丁烈云:智能建造与绿色建造

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来源:建筑工业化装配式建筑网

中国工程院丁烈云院士在住房和城乡建设部科学技术委员会绿色建造专业委员会成立暨试点工作会议上的发言(节选)

我就智能建造、绿色建造这个话题谈谈体会。

  首先是概念问题。现在相关的名词很多,不要过于纠结文字,关键是看内涵。比如智能建造和数字建造就是一回事,因为没有数字化就没有智能化,数字建造的发展就是要实现智能建造。绿色建造和绿色建筑也是一样。以前大家认为绿色建造关注的是过程,绿色建筑关注的是结果,即建筑产品本身。政府文件中使用的是绿色建筑这一概念,现在的专家学者已经认识到,仅从结果来谈绿色建筑是不行的,绿色建筑的内涵应包含建造的全过程。因此,绿色建造跟绿色建筑实际上也是一回事情。

  其次是绿色建造的地位。很多发达国家已经都制定了关于建造业方面的规划,甚至把这些规划纳入国家战略。这些规划有共同的特点,就是一定会有绿色、可持续发展的内容。2017年,美国白宫发布了《美国基础设施重建战略规划》,明确建筑产品和基础设施要实现安全(韧性)、绿色和耐久,并关注建造过程的经济效益和可持续发展。规划提出到2025年,其建筑产品全寿命周期的成本要比现在降低50%;到2030年,其工程建设百分之百要实现碳中性设计。英国则推出了《英国建造2025》,上升到国家战略。在其制定的远景目标、共同目标中都强调了绿色、可持续发展的内容,提出了实施数字设计、智慧建造,低碳和可持续建筑的战略措施。日本的关注重点在工地,工地上的管理水平太低,不可能有工程安全和质量,更不可能有绿色。所以日本从工地抓起,制定了“i-Construction(建设工地生产力革命)”战略。这既是企业的目标,行业的目标,也是国家的战略目标,从建筑产品的品质、安全、效益到创新等方面,都包含了绿色的内容。因此,绿色建造是建筑业发展非常重要的议题,成立绿色建造专委会是非常有必要的。

  第三是关于智能建造与绿色建造之间的关系问题。智能建造是以现代通用的信息技术为基础,建造领域的数字化技术为支撑,实现建造过程一体化和协同化,并推动工程建造工业化、服务化和平台化变革,从而交付以人为本的绿色工程产品。

  智能建造的基础是现代通用信息技术,包括云计算、大数据、人工智能、物联网等等,概括说就是“三化”和“三算”。“三化”就是数字化、网络化、智能化。“三算”就是算据、算力和算法。算据指工程数据,来自三个方面:一是设计过程产生的数据;二是来自施工过程,也就是人、机、料、法、环、品(在制品和最终的产品),实现泛在感知,自然就有了丰富的数据;三是来自运维过程,如果运维跟不上,根本就谈不上绿色建筑。有了数据,还要有强大的算力。现有运算速度最快的超级计算机是“神威·太湖之光”,浮点运算速度每秒9.3亿亿次,也无法完全满足智能时代的计算需求。人脑大约有1000亿个神经元,只有一斤半重。如果具备1000亿个神经元功能的机器脑,就有2000吨重。我们不可能把巨大的机器脑放在机器人身上。所以要把智能终端与计算大脑相分离,把计算部分放到云端上去,这就是云计算。但是把所有的数据都传到云端去计算也会有问题,会造成信息高速公路的堵塞和信息处理的延时。因此,可以把一些数据传到云端,另一些数据就在终端处理,这就是边缘计算。智能建造需要这种“云+边”构成的算力做支撑。智能建造还需要先进的算法,目前人工智能的主要算法是深度学习。但是深度学习的理论基础是统计学,得到的是相关关系,不是探究机理关系。今后应该研究把数据驱动的模型跟机理模型结合起来,人工智能就会前进一大步。

  智能建造领域的技术主要体现在四个方面。一是工程多维数字化建模与仿真技术,就是基于模型来定义工程产品。今后的产品,不是画出来的,是算出来的。比如北京大兴国际机场航站楼的设计,不是欧几里得的平直几何逻辑,而是黎曼几何的曲面逻辑,非常复杂,人去画根本不可能,只能通过计算机建模算出来。二是基于工程物联网的数字工地,或物联网技术支撑的智能工地。工地环境异常复杂,有大量的钢结构会对电磁波产生屏蔽作用,还存在一系列需要解决的科学技术问题。三是工程大数据驱动的智能决策。数据是珍贵的资源,工程设计、施工阶段都会产生海量的数据,不能白白浪费。现在工信部有大数据应用示范,很遗憾还没有建设行业大数据应用。四是自动化、智能化工程机械。提高效率,提升质量安全水平仅靠人工去做肯定不行,还需要自动化、智能化的工程机械。

  智能建造不仅是实现建造技术的进步,更重要的是要变革生产方式,实现基于工程全生命周期数据模型的信息集成与业务协同。当前工程建造各环节,从策划、规划、设计、施工,一直到运维,是割裂的。这就造成建筑产品品质难以保证,建筑生产低效率。同时,建筑业还面临激烈的跨界竞争压力,如生产积木的乐高涉足装配式建筑生产,阿里巴巴也开始尝试BIM平台建设和服务。建筑业的出路只能是打通各环节,实现信息集成和业务协同,把产业链拉长,促进新业态。如智慧城市、智能建筑,提供这类智能产品服务,建筑业是有优势的,因为我们最懂使用者的功能需求和行为习惯。绿色建筑实际上不只是一个技术问题,更是一个绿色行为的问题。这里面,建筑行业的理解是最深刻的,应该发挥这种优势。

  智能建造将推动建筑产业发生深刻变革,具体表现为工业化、服务化和平台化建造。工业化的研究已很丰富,在此就不赘述了。先看服务化建造。我国服务经济占经济总量的52.2%,发达国家服务经济一般在70%以上,美国和日本更是接近80%。我国要发展现代服务业。今后应该鼓励和支持从建筑业里面派生出各种小型公司,规模不要很大,但能提供非常精细专业化的服务。举个例子,现在玻璃幕墙安全维护是个大问题。解决这个问题其实很简单,通过传感器测幕墙玻璃固定频率,就可以知道某块玻璃是否有松动。三五个人就可以成立这样的检测公司,这就是建造服务化的新业态,未来应该会出现许许多多类似这样提供专业服务的小公司。平台化建造。网购是典型的平台经济,互联网平台之所以能快速崛起,是因为平台的边际成本无限接近于零,加上需求规模经济催生出积极的网络效应,使得边际收益又不断增加;再加上信息沟通成本越来越低,交易成本自然不断下降,正好与服务型经济的发展不谋而合,两者叠加创造出一种全新的社会化、开放化的大规模协作分工体系。建筑业已有成功的平台经济模式,如建筑材料采购平台起步不久,合同额已接近上千亿。建筑业服务平台有很大的发展空间。

  智能建造的最终目的是提供以人为本、智能化的绿色可持续的工程产品与服务。智慧建筑、智慧社区、智慧城市,从本质上讲一定也是符合绿色可持续发展内涵的。智能建造目的是交付绿色工程产品,绿色建造的实现过程则需要智能化、数字化建造技术的支撑。二者从本质上是一致的,实现方式则是殊途同归。智能建造具体目标有三个,一是以用户为本,提供智能化的服务,使用户的生活环境更美好、工作环境更高效;二是提升建筑对环境的适应性,实现节能减排、再生循环;三是促进人与自然和谐。智慧的本质应该是与自然生态、社会文化以及用户需求的体验相适应的,这样才能够构成绿色与智能之间良性的互动关系,而不是为了技术而技术。

2020年4月12日 09:18
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