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智能建造赋能好房子建设 激发行业新质生产力

  房子是人类生活最基本的需求之一,住上好房子成为老百姓的热切期盼和时代呼唤。去年召开的全国住房城乡建设工作会议强调,要牢牢抓住让人民群众安居这个基点,以好房子为基础,推动好房子、好小区、好社区、好城区的“四好”建设。本报特别邀请清华大学土木工程系教授、博士生导师马智亮,为我们解读什么样的房子才是好房子,好房子有哪些好功能好设计,如何让智能建造激发新质生产力。

 
 新闻“汇”客厅直播现场

 
 基于模型数据库驱动的造楼机技术

  美好生活

  多元推进好房子建设

  中国建设报:随着生活水平的提高,人们对于居住品质的要求也越来越高,您对于新时代好房子的内涵有哪些理解?您认为好房子应该具备哪些特点及功能?

  马智亮:好房子是人民群众在新时代对美好生活追求的重要组成部分。改革开放四十多年来,我国住宅基本上解决了“有没有”的问题,好房子反映了人民群众对“好不好”的追求。

  我认为,好房子标准是主观化的,什么是好,需要靠人去感受。在我看来,作为一个好房子,至少应该具备“五个好+一个要求”。第一个好是好规划,例如,你住的房子,应该有好的配套医疗、学校等设施。第二个好是好设计,房子要设计得合理好用。第三个好是好质量,好房子在使用后基本的房屋质量要稳定有保障。第四个好是好服务,住在一个好房子里面,需要有相应的令人满意的物业服务。第五个好是好维修,房子使用时间长了,或多或少会出现一些问题,这个时候好不好修,是一个非常重要的因素。一个要求是什么?我觉得需要从社会效益来出发,好房子建设要低碳环保,要符合“双碳”达标的要求。

  中国建设报:在好房子的建造过程中,有哪些独特的工艺特点值得我们关注?目前有什么新的探索和突破吗?

  马智亮:未来建造技术我觉得应该是有两个特征,第一个是智能建造,第二个是低碳环保。

  当前,智能建造还在发展过程中,有关部门正在大力推进,好房子建设过程中,智能建造将发挥非常大的作用。智能建造主要特点之一便是让机器代替人去开展工作。其中,包括建筑机器人、相关机械设备,同时也包括用计算机代替人进行各种分析的系统平台等。

  智能建造对好房子建设的影响,是在设计、施工以及运维各个阶段减少对人的需求,提高管理效能。通过利用机器人可以长时间稳定运作的特点,从而保证施工进度和施工质量更加稳定。

  此外,建造技术,包括智能建造技术必须要重视低碳环保,要符合“双碳”目标的要求。

  中国建设报:如何才能像造好汽车一样造出好房子,需要进行哪些建造理念和技术革新呢?

  马智亮:汽车是流水线生产出来的,更重要的它是在工厂里制造的,工厂制造条件更好,质量更容易得到保证。另外,因为其制造条件好,效率也会提高,可以大量生产,以比较低的价格提供给大众。

  房子有很大的不同,房子的属性叫单件性,每个房子建在不同的地点,建的具体样式也不太相同,而且必须在现场来建,这是最大的区别。当然,要像造好汽车一样造出好房子,意味着要尽量把房子放在工厂里进行建造,在工厂里把构件生产好,再运输到指定地点现场安装起来,形成完整的房子。

  如此一来,一方面能够满足房子基本上像汽车一样在工厂里面制造,另一方面能够满足房子需要在特定的地点建设的需求。这里面具有不小的挑战,房子体量很大,单个构件和汽车里面的一个零件大小是不可相比的,其中要考虑经济性,比如构件在一个地方集中制造,运到现场有经济运距的问题,如果运距太远,经济上便不划算,面对这些挑战,需要提出更好的解决方案。

  数字赋能

  保障好房子工程品质

  中国建设报:在好房子设计阶段,数字化技术扮演着怎样的角色?请您分享一些利用数字技术优化户型设计来提升居住舒适度的具体做法。

  马智亮:在好房子的设计过程中,应用数字技术可以使我们的设计质量更有保证、设计更具灵活性、设计更有性价比。

  在设计质量方面,有了数字技术以后,可以让信息系统、设计系统去辅助设计师,降低人为出错。同时,通过数字技术进行施工质量管理,使得施工质量没有疏漏,确保好房子的质量。

  在设计灵活性方面,过去的设计师限于时间等多方面原因,从而使房屋设计千篇一律。如今有了数字技术以后,在同样时间下,设计师可以拿出更多的方案,使得设计方案更加丰富多彩。

  在设计性价比方面,好的设计方案,以前需要请最好的设计师来,现在通过数字技术,做出好的设计方案后,进行反复迭代,同样可以得到不断优化和提升。

  中国建设报:随着科技的飞速发展,数字工地正逐渐成为建筑业的新常态。数字工地技术是如何融入日常施工管理的,又是怎样提升工地整体安全水平的?

  马智亮:数字工地实际上是在建筑工地现场使用的一种信息系统,用于管理施工现场的各个生产要素:人、机、料、法、环(其中人是施工人员,机是施工机械,料是材料,法是工法,环是施工环境),也用于生产管理方面:项目进度(要保证按期交付)、成本(要在预算范围内完成)、质量(要保证按照预定的质量来完成)、安全(不能出安全事故)。

  这样的数字工地系统提供了方方面面的功能,辅助管理人员提高管理效率。过去没有数字工地系统,基本靠人海战术以及粗放式管理,所谓走到哪里管到哪里。现在有了数字工地系统,可以预先设置管理点,然后进行精细化的管理。此外,数字工地系统里面还提供了保障安全的功能,这个功能使得施工现场安全管理更加高效。比如利用人工智能技术,通过系统帮助管理人员监督工人是否正确佩戴安全帽,系统去提醒工人是否有安全风险,这些功能可以帮助施工现场改进安全管理方式,提高安全管理水平。

  中国建设报:质量是工程的生命线,数字工地为施工质量的精细化管理提供了新的途径,如何通过BIM等数字技术实现对施工过程的精准把控?

  马智亮:BIM就是建筑信息模型,是计算机三维建模技术,从二维到三维带来最大的变化就是直观性。一个建筑,如果单看图纸,大家一下子反应不过来是什么,尤其对行外人来说,如果是三维模型,即使是行外人也很容易能看出来是什么。这项技术不仅是用来看的,实际上提供了更多可能性,比如进行碰撞检查,因为三维模型的相关信息是计算机可识读的,通过软件自动进行各种不同构件模拟空间位置,计算是否有发生碰撞,碰撞检查完全由计算机去做,不需要人盯图。

  质量管理同样可以利用BIM技术,以前传统的质量管理方法是每做完一道主要工序后,管理人员去检查,监理人员去复验,重要的地方甲方再进行审核。由于施工过程复杂,需要检查的项目非常多,实际过程中管理人员容易疏漏,发生疏漏后质量很难得到完全的保证。另外,还要求提供相应的档案,这个过程中有可能出现弄虚作假的行为。有了BIM技术,上述问题都可以避免。通过BIM技术和室内定位技术结合,让计算机通过三维模型自动标注哪些点位应该检查,管理人员拿着平板电脑到现场,实时位置会在模型上显示出来,这样更直观地反映管理人员和检查点是什么位置关系,检查完毕后在模型的检查点输入相应的信息,不会有疏漏,也不会有作假问题。

  中国建设报:房屋质量及良好的居住环境,对人们的生命财产安全以及身心健康都至关重要。对好房子的运行维护也提出了更高要求,请问数字运维在好房子管理中扮演着怎样的角色?

  马智亮:好房子也需要好的运维管理,好的运维管理涉及多方面的因素,包括技术、经济和管理。依靠数字技术,可以让运维管理水平得到非常大的提升。

  首先是技术方面,比如出现漏水,应该从哪儿着手、怎么维修,运用BIM技术、数字技术后,到需要维修的地方,打开平板电脑,能看到当时的建筑信息模型,实际室内设施有可能是遮盖着的,通过信息模型就知道里边是什么样的,快速找到漏水点,并且知道应该从哪儿把阀门关上,再去维修。

  其次是经济方面,要考虑是被动维护,还是主动维护。要做到未雨绸缪,趁还没出现问题的时候,主动去维修保养,从长远看,维修次数或许较多,但总的效果比较好,整体花费也比较少。有了BIM技术后,可以通过大数据来预测未来的故障情况,以此来制定预防性维修机制。

  最后是管理方面,实际过程中有各种制约,比如预算,在有限的资金里怎么去维修,让它效果最好?有了BIM技术、有了数据底板,在有限资金下,可以让各个设备的可靠性保持相等,这样整体效果是最好的。

  中国建设报:在好房子的建设过程中,精细化管理主要体现在哪些方面?

  马智亮:精细化管理是当前比较热门的词汇,精细化管理的核心是要有足够的管理节点,要把控管理中可能出现的问题。过去我们是粗放式的管理,各种信息的获取主要依靠人去采集,工作量很大,投入和产出不成比例。现在我们有手段了,比如BIM技术,通过信息系统能够及时得到你需要的信息,这些信息数据是由相关设施自动采集的,然后由计算机系统自动分析,如此一来可以做到有针对性的、随时随地的节点把控,避免过去粗放式管理,使得管理更加精细化,降低安全风险。

  产业融合

  系统推进智能建造发展

  中国建设报:数字化、网络化和智能化正深刻改变着建筑业的生产方式。智能建造如何促进建筑产业链上下游的深度融合与协同创新?这种融合又如何进一步激发新的生产力和增长点?

  马智亮:我们用了不同的生产方式和生产手段,影响的不仅局限于一个阶段,会对产业链上下游都产生影响。作为行业管理部门或者企业,出现新的问题的时候,怎么利用这种变化,让整个系统性能更好,或者产出更有效,需要上下游之间协同融合。

  在新质生产力方面,我觉得,建筑业发展新质生产力,要依靠科技创新。第一,建筑机器人作为行业科技创新的大热点,目前,虽然已经有很多机器人,但还没有完全应用起来,还需要不断打磨,让它适应实际过程中的需求。统计资料显示,一个建筑机器人从开始研究到真正落地使用,再到有效发挥它的作用,大体上需要10年左右的时间。所以,现在只是解决了有没有的问题,还需要解决好不好的问题。第二,需要有关的大型建造装备和设备。比如造超高层建筑,有造楼机;建高铁,有架桥机等。发展智能建造,离不开各种类似的大型建造装备和设备。第三,要具备相应的管理系统。我在带学生做研究的过程中发现,一些软件系统发挥的作用可能更大,硬件系统成本很高,回本周期很长。软件系统通过优化一个作业计划,百分之几的收益就可以回本。

  所以,我觉得进一步发展建筑机器人、大型建造设备装备以及管理系统都是激发新质生产力非常重要的方向。

  中国建设报:好房子建设涉及主体多、环节长、技术复杂,是一项系统性工程,应该如何系统性推进好房子建设、智能建造的发展?

  马智亮:好房子建设是一个系统性的工程,行业传统上是设计阶段、施工阶段、运维阶段各管一段,各个阶段之间联系相对少,每个阶段把成果交给下一阶段后就没事了,技术往往也是条块分割的。

  作为新一代智能技术发展集成,对管理上也有相应的要求,更多的要系统性考虑问题。举个例子,比如建筑机器人干活,它和人是各有所长、各有所短的,人的适应性非常强,如果让机器人提高适应性,付出的代价会很高。实际上就要在设计阶段考虑到施工阶段建筑机器人能干到什么程度。在运维阶段同样如此,运用机器人进行检修时,有没有预留足够空间让机器人进去,这是在设计阶段就需要考虑的方面。

  此外,我们还有制度优势,包括政府的大力推进、行业的技术进步以及行业为企业间搭建的技术交流平台。政府、行业、企业包括高校研究部门,各方主体一起使劲,就可以系统地推动好房子建设,推动智能建造发展。总之,随着智能建造技术不断的发展,各个阶段的关系越来越紧密,行业也在持续不断地进步。

  中国建设报:展望未来,智能建造将如何继续深化在建筑业的应用,激发更多的新质生产力?您认为未来智能建造的发展趋势是什么?

  马智亮:我个人的看法有三点,第一,要持续改进,不能满足于有没有,要看好不好,技术需要不断创新改进。第二,要向制造业学习,工程建设行业很多技术是向制造业学习得来的,包括CAD技术等。资料显示,23个行业的信息化,制造业是走在最前面的,建筑业是相对落后的,所以不能满足于现状,要立标杆、学标杆、超标杆。第三,要有长期作战的思想,行业的发展、智能建造的发展、新质生产力的发展,都不是一蹴而就的,需要一个过程,例如CAD技术,设计院甩掉图板用计算机辅助二维制图,用了20年来普及这项技术。所以一定要有长期作战的思想,通过不懈的努力使行业不断地进步,向着智能建造甚至智慧建造的目标不懈努力。

  【延伸阅读】

  BIM技术在建筑设计、施工及运维阶段的应用

  设计阶段

  BIM技术可以实现建筑构件的智能建模,参数化的建模方式使设计的精确性与效率得到提升。

  通过BIM技术搭建构件库,可大幅提升设计效率,确保标准化与规范化。

  BIM协同工作流程有效整合设计数据,确保各专业设计数据的一致性和准确性,降低信息传递误差及延误。

  BIM平台具备智能碰撞检测技术,提前发现并解决潜在设计难题,减少后期施工阶段可能遇到的问题。

  BIM平台可以清晰记录设计修改过程,提升设计资料的可追溯性。

  施工阶段

  BIM平台将各类建筑信息整合至数字模型中,建筑形状、材质及施工顺序可以详细查询。

  施工过程中,BIM平台可实时同步更新建筑模型信息,展示施工现场的动态,有助于监督管理、决策制定和问题的快速解决。

  应用BIM技术进行碰撞检测时,可准确识别各部件间的隐性冲突及制约关系,提升工程进度,优化施工环境,提高安全质量水平,减少施工成本。

  运维阶段

  BIM平台内存储建筑材料、设备的详细数据,可随时查阅生产商、规格型号、安装日期等数据,并具备设备维修提醒功能。

  BIM平台具有分析功能,对设施设备运行状况进行评估,以便预测风险和及时发现故障。

  运用BIM技术,可实时监测建筑能源消耗情况,同时进行深入剖析,制定节能策略,优化节能方案。

  运用BIM技术,可以为建筑拥有者、运维者提供高效的决策支持和管理体系,提高了运营效率,降低运营成本,延长设施设备使用期限。

  文字整理:孙宇枫

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