下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
以大数据、物联网、云计算、人工智能、移动通信等为代表的新一代信息技术助力工程建造实现转型升级和创新发展，2019 年，麦肯锡发布的研究报告《政府可以引领建筑业进入数字时代》表明，新技术的应用将促进建筑业的成果产出，各国政府都已为行业变革做好了准备，鼓励企业努力探索智慧建造的技术和实践体系的建构，并出台了相关战略和计划以推动建筑业进入数字时代。
美国智慧建造的发展侧重于建筑信息化层面的推进。美国是最早引领建筑业信息技术化发展的国家，其建筑业产业化发展已经进入了成熟期，在推动智能建筑、智能电网和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术的发展和应用方面都已取得较大的进展，而这些都将成为其智慧建造发展的重要组成部分和坚实基础。1996 年，美国斯坦福大学CIFE实验室首次提出 4D模型概念和CIFE-4D-CAD系统，使得 4D模型技术逐渐走向了施工建造管理，让工程建造管理信息化逐渐成为现实。1997 年，美国著名建筑设计师弗兰克·盖里借助计算机建立了三维建筑模型，并完成了西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆的设计，随后将数据信息传递到数控机床中进行构建的预制生产，最后在施工现场完成建筑物的拼装，整个建造过程与数字化建造理念非常接近。
进入 21 世纪后，美国开始使用和推广BIM技术。2002 年，Autodesk公司正式提出了Building Information Modeling的概念，自此之后BIM被广泛传播，美国各大软件公司相继推出了BIM的设计、分析、模拟建造的软件。于 2007 年开始，美国政府就要求大型招标项目必须提交 3D BIM信息模型，随后还相继出版了美国国家BIM应用标准（NBIMS）第一版和BIM应用手册第二版，第一版主要侧重BIM理论体系的建立和BIM标准的规范，第二版则侧重于BIM在各建造阶段的具体应用，为BIM技术在工程建造全生命周期的发展和应用指明了方向。后来，美国建筑师协会（American Institute of Architects，AIA）于 2008 年提出全面以BIM为主整合各项作业流程，使美国在BIM国际标准制定、基础软件研发等领域均处于世界领先地位。
美国在“智慧化”的战略部署重点放在智慧城市、基础设施战略方向的人工智能。在智慧城市方面，自 2009 年 1 月IBM正式向美国联邦政府提出“智慧地球”概念，建议投资建设新一代智慧型信息基础设施，随后，美国政府在其经济复兴计划中首次描述了智慧城市的概念。后来又于 2015 年 9 月发布了《白宫智慧城市行动倡议》，宣布将在联邦研究中投入至少 1.6 亿美元，并通过至少 25 项新的技术合作帮助当地社区应对关键挑战，尤其在减少交通拥堵、打击犯罪、促进经济增长、解决气候变化影响和提高城市服务水平等方面提供支持。之后，美国联邦政府融合发动美国国家科学基金会、国家标准与技术研究院、国土安全局、交通部、能源部、商务部等多个部门，在智慧城市的基础设施建设研究和实施国家优先领域的新解决方案两个方面投入资金并开展工作。2017 年，美国政府又发布《美国基础设施重建战略规划》，提出了打造安全绿色与耐久性建筑产品、建造过程经济效益和可持续性的同步发展、人工智能与建筑行业融合技术研发的发展规划。2018 年 2 月，特朗普政府出台了《美国重建基础设施立法纲要》（以下简称《纲要》），拟在 10 年内投入2 000 亿美元刺激 2 万亿美元的国内基础设施投资，以期实现美国基础设施现代化、带动经济增长和降低失业率等目标，从而加强美国的国际竞争力。《纲要》涵盖了交通、能源、互联网、住宅等多个方面的内容，其中 200 亿美元的创新转型项目包括了无人驾驶汽车、无人机、模块化基础设施等先进技术。这一政策不仅是对老旧基础设施进行简单的修缮更新，还更加关注工程领域的科技创新和可持续发展，将深刻影响未来 10 年乃至更长远时期内美国基础设施的提升和工程建造领域的发展。
英国近十年来在建筑业持续发力，2011 年 5 月，英国政府发布《政府建造战略 2011—2015》，该战略明确了英国建筑业的发展规划，提出要重视装配式建筑构件生产标准化和建筑信息模型使用标准化。次年，英国实现了BIM技术在设计、施工信息与运营阶段的资产管理信息的高度协同，并在多个部门确立试点项目，运用 3D-BIM技术来协同交付项目。
2013 年，为巩固英国建筑业的全球领先地位，英国政府正式提出“Construction 2025”国家战略，从智能化水平、从业人员素质、可持续发展、带动经济增长和领导力等 5 个方面提出了英国建造 2025 愿景，制订的具体目标为：减少 33%的全寿命周期成本、新建和改造工程项目的完成总时间减少 50%、在建筑环境中的温室气体排放量降低 50%以及工程建造出口增加 50%。同时，设立了包含政企研三方的建设领导委员会进行落地实施，并在英国首次提出了智慧建造（Smart Construction），认为应在建筑设计、施工和运营等阶段充分利用数字技术和工业化制造技术来提高生产力和降低建造成本，并强调在技术方面要提升英国智能建筑和数字化设计水平，以及在产业链培育方面要推动智能建造供应链建设。由此可见，该战略的提出标志着英国建造正式朝智能化方向迈进。
在英国政府发布的《政府建造战略 2016—2020》中，设置了推动智能采购和提升数字技术在内的新的战略目标，以持续推动英国建造转型升级。2015 年，英国政府推出了《数字建造英伦》（Digital Built Britain）计划，拟在未来 10 年中将BIM与物联网、大数据等相结合，降低建设成本和提升运营效率，并明确了发展智能技术和大数据集成在内的 7 个方面的实施计划，该计划说明了英国在智能建造领域正引领全球方向。英国数字建筑中心（Centre for Digital Built Britain，CDBB）在 2018 年发布了《年度报告：迈向数字化英国建筑》，回顾了英国在智慧建造方面取得的进展以及制定了未来的发展规划，在 2019 年发布了《英国数字建筑能力框架和研究议程》明确了在数字建造领域英国所需具备的新知识、技能或能力，从而实现数字化英国战略。
德国拥有世界上最先进的工业化技术与产业链，从建筑产品的设计到施工、再到运维都已实现机器标准化作业与管理，为其建筑行业迈向信息化和智慧化的时代奠定了基础，也为各国智慧建造提供了一种模式。作为建筑工业化的诞生地和最早倡导者之一，德国的建筑工业化受到制造业标准化思想的启蒙，于 19 世纪 40 年代率先提出利用模块化的产品进行建筑形式的组装。1845 年，德国弗兰兹发明了人造石楼梯，即德国的第一个预制混凝土（Precast Concrete，PC）构件，标志着德国PC装配式建筑道路的开启。
德国在工业 4.0 战略的引领下，掀起了第四次工业革命的浪潮，旨在推动工程建造领域的变革。德国提出的“工业互联网”概念，倡导将人、数据和机器连接起来，形成开放的全球化的工业网络，其内涵已经超越制造过程及制造本身，跨越了产品生命周期的整个价值链，甚至跨越了行业。2014 年，德国建筑行业协会发起了“Planen und Bauen 4.0”倡议，提出德国建筑业应在BIM应用和其他数字技术的创新中发挥积极作用。随后，德国联邦政府交通和数字基础设施部在 2015 年正式发布了由德国BIM工作组制定的《数字化设计与建造发展路线图》，详细描述了德国建筑业迈向数字化设计、施工和运维的发展路径，提出要通过应用BIM技术来降低工程风险和提升项目效率，不断优化工程建造全寿命周期成本管控，防止出现延误工期和超预算现象。
日本对于智慧建造的推动政策基于日本信息化的发展，最早源自 1990 年代，日本逐步确立了IT立国的战略，2001 年制定并开始实施“e-Japan战略”，该战略的核心目标是促进信息化基础设施建设以及相关技术的研发，为信息化的发展打下坚实的物质基础，2004 年又出台了“u-Japan战略”，通过进一步加强官、产、学、研的有机联合，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接，2009 年在实现了“u-Japan战略”后又推动“i-Japan战略”的进一步落实，推广基于数字技术“新的行政改革”，大幅提高公众办事的便利性，努力实现行政事务的简单化、效率化和标准化，从而实现行政事务的可视化。从“e-Japan”到“u-Japan”再到“i-Japan”，标志着日本信息化战略的发展，同时也为智慧建造的发展奠定了技术基础。
自 2009 年起，BIM大量出现在日本的研究报告和文章中，为推动BIM的发展，日本国土交通省也在 2010 年 3 月选择一项政府建设项目作为试点，探索BIM在设计可视化、信息整合方面的价值和实施流程。日本建筑信息技术软件产业成立国家级国产解决方案软件联盟。受到美国发布的关于BIM标准和应用的NBIMS规范影响，2012 年，日本建筑师协会发布了从设计师视角出发的JLA BIM Guideline。2014年，日本国土交通省发布了《BIM导则》，成为日本政府唯一承认的BIM应用规范。随后BIM软件公司根据BIM导则发布了软件的用户操作指南。在日本，BIM被广泛运用于政府项目和大型建筑项目中。日本的大型建筑企业与BIM软件公司合作，研究制定出适应自己企业的BIM应用于建筑项目的方法和规范，并在实际项目运行中得到了良好反馈。在设计和施工阶段中，日本进一步尝试在工程监理中运用BIM与信息通信技术相结合等方式。
2015 年 6 月，日本内阁会议通过了新的《日本再兴战略》，明确提出要以IoT（Internet of Things）、大数据、AI推进以人为本的“生产力革命”。为此，日本国土交通省开始在建设工地实施“ICT（Information and communications technology）土木工程”，取名“i-Construction（建设工地的生产力革命）”，即在建筑现场导入ICT技术。ICT即通过情报通信技术将计算机、网络等新技术引入建筑现场。i-Construction是以“情报化”为前提，主要涉及 3个方面的措施。ICT技术的全面使用：在施工现场，项目采用无人机等进行三次元测量，采用ICT控制机械进行施工以实现高速且高品质的建筑作业；规格的标准化：施工现场由于尺寸、作业方式的不同施工要求也不同，采用技术统合进行数据分析将施工现场的规格标准化以实现最大效率；施工周期的标准化：项目采用更加先进的计划管理系统使施工周期可控，同时分散周期排序，减少繁忙期和闲散期。
中国的智慧建造是在建筑工业化、建筑信息化的基础之上发展起来的。在 2000 年，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》指出：“大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化建设全局的战略举措。以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展。”推进国民经济和社会信息化，是国家发展战略的重要内容。2002 年，党的十六大报告指出要“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走新型工业化道路”。
习近平总书记在 2019 年新年贺词中指出：“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。”这是我国首次提出“中国建造”的理念。为响应这一号召，中国工程院开展了中国建造 2035 战略研究项目，该项目将围绕智能建造、新型工业化建造与装备工程、中国建造全球化发展等内容展开课题研究，项目研究旨在以智能建造为技术支撑，以建筑工业化为产业路径，制定“中国建造”高质量发展战略规划，实现工程建造的转型升级和可持续高质量发展。2020 年 7 月，住房和城乡建设部等十三个部门发布《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《指导意见》）。《指导意见》明确提出，我国要围绕建筑业高质量发展总体目标，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，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。到 2025 年，我国智能建造与建筑工业化协同发展的政策体系和产业体系基本建立，建筑产业互联网平台初步建立，已形成一批智能建造龙头企业，打造出“中国建造”的升级版。到 2035 年，我国智能建造与建筑工业化协同发展取得显著进展，建筑工业化全面实现，我国迈入智能建造世界强国行列。2022 年 1 月，住房和城乡建设部在《“十四五”建筑业发展规划》中提出要加快建筑机器人研发和应用，辅助和替代“危、繁、脏、重”施工作业。2023 年 2 月，中共中央、国务院印发《质量强国建设纲要》，指导打造中国建造升级版。
除了BIM技术外，新一代信息技术如物联网技术、3D打印技术、人工智能技术、三维激光扫描等技术也不断与建筑业融合，为智慧建造添砖加瓦。2012 年，我国开始将物联网技术引入建筑行业，以实现建筑物与部品构件、人与物、物与物之间的信息交互。2015 年7 月，我国明确将“互联网+人工智能”列为重点行动之一。2017 年，中国人工智能核心产业规模占比超过 15%。人工智能技术在我国建筑业的应用不断增强，在建筑规划中结合运筹学和逻辑数学进行施工现场管理；在建筑结构中利用人工网络神经进行结构健康监测；在施工过程中应用人工智能机械手臂进行结构安装；以及在工程管理中利用人工智能系统对项目全周期进行管理。2018 年，清华大学—中南置地数字建筑研究中心创新发明的机器臂自动砌筑系统，首次将机器臂自动砌砖与 3D打印砂浆结合在一起，形成全自动一体化智能建造系统，并在世界上首次把该系统运用于实际施工现场。除此之外，以ZigBee等技术为核心的无线传感网络和传感器技术，已经在我国建筑领域的施工安全管理中取得成效。
随着建筑工业化、建筑信息化进程不断加快，新兴技术的不断发展，建筑业开始探索一种新兴的工程建造模式——建立在信息化、工业化上的高度互联、深度融合的智慧建造模式。考虑到建筑业与制造业在产品建造模式上具有趋同性，我国政府借鉴德国“工业 4.0”，于 2014 年提出了“中国制造 2025”的行动纲领，力求通过新型工业化，让数字经济和实体经济结合从而提升我国的综合实力。而在我国工业化的另一个重要优势“中国建造”上，政府提出结合当前的数字经济发展态势，按照“两化深度融合”的思路，全面提升我国的建造水平。
自此，智慧建造也开始引起了国内学术界的广泛关注，各个学者基于智慧建造开展研究，相关学术会议不断出现，为我国智慧建造的发展奠定了理论基础。2010 年以来，若干学者开始阐述智慧建造，鲁班软件创始人杨宝明博士是“智慧建造”一词的来源。他指出，智慧建造是从事智能建筑工程管理、智慧工地建设、工程施工、建造信息技术工作，利用新技术、新方法进行建造的管理全过程。中国工程院院士丁烈云表示，智能建造即数字技术与工程建造系统深度融合形成的工程建造创新发展模式，其技术基础是融合数字化、网络化、智能化与工程建造。此外，关于智慧建造的组织也陆续出现，如一些地方协会成立的分会、全国性协会下属的专业委员会等。从 2017 年开始，关于智慧建造的会议不断出现，如“全国基础设施智慧建造与运维学术论坛”“智慧城市与智慧建造高峰论坛”“中国建筑转型升级与智慧建造高峰论坛”等。2018 年，由东南大学牵头建设的“智慧建造与运维国家地方联合工程研究中心”获国家发改委批准并正式成立。
为加快推进工程建造技术科技化、信息化、智能化水平，在人才培育方面，我国逐步建立了智能建造人才培养和发展的长效机制，加快形成多领域融合渗透的复合型人才培养体系。2015 年，教育部发布了新版的高职专业目录，其中设有云计算技术与应用、工业机器人技术、物联网应用技术、智能产品开发、智能控制技术、智能终端技术与应用等相关专业，2016 年增补了大数据技术与应用专业。2018 年 3 月 15 日，教育部首次将智能建造纳入我国普通高等学校本科专业。截至 2020 年 8 月，全国开设智能建造专业的大学共有 24 所。此外，智慧化建设项目的落地岗位正式形成，由中国建筑科学研究院认证中心评价监督，北京中培国育人才测评技术中心组织实施的智能建造师专业技术等级考试和认定工作正式开启。
智慧建造作为一种建立在高度工业化、数字化、信息化上的互联互通、智能高效的可持续建造模式，是建筑业发展过程中必然要经历的一个重要发展阶段，使工程建造向着更加智慧、精益、绿色的方向发展，以期实现建筑全生命周期的智慧建设，推动建筑业转型升级、提质增效，深化建筑业供给侧结构性改革。随着物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术和实体经济的深度融合，智慧城市建设进入发展黄金期，智慧建筑行业也迎来了新的发展机遇。