■ 廣聯(lián)達科技股份有限公司

隨著數(shù)字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，各產(chǎn)業(yè)都在積極地進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型， 建筑業(yè)依靠要素和投資驅(qū)動的發(fā)展模式已經(jīng)難以為繼，以數(shù)字科技創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展模式將成為發(fā)展的主流。數(shù)字建筑平臺將是賦能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新動能，通過數(shù)字建筑平臺在數(shù)字世界中進行全數(shù)字化的虛擬設(shè)計與建造，再通過工業(yè)化的建造方式在物理世界中建造出實體建筑，改變傳統(tǒng)建造模式，全面提升全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字建造水平，推動我國由建造大國向建造強國邁進。

通過數(shù)字建筑平臺的賦能，工程項目的建造方式將經(jīng)歷從實體建造向“虛擬建造+實體建造”的轉(zhuǎn)變。每個項目都通過虛擬建造和實體建造的兩次建造，實體建造與虛擬建造相互融合，通過“項目大腦”，將生產(chǎn)對象，生產(chǎn)要素、管理要素等通過各類終端進行鏈接和實時在線，并對設(shè)計、施工生產(chǎn)、商務(wù)、技術(shù)等管理過程加以優(yōu)化，提高工程建造的管理效率、決策效率和整體運營效率，助力實現(xiàn)工程項目精益實體建造。（圖1）

圖1 數(shù)字建筑平臺的典型應(yīng)用場景

全數(shù)字化虛擬設(shè)計與建造（VDC）

衍生式智能設(shè)計，實現(xiàn)設(shè)計方案最優(yōu)

衍生式智能設(shè)計有別于傳統(tǒng)建筑設(shè)計“設(shè)計師方案構(gòu)想+計算機輔助表達”的人機交互設(shè)計模式。通過人工智能、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，計算機自動探索解決方案的所有可能排列，快速生成設(shè)計備選方案，通過方案的迭代進行學(xué)習(xí)進化，從而得到滿足條件的最優(yōu)設(shè)計方案。衍生式智能設(shè)計將使設(shè)計人員從繁重的設(shè)計任務(wù)中解脫出來，極大提升設(shè)計質(zhì)量和效率。衍生式智能設(shè)計正在給工程設(shè)計行業(yè)帶來工作模式的變革，在設(shè)計方案生成、設(shè)計優(yōu)化、深化設(shè)計等領(lǐng)域都已開始應(yīng)用實踐。

衍生式建筑方案設(shè)計

建筑設(shè)計師將建筑方案構(gòu)想通過設(shè)定設(shè)計目標的方式輸入到數(shù)字建筑平臺的衍生式設(shè)計系統(tǒng)中，并設(shè)定紅線邊界、容積率等邊界條件，計算機結(jié)合已有類似工程項目的大數(shù)據(jù)信息，利用AI 技術(shù)自動推演出滿足規(guī)劃條件的多套方案，設(shè)計師可以結(jié)合規(guī)劃方案調(diào)整規(guī)劃參數(shù)，計算機將自動進行方案的迭代優(yōu)化，直至獲取最佳設(shè)計方案。（圖2）例如，在鳳凰國際傳媒中心的建筑方案設(shè)計過程中，通過衍生式設(shè)計的方法，利用計算機自動生成“莫比烏斯環(huán)”方案，并進行迭代優(yōu)化。

衍生式深化設(shè)計

圖2 數(shù)據(jù)驅(qū)動的衍生式建筑方案設(shè)計場景

深化設(shè)計是指在設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，對原設(shè)計方案進行細化、補充和完善，以滿足指導(dǎo)施工要求，一般裝配式混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、機電、裝飾等專業(yè)均需要進行深化設(shè)計。數(shù)據(jù)驅(qū)動的衍生式智能設(shè)計正在讓工程深化設(shè)計變得更加智能、高效。以裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計為例，基于裝配式混凝土構(gòu)件庫和工藝工法庫，搭建全數(shù)字化的建筑深化設(shè)計模型，給定工程項目現(xiàn)場的施工條件約束，數(shù)字建筑平臺的深化設(shè)計系統(tǒng)可以自動基于規(guī)則和標準進行模型各專業(yè)間的碰撞檢查，進行構(gòu)件的拆分優(yōu)化設(shè)計等工作，深化設(shè)計人員調(diào)整模型和約束條件，系統(tǒng)自動進行迭代優(yōu)化，直至獲取最佳深化設(shè)計方案，自動生產(chǎn)構(gòu)件加工圖等設(shè)計成果。（圖3）

圖3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)衍生式深化設(shè)計場景

智能化計價，實現(xiàn)商務(wù)方案更合理

在數(shù)字建筑平臺的賦能下，工程造價已進入“自動采集、智能生成、精準匹配”的智能造價時代。通過數(shù)字化模型集成人員、項目、企業(yè)、資金、工藝工法、材料設(shè)備等信息形成造價大數(shù)據(jù)庫，利用云計算、人工智能等技術(shù)的支撐，實現(xiàn)造價要素智能采集、自動生成、實時應(yīng)用的數(shù)字化效果，支撐用戶進行自動算量、智能開項、智能組價、智能選材定價等業(yè)務(wù)工作。（圖4）

自動算量：導(dǎo)入BIM 設(shè)計模型，通過模型轉(zhuǎn)換算法自動轉(zhuǎn)化為BIM算量模型，并加載計算規(guī)則實現(xiàn)自動算量。

智能開項：利用圖形處理技術(shù)自動提取BIM 算量模型的構(gòu)件信息，通過云端行業(yè)清單特征值大數(shù)據(jù)庫中的清單智能匹配，實現(xiàn)智能清單開項。

智能組價：利用數(shù)字化平臺沉淀的組價數(shù)據(jù)庫，自動完成工程量清單與組價庫清單的匹配，實現(xiàn)智能組價。

智能選材定價：數(shù)字化平臺根據(jù)定價規(guī)則，在廠商大數(shù)據(jù)庫中智能選擇項目最適宜的廠商報價信息，實現(xiàn)快速選材定價。

施工方案智能生成與優(yōu)化，實現(xiàn)實施方案更優(yōu)

施工方案智能生成

在數(shù)字化設(shè)計模型基礎(chǔ)上，附加工程建造所需的工藝工法、定額、工料等附加信息，形成智能化的施工信息模型。通過大數(shù)據(jù)和AI 的賦能，在同類工程施工方案設(shè)計模板的基礎(chǔ)上，結(jié)合項目特定施工約束條件，快速生成項目數(shù)字化施工方案，并實時計算方案資源需求，對方案進行分析、優(yōu)化，形成工期、成本、質(zhì)量等綜合最優(yōu)的數(shù)字化施工方案。（圖5）

圖4 智能化計價工作場景

圖5 施工方案智能生成場景

施工方案數(shù)字化模擬

針對復(fù)雜工程項目的施工組織設(shè)計、專項方案、施工工藝可應(yīng)用BIM 技術(shù)進行模擬分析、技術(shù)核算和優(yōu)化設(shè)計，識別危險源和質(zhì)量控制難點，提高方案設(shè)計的準確性和科學(xué)性，并進行可視化技術(shù)交底。（圖6）

圖6 施工方案數(shù)字化模擬

數(shù)字化健康建筑分析，實現(xiàn)建筑性能更佳

健康建筑是在綠色建筑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的建筑理念，與綠色建筑注重“設(shè)施設(shè)備的節(jié)能低碳”相比，健康建筑更加關(guān)注“使用者以人為本的舒適健康”需求。利用數(shù)字技術(shù)可以在設(shè)計階段對建筑健康空間進行模擬優(yōu)化，在運維階段進行數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能運維管理。

在全數(shù)字化的建筑信息模型中，附加上WELL 健康建筑標準的健康環(huán)境模型，可以形成數(shù)字化的健康建筑信息模型，基于該模型可以對室內(nèi)照明、熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、聲環(huán)境等進行精準地模擬分析，并基于WELL 健康建筑標準，對建筑室內(nèi)的健康環(huán)境進行數(shù)字化預(yù)評估，指導(dǎo)設(shè)計人員調(diào)整、優(yōu)化設(shè)計方案。（圖7）

圖7 基于健康建筑標準的室內(nèi)環(huán)境分析

基于數(shù)字孿生的精益建造（LC）

在數(shù)字空間中完成虛擬建造之后，需要在物理世界中完成建筑的實體建造。在新建造的模式下，通過任務(wù)驅(qū)動的協(xié)同生產(chǎn)，實現(xiàn)項目管理的精益化；通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能工廠，打造數(shù)字化生產(chǎn)線；通過基于CPS 的智慧工地，實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的智能高效。

任務(wù)驅(qū)動的協(xié)同生產(chǎn)，實現(xiàn)項目精益化管理

任務(wù)驅(qū)動的協(xié)同生產(chǎn)是指以進度為主線，綜合考慮各種資源要素的一種生產(chǎn)模式。在數(shù)字建筑平臺中，將管理粒度細化到工序級，從而找到進度、質(zhì)量、成本等管理要素的最小交集，實現(xiàn)基于工序的集成管理。通過末位計劃落實到一線員工的日常工作中，通過對工程任務(wù)的閉環(huán)管理，即PDCA——計劃、執(zhí)行、檢查、調(diào)整，實現(xiàn)深化設(shè)計到生產(chǎn)作業(yè)節(jié)點、智能進度到末位工時、生產(chǎn)管理到作業(yè)指導(dǎo)書、實測實量到生產(chǎn)作業(yè)級。（圖8）

圖8 基于任務(wù)驅(qū)動的協(xié)同生產(chǎn)

典型案例：廣聯(lián)達上海大廈任務(wù)驅(qū)動的協(xié)同生產(chǎn)實踐

廣聯(lián)達上海大廈是廣聯(lián)達公司自持的公共商業(yè)辦公項目，在工程的建造過程中，通過引入工序級精益建造管理，以工作面為基礎(chǔ)，以施工工序為最小交集，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)集成管理，實現(xiàn)工序可執(zhí)行、工序可計量、工序可驗收。（圖9）

工序可執(zhí)行：進度計劃與任務(wù)解耦，基于工序級任務(wù)實現(xiàn)進度計劃的末位管理。

工序可計量：基于工序?qū)崿F(xiàn)計量、結(jié)算和支付，形成實際發(fā)生成本。

工序可驗收：將質(zhì)量管控粒度細化到工序級，基于工序進行質(zhì)量驗收。

具體而言，在工程項目建設(shè)過程中實現(xiàn)：深化設(shè)計到構(gòu)件級，滿足及時出圖；工序拆分到小時級，落實到班組；生產(chǎn)實現(xiàn)自動分級計劃排程，關(guān)鍵路線快速分析；工作任務(wù)通過APP 管理，任務(wù)單自動推送到相關(guān)作業(yè)班組；電子化作業(yè)標準交底，圖文并茂、隨時可查；基于工序級的質(zhì)量驗收，任務(wù)驅(qū)動、閉環(huán)管理。（圖10）

數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能工廠，打造數(shù)字化生產(chǎn)線

在數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能工廠中，存在著一明一暗兩條生產(chǎn)線，即物理生產(chǎn)線和數(shù)字生產(chǎn)線。在物理生產(chǎn)線，通過引入數(shù)控機床、機械手臂等先進生產(chǎn)設(shè)備，可以實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的自動化。在數(shù)字生產(chǎn)線，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等數(shù)字技術(shù)的賦能，可以實現(xiàn)生產(chǎn)前的智能排程、生產(chǎn)過程中的智能調(diào)度等數(shù)字生產(chǎn)線自動化。通過數(shù)據(jù)流動的自動化驅(qū)動生產(chǎn)設(shè)備的自動化生產(chǎn)是智能工廠的生產(chǎn)邏輯，數(shù)據(jù)驅(qū)動、柔性自動化的精益生產(chǎn)是智能工廠的顯著特征。（圖11）

圖9 廣聯(lián)達上海大廈工序級精益管理模式

圖10 廣聯(lián)達上海大廈數(shù)字化精益管理實踐

圖11 數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能工廠生產(chǎn)場景

典型案例：北京住總集團住宅產(chǎn)業(yè)化基地

北京住總集團住宅產(chǎn)業(yè)化基地占地面積達11.9公頃，總建筑規(guī)模7.4萬平方米，年設(shè)計產(chǎn)量5萬立方米，可滿足50萬平方米裝配式住宅構(gòu)件生產(chǎn)需求。通過全數(shù)字化設(shè)計完成裝配式建筑深化設(shè)計，設(shè)計模型通過數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與模型整合，形成BOM清單輸出到構(gòu)件的數(shù)字化生產(chǎn)線，通過自動生產(chǎn)計劃排程、生產(chǎn)進度監(jiān)控、生產(chǎn)線監(jiān)控等數(shù)字化手段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的裝配式構(gòu)件智能生產(chǎn)。對于生產(chǎn)出的構(gòu)件通過堆場優(yōu)化、運輸優(yōu)化、構(gòu)件跟蹤等進行預(yù)制構(gòu)件的過程管理，直至運至項目現(xiàn)場交付使用。（圖12）

基于CPS 的智慧工地，實現(xiàn)崗位作業(yè)智能高效

通過對施工現(xiàn)場“人、機、料、法、環(huán)”等各關(guān)鍵要素的全面感知和實時互聯(lián)，并與云端的虛擬工地相互映射，構(gòu)建虛實融合的智慧工地。通過崗位級的專業(yè)應(yīng)用軟件和各種智能機械、設(shè)備、機器人等對施工現(xiàn)場進行聯(lián)動執(zhí)行與協(xié)同作業(yè)，提升一線作業(yè)效能，實現(xiàn)對工程現(xiàn)場的精細化管控。（圖13）

其中，在人員方面，可以通過閘機、智能安全帽、單兵設(shè)備等實時感知工人的進出場狀態(tài)乃至場內(nèi)移動和作業(yè)信息；在機械方面，目前施工現(xiàn)場的絕大多數(shù)機械設(shè)備如塔吊、卸料平臺等均可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄、采集和分析；在物資、材料方面，利用進出場的自動稱重和點驗環(huán)節(jié)實現(xiàn)物資、材料的動態(tài)監(jiān)控，在工藝、工法方面，通過BIM 等數(shù)字化手段，實現(xiàn)相關(guān)工藝、工法的模擬、優(yōu)化和交底；在環(huán)境方面，利用現(xiàn)場設(shè)備、作業(yè)檢查等手段實現(xiàn)場地內(nèi)環(huán)境和工作面環(huán)境的數(shù)字化處理和記錄。

通過對施工現(xiàn)場“人、機、料、法、環(huán)”等各關(guān)鍵要素的全面感知和實時互聯(lián)，并與云端的虛擬工地相互映射，構(gòu)建虛實融合的智慧工地。通過崗位級的專業(yè)應(yīng)用軟件和各種智能機械、設(shè)備、機器人等對施工現(xiàn)場進行聯(lián)動執(zhí)行與協(xié)同作業(yè)，提升一線作業(yè)效能，實現(xiàn)對工程現(xiàn)場的精細化管控。

圖12 北京住總集團住宅產(chǎn)業(yè)化基地裝配式構(gòu)件生產(chǎn)流程

圖13 基于 CPS 的智慧工地要素管理場景

基于智能決策的工程項目大腦

基于智能決策的工程項目大腦是實現(xiàn)項目智能化管理的“神經(jīng)中樞”，它以數(shù)據(jù)流動自動化，化解復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性，實現(xiàn)工程項目資源優(yōu)化配置，支撐工程項目的智能決策與服務(wù)。（圖14）具體而言，它通過部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和現(xiàn)場作業(yè)各類應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)對項目生產(chǎn)對象全過程全要素進行感知與識別；它通過數(shù)據(jù)、算法和算力賦能，可以描述項目發(fā)生什么，診斷為什么會發(fā)生，預(yù)測將會發(fā)生什么，決策該怎么辦；它以優(yōu)化資源、優(yōu)化配置效率為目的，提供模擬推演、智能調(diào)度、風(fēng)險防控、智能決策等智能化服務(wù)。

基于智能決策工程項目大腦的建設(shè)需要經(jīng)歷感知、控制、優(yōu)化、自治4個階段。在感知階段，通過物聯(lián)設(shè)備可以自動感知工程項目各類信息，需要人為干預(yù)做出決策控制；在控制階段，對感知的數(shù)據(jù)設(shè)置一定的執(zhí)行規(guī)范和運行邏輯，可以實現(xiàn)對項目關(guān)鍵環(huán)節(jié)的有效控制，能夠完成預(yù)警、控制等管理；在優(yōu)化階段，隨著對業(yè)務(wù)的深入理解、數(shù)據(jù)的海量積累、算力的提升，對獲取的感知數(shù)據(jù)進行快速分析，形成結(jié)合目前現(xiàn)狀的優(yōu)化方案，提供管理決策選擇；當數(shù)據(jù)、算法、算力積累到一定臨界點以后，將進入自治階段，這個階段項目大腦能夠?qū)崟r依據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)做出智能決策。

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能調(diào)度

圖14 基于智能決策的工程項目大腦

圖15 數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能調(diào)度場景

通過云端的項目管理大腦能夠推演出最優(yōu)化的施工方案和生產(chǎn)計劃，并智能調(diào)度工廠生產(chǎn)和施工現(xiàn)場的人員、機械、設(shè)備進行高效作業(yè)。將建造方案、工藝工法標準、建造條件等數(shù)據(jù)輸入工程項目大腦，依據(jù)這些數(shù)據(jù)將會智能生成項目建造方案。依據(jù)生成的工序級任務(wù)排程實現(xiàn)向生產(chǎn)工廠下達生產(chǎn)任務(wù)，對物流配送、資源調(diào)度、生產(chǎn)指導(dǎo)實時進行智能調(diào)配，通過對各資源組織的實時感知，持續(xù)優(yōu)化項目調(diào)度組織。（圖15）

基于工程項目大腦的風(fēng)險智能防控

圖16 基于工程項目大腦的風(fēng)險智能防控場景

通過對現(xiàn)場各要素的動態(tài)感知和工程項目大腦進行深度學(xué)習(xí)，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行模擬仿真、狀態(tài)描述、決策分析、預(yù)測性預(yù)警和指導(dǎo)性預(yù)控，讓工程項目現(xiàn)場更加安全、規(guī)范、高效、智慧。（圖16）

圖17 基于AI 的現(xiàn)場安全風(fēng)險識別

圖18 基于智能算法的智能識別場景

圖19 施工現(xiàn)場鋼筋智能盤點

以工地現(xiàn)場的安全風(fēng)險識別為例，通過攝像頭實時監(jiān)測人員體征和姿態(tài)、機械設(shè)備的運行狀態(tài)和軌跡等作業(yè)行為數(shù)據(jù)，動態(tài)采集場地環(huán)境數(shù)據(jù)，通過工程項目大腦的云端算法和安全知識圖譜，自動識別安全風(fēng)險，預(yù)判可能的風(fēng)險隱患，并及時采取措施進行防控，杜絕安全事故的發(fā)生。（圖17）

基于智能算法的智能識別

通過基于智能算法的智能識別系統(tǒng)，對工程項目建設(shè)全過程中產(chǎn)生的圖像、文字、語音、視頻等音像資料進行分析和診斷，為工程項目提供實時反饋和決策建議，提高項目管理水平。如利用圖像識別技術(shù)對混凝土裂縫、孔洞等施工缺陷進行自動識別，對鋼筋、模板等建筑材料進行自動計數(shù)盤點，利用語義識別技術(shù)，對施工合同、招投標合同等進行自動分析審閱等，全方位提高工程項目生產(chǎn)水平。同時，智能識別系統(tǒng)還能夠?qū)こ添椖繉嵤┻^程進行在線自動化控制，例如使用人臉識別技術(shù)監(jiān)控人員出入情況，利用姿態(tài)識別技術(shù)實時監(jiān)控工人的動態(tài)，記錄工人工作時長、利用語音識別技術(shù)控制智能化噴淋系統(tǒng)等，全面實現(xiàn)智能化控制，提高項目智能化水平。（圖18）

以基于AI 的施工現(xiàn)場鋼筋智能盤點為例，在工程項目的結(jié)構(gòu)施工期間，存在大量的鋼筋盤點作業(yè)。傳統(tǒng)的鋼筋盤點方式，人工清點速度慢、準確性差、效率低。應(yīng)用基于AI的鋼筋智能盤點技術(shù)可幫助物資盤點人員快速清點鋼筋數(shù)量。（圖19）目前，基于AI 的鋼筋識別準確率已經(jīng)達到99.9%以上，大幅提升了鋼筋盤點的效率。