò)與工業(yè)4.0相關(guān)的新一代信息技術(shù)推動(dòng)建筑業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展模式。Oesterreich與Teuteberg[11]分別針對(duì)建筑業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中所涉到的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)、環(huán)境和法律等問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研與分析,認(rèn)為Construction 4.0模式除了可以提高工程建設(shè)效率、質(zhì)量、安全性、協(xié)作性與經(jīng)濟(jì)效益之外,在長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看,還將有助于提高建筑業(yè)的可持續(xù)性,改善其行業(yè)形象。Sherratt等[12]則從批判性的角度對(duì)Construction 4.0模式進(jìn)行了解讀,并認(rèn)為它可能給建筑業(yè),特別是其從業(yè)人員帶來(lái)社會(huì)道德層面的挑戰(zhàn)。Schonbeck等[13]提出了一套實(shí)施Construction 4.0模式的參考框架及推廣相關(guān)技術(shù)的詳細(xì)建議,以應(yīng)對(duì)建筑行業(yè)的復(fù)雜性對(duì)其轉(zhuǎn)型升級(jí)所帶來(lái)的各項(xiàng)挑戰(zhàn)。

盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)智能建造基礎(chǔ)理論研究做出了許多嘗試,并取得了有益的進(jìn)展,但是與當(dāng)前產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的快速上升相比,智能建造理論發(fā)展水平還相對(duì)滯后,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)施工組織能力提升的機(jī)理尚不明確,未來(lái)智能建造模式下的業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景尚不清晰；

(2)如何集成各類異構(gòu)建造資源,實(shí)現(xiàn)其協(xié)同工作的機(jī)理尚不明確；物理建造過(guò)程與虛擬建造過(guò)程的雙向同步與交互作用機(jī)制尚未建立；

(3)如何打通建筑產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的業(yè)務(wù)流程壁壘,消除施工組織內(nèi)部信息孤島的方案尚未建立；

(4)指導(dǎo)推廣實(shí)施智能建造模式的策略、方法與路徑尚不清晰,并且缺乏科學(xué)的實(shí)施成效評(píng)價(jià)機(jī)制。

眾所周知,任何一個(gè)新興研究領(lǐng)域若發(fā)展成為一門(mén)學(xué)科,必然要建立在堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)之上,形成明確的研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容,以及系統(tǒng)的研究方法[14]。由此可見(jiàn),智能建造距離形成一門(mén)獨(dú)立學(xué)科還有很長(zhǎng)的路要走。當(dāng)前,智能建造領(lǐng)域的研究應(yīng)著眼于構(gòu)建基礎(chǔ)理論體系,解決建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)中所面臨的基礎(chǔ)共性問(wèn)題,以實(shí)現(xiàn)通過(guò)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)步驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的愿景。

1.3 基于“信息-物理”融合的智能建造系統(tǒng)

目前智能建造業(yè)務(wù)場(chǎng)景呈現(xiàn)出單一化、碎片化的特征,各類信息技術(shù)被分散地應(yīng)用于解決特定工程問(wèn)題,尚缺乏一個(gè)集成各類技術(shù)以提高整體施工組織能力的統(tǒng)一平臺(tái)。作為工業(yè)4.0的核心技術(shù),信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems,CPS)通過(guò)集成各類感知、通信、計(jì)算、仿真與控制技術(shù),在信息世界中監(jiān)控物理世界的運(yùn)行狀態(tài),經(jīng)過(guò)分析、模擬與優(yōu)化之后,再以最優(yōu)的策略控制物理世界的運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)兩者的深度融合與實(shí)時(shí)交互[15]。CPS為智能建造模式下各類信息技術(shù)的集成化應(yīng)用提供了全新的視角[3]。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者開(kāi)始探索建筑施工過(guò)程的信息-物理融合機(jī)理,并嘗試建立建筑施工CPS系統(tǒng)的體系架構(gòu)。Akanmu與Anumba[16]采用基于應(yīng)用場(chǎng)景快速開(kāi)發(fā)原型系統(tǒng)的方法論證了CPS具有增強(qiáng)虛擬模型與物理建造過(guò)程之間的雙向協(xié)同能力。Correa[17]提出了一種施工過(guò)程的CPS框架,將Petri網(wǎng)作為物理施工過(guò)程的虛擬模型,并將其連接到BIM模型和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)/裝配工作中的硬件設(shè)備。尤志嘉等[8]等提出將基于“信息-物理”融合的智能建造系統(tǒng)作為智能建造概念的實(shí)現(xiàn)形式,并分別從功能和技術(shù)維度描述了智能建造系統(tǒng)的通用體系結(jié)構(gòu)。本文研究?jī)?nèi)容建立在文獻(xiàn)[8]所提出的智能建造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上,以智能建造系統(tǒng)作為智能建造理論研究成果的技術(shù)實(shí)現(xiàn)載體。

2 智能建造理論體系框架

本文描述了一種智能建造理論體系框架,以明確該領(lǐng)域的研究目標(biāo)、范圍與內(nèi)容,并識(shí)別潛在的研究方向。如圖1所示,該理論體系框架以智能建造系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)智能建造模式的技術(shù)載體,將智能建造研究?jī)?nèi)容劃分為11個(gè)關(guān)鍵子領(lǐng)域,分別為基礎(chǔ)理論、支撐技術(shù)、管理機(jī)制、參考架構(gòu)、工作機(jī)理、集成方案、業(yè)務(wù)場(chǎng)景、運(yùn)行機(jī)制、實(shí)施路徑、核心目標(biāo)及評(píng)價(jià)機(jī)制。

圖1 智能建造理論體系框架

3 智能建造理論研究關(guān)鍵子領(lǐng)域

基于上述智能建造理論體系框架,本節(jié)分別闡釋其各關(guān)鍵子領(lǐng)域的概念內(nèi)涵與主要研究?jī)?nèi)容,并揭示其內(nèi)在邏輯聯(lián)系。

3.1 基礎(chǔ)理論

闡釋智能建造與智能建造系統(tǒng)的基本概念與內(nèi)涵特征,定義相關(guān)術(shù)語(yǔ),建立智能建造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系。

3.2 支撐技術(shù)

如圖2所示,智能建造系統(tǒng)的支撐技術(shù)包括“一項(xiàng)核心技術(shù)+多項(xiàng)使能技術(shù)”。一項(xiàng)核心技術(shù)即信息物理系統(tǒng)(CPS)技術(shù)；多項(xiàng)使能技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等基礎(chǔ)支撐技術(shù),建筑信息模型(BIM)、數(shù)字孿生、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、三維重建、虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,AR)、面向服務(wù)體系架構(gòu)(Service-Oriented Architecture,SOA)等應(yīng)用信息技術(shù),以及人工智能與建筑機(jī)器人等智能化技術(shù)三個(gè)部分。該子領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容包括分析各項(xiàng)支撐技術(shù)對(duì)于智能建造模式的賦能作用,并揭示不同技術(shù)在建筑施工領(lǐng)域的耦合關(guān)系與集成化應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)。

圖2 智能建造系統(tǒng)支撐技術(shù)體系

3.3 管理機(jī)制

技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)步與施工管理機(jī)制的變革是一個(gè)相輔相成的過(guò)程。在智能建造模式下,主要涉及到實(shí)現(xiàn)精益建造、綠色建造、工程總承包以及集成項(xiàng)目交付4項(xiàng)新型建造機(jī)制。該子領(lǐng)域主要研究如何為各類新型管理機(jī)制開(kāi)發(fā)相適應(yīng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案,以及如何通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)施工組織管理能力的提升。

3.4 參考架構(gòu)

該子領(lǐng)域主要研究如何建立智能建造系統(tǒng)參考技術(shù)架構(gòu),并揭示其各子系統(tǒng)之間的依賴關(guān)系、交互機(jī)制與約束條件,為構(gòu)建面向不同工程類型的智能建造系統(tǒng)提供參考依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,闡明智能建造系統(tǒng)參考架構(gòu)“泛在連接、數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、面向服務(wù)、系統(tǒng)自治”五項(xiàng)基本特征及其內(nèi)涵[8],并揭示其技術(shù)架構(gòu)與工作機(jī)理之間的耦合規(guī)律。

3.5 工作機(jī)理

(1)如何實(shí)現(xiàn)建造資源與建造任務(wù)之間的動(dòng)態(tài)匹配,以及建造資源之間的協(xié)同工作機(jī)制？

(2)如何實(shí)現(xiàn)智能建造系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力,使其能夠動(dòng)態(tài)地調(diào)整自身結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不斷變化的施工環(huán)境？

(3)如何通過(guò)評(píng)估智能建造系統(tǒng)已有行為的正確性或優(yōu)良度,自動(dòng)修改自身結(jié)構(gòu)與參數(shù),改進(jìn)自身行為？

3.6 集成方案

如圖3所示,該領(lǐng)域主要研究如何以智能建造系統(tǒng)為載體,使人員、機(jī)械設(shè)備、軟件服務(wù)及業(yè)務(wù)流程之間能夠互聯(lián)互通,開(kāi)發(fā)縱向、橫向以及端到端的集成方案。

圖3 智能建造集成方案

(1)縱向集成

縱向集成(Vertical Integration)是指將施工組織內(nèi)部不同層面(例如,行業(yè)監(jiān)管層、企業(yè)管理層、項(xiàng)目管理層,以及施工現(xiàn)場(chǎng)層)的各類建造資源與IT系統(tǒng)集成在一起,建立一個(gè)建造資源垂直整合、高效協(xié)同的智能建造系統(tǒng)。在這樣的體系架構(gòu)中,施工組織內(nèi)部各個(gè)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)之間，以及信息系統(tǒng)與施工現(xiàn)場(chǎng)的物理建造資源之間實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通,有效解決了施工組織內(nèi)部信息孤島的問(wèn)題。

(2)橫向集成

橫向集成(Horizontal Integration)是指整合建筑產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上各利益相關(guān)方的業(yè)務(wù)流程,打破傳統(tǒng)企業(yè)的邊界,將施工企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)流程向價(jià)值鏈上游的設(shè)計(jì)方、供應(yīng)商與分包商,以及下游的業(yè)主方、監(jiān)理方延伸,以智能建造系統(tǒng)為載體實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上跨組織的信息共享與資源優(yōu)化配置,從而建立起各利益相關(guān)方的高效協(xié)同機(jī)制。

(3)端到端集成

體制改革取得了可喜局面。涪陵區(qū)分局在全市率先建立了覆蓋城鄉(xiāng)的食品藥品監(jiān)管體系，全面完成了監(jiān)管職能、資產(chǎn)和人員劃轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了食品藥品全流程無(wú)縫監(jiān)管。按照“一鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）一所、一村一員”的要求，在全區(qū)設(shè)立27個(gè)基層食品藥品監(jiān)管所，聘任422名食品藥品安全協(xié)管員，全面形成食品藥品監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)；招錄了18名專業(yè)對(duì)口大學(xué)生，實(shí)現(xiàn)基層監(jiān)管機(jī)構(gòu)“有崗有人”。食品藥品監(jiān)管經(jīng)費(fèi)納入了區(qū)財(cái)政常年預(yù)算，兩年來(lái)，食品藥品安全工作經(jīng)費(fèi)共計(jì)793.8萬(wàn)元，保障了工作的順利開(kāi)展。

縱向集成與橫向集成是實(shí)現(xiàn)端到端集成的前提和基礎(chǔ)。所謂的“端到端”(End-to-End)是指價(jià)值鏈中任意一個(gè)業(yè)務(wù)流程的一端(點(diǎn))到另外一端(點(diǎn))都是連貫的,不存在局部流程或片段流程,即沒(méi)有間斷點(diǎn)。這里的“端”(點(diǎn))既可以是計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),也可以是施工機(jī)械、建筑機(jī)器人等硬件設(shè)備,還可以是供應(yīng)商、項(xiàng)目經(jīng)理、現(xiàn)場(chǎng)工人等人員。通過(guò)將這些端點(diǎn)連接到智能建造系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)各類建造資源的有效整合與業(yè)務(wù)流程的無(wú)縫集成。

3.7 運(yùn)行機(jī)制

所謂運(yùn)行機(jī)制是指影響系統(tǒng)運(yùn)行的各因素的結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系。智能建造系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制是實(shí)現(xiàn)智能建造模式的基礎(chǔ),該子領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容為如何建立基于“信息-物理”融合的“狀態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)分析、優(yōu)化決策、精準(zhǔn)控制”閉環(huán)運(yùn)行機(jī)制,并分析智能建造系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)對(duì)其運(yùn)行機(jī)制的支撐作用,揭示其工作機(jī)理與運(yùn)行機(jī)制之間的交互作用規(guī)律。

3.8 業(yè)務(wù)場(chǎng)景

所謂業(yè)務(wù)場(chǎng)景是指在特定業(yè)務(wù)環(huán)境中可能發(fā)生的一組事件及其相關(guān)因素的組合,其內(nèi)容包括業(yè)務(wù)事件的時(shí)間與空間屬性、觸發(fā)機(jī)制與交互過(guò)程等。該子領(lǐng)域研究?jī)?nèi)容為開(kāi)發(fā)智能建造模式下與特定管理機(jī)制相適應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景,例如,施工過(guò)程的實(shí)時(shí)計(jì)劃與調(diào)度,供應(yīng)鏈協(xié)同管理,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的知識(shí)獲取與管理,以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的施工過(guò)程績(jī)效評(píng)價(jià)等。在此基礎(chǔ)上,識(shí)別實(shí)現(xiàn)特定業(yè)務(wù)場(chǎng)景所需要的支撐技術(shù),并分析在智能建造系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行機(jī)制下實(shí)現(xiàn)該業(yè)務(wù)場(chǎng)景的工作機(jī)理。

3.9 實(shí)施路徑

智能建造模式的實(shí)施路徑包括實(shí)施方法論與系統(tǒng)建設(shè)路線圖兩部分：

(1)智能建造模式實(shí)施方法論

所謂實(shí)施方法論是指導(dǎo)實(shí)施工作的總體綱要。智能建造模式實(shí)施方法論的研究?jī)?nèi)容包括,協(xié)調(diào)各利益相關(guān)方建立實(shí)施團(tuán)隊(duì)并劃分責(zé)任分工,明確實(shí)施對(duì)象與實(shí)施內(nèi)容,建立實(shí)施策略,識(shí)別影響實(shí)施成功與否的關(guān)鍵因素,評(píng)估實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)并制定應(yīng)對(duì)措施等。

(2)智能建造系統(tǒng)建設(shè)路線圖

智能建造系統(tǒng)的建設(shè)是實(shí)施智能建造模式的核心內(nèi)容之一,兩者之間是相輔相成的關(guān)系。明確施工企業(yè)組織架構(gòu)、業(yè)務(wù)處理流程與智能建造系統(tǒng)之間的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)智能建造系統(tǒng)建設(shè)路線圖,包括各個(gè)建設(shè)階段的工作目標(biāo)、主要任務(wù)、關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)、需要提交的資料等。

3.10 核心目標(biāo)

智能建造核心目標(biāo)可以概括為“高效、優(yōu)質(zhì)、可持續(xù)”三個(gè)方面,其具體內(nèi)涵如下：

(1)高效：提高施工效率,提高建造資源利用率,縮短項(xiàng)目建設(shè)工期,降低建造成本支出；

(2)優(yōu)質(zhì)：提升建筑產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品不良率；

(3)可持續(xù)：節(jié)約建材資源,降低能源消耗,減少污染排放,促進(jìn)安全施工。

智能建造模式的核心目標(biāo)將作為評(píng)價(jià)其實(shí)施效果的重要依據(jù)。

3.11 評(píng)價(jià)機(jī)制

智能建造評(píng)價(jià)機(jī)制包括能力成熟度評(píng)價(jià)機(jī)制和投資收益評(píng)價(jià)機(jī)制兩個(gè)方面。

(1)智能建造能力成熟度評(píng)價(jià)機(jī)制

建立定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)指標(biāo),將能力成熟度由低到高劃分為若干個(gè)等級(jí),用于評(píng)估當(dāng)前施工企業(yè)(組織)的智能建造能力發(fā)展水平,或智能建造模式的實(shí)施效果。同時(shí),該評(píng)價(jià)機(jī)制也可以反映智能建造模式的發(fā)展演進(jìn)路徑。

(2)智能建造投資收益評(píng)價(jià)機(jī)制。

針對(duì)智能建造模式的核心目標(biāo),建立定量化的評(píng)價(jià)機(jī)制,用以衡量施工企業(yè)在智能建造領(lǐng)域投入人力、物力、財(cái)力等各種資源的綜合收益。

4 智能建造研究發(fā)展趨勢(shì)

基于本文所提出的智能建造理論體系框架,可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)智能建造理論的研究方向?qū)⒀刂韵聨讉€(gè)趨勢(shì)發(fā)展：

4.1 技術(shù)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)施工管理機(jī)制創(chuàng)新

探索通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)精益建造、綠色建造、集成項(xiàng)目交付等新型建造模式的工作機(jī)理；在此基礎(chǔ)上建立未來(lái)智能建造模式下的各種業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景,并分析其技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理。以智能建造系統(tǒng)為技術(shù)實(shí)現(xiàn)載體,整合原有的各類信息系統(tǒng),通過(guò)縱向消除施工組織不同管理層級(jí)的信息孤島,橫向整合跨越建筑產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的業(yè)務(wù)流程,實(shí)現(xiàn)任意工作流程從發(fā)起端到結(jié)束端的無(wú)縫集成,從而形成扁平化、集約式的施工組織管理模式[18]。

4.2 虛實(shí)融合的建造資源協(xié)同優(yōu)化

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同步關(guān)聯(lián)BIM設(shè)計(jì)模型[19],形成在建建筑物的實(shí)時(shí)建造模型,作為信息空間中的數(shù)字孿生體[20]。在數(shù)字孿生體中建立人、機(jī)、料、法、環(huán)等各類建造資源要素的虛擬映射,實(shí)現(xiàn)物理建造資源與信息資源的深度融合與實(shí)時(shí)交互。建立對(duì)各類建造資源的分布式協(xié)同控制機(jī)制[21],使其能以最優(yōu)的策略動(dòng)態(tài)匹配建造任務(wù),實(shí)時(shí)響應(yīng)施工環(huán)境的變化,并可通過(guò)評(píng)估已有行為的優(yōu)良度改進(jìn)自身的組織結(jié)構(gòu)。

4.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的施工過(guò)程閉環(huán)控制

建立在施工組織內(nèi)部縱向集成的基礎(chǔ)上,通過(guò)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),獲得對(duì)物理施工過(guò)程與施工環(huán)境的狀態(tài)感知,然后在信息空間中基于數(shù)字孿生體進(jìn)行數(shù)據(jù)建模與仿真分析,再將經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的控制信息發(fā)送到施工現(xiàn)場(chǎng),從而形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的施工過(guò)程閉環(huán)控制機(jī)制[22]。

5 結(jié) 論

本文在綜述國(guó)內(nèi)外智能建造理論研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,描述了一套智能建造理論體系框架,將其劃分為“基礎(chǔ)理論、支撐技術(shù)、管理機(jī)制、參考架構(gòu)、工作機(jī)理、集成方案、業(yè)務(wù)場(chǎng)景、運(yùn)行機(jī)制、實(shí)施路徑、核心目標(biāo)、評(píng)價(jià)機(jī)制”等11項(xiàng)關(guān)鍵子領(lǐng)域,分別闡釋其科學(xué)內(nèi)涵并揭示其研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)。分析表明,不同的研究子領(lǐng)域并不是孤立的,而是彼此之間存在一定的內(nèi)在邏輯聯(lián)系?？梢灶A(yù)見(jiàn),未來(lái)智能建造理論研究將沿著技術(shù)系統(tǒng)與管理機(jī)制協(xié)同創(chuàng)新、虛實(shí)融合的建造資源協(xié)同優(yōu)化,以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的施工過(guò)程閉環(huán)控制方向演進(jìn)。

智能建造理論體系涉及眾多方面,本文所提出的體系框架還有待行業(yè)實(shí)踐與理論研究的進(jìn)一步驗(yàn)證與充實(shí)。期待本文研究成果能起到拋磚引玉的作用,以激發(fā)更多面向智能建造理論體系的研究與實(shí)踐。