建筑结构丨业内专家对智能建造的全链条解析

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引言

建筑业是国民经济的重要支柱产业。2023年我国建筑业总产值达到31.6万亿元，增加值占国内生产总值的6.8%，提供了5000多万个就业岗位，有力支撑了国民经济持续健康发展^[1]。但长期以来，生产方式粗放、科技创新能力不足等问题严重制约了建筑业高质量发展，迫切需要把握好以人工智能为代表的新一代信息技术给建筑业转型升级带来的战略性契机，将发展智能建造作为提升科技含量、实现高质量发展的战略选择，加快推动建筑业与数字经济深度融合，培育新产业、新业态、新模式，打造“中国建造”升级版。

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 概念辨析

目前，国内尚未形成统一的智能建造定义，综合专家观点（表1），本文认为智能建造是新一代信息技术与先进工业化建造技术深度融合而形成的人机协同建造方式，是跨领域跨行业的复杂系统工程。其组成可形象理解为：算力算法是大脑、工程软件是肌肉、智能装备是骨骼、工程数据是血液、建筑产业互联网是神经网络^[2]。

与智能建造相关的概念主要有装配式建筑和绿色建造，它们都是新型建造方式的组成部分，是建筑业工业化、数字化、绿色化转型的三个重要方面。其中，装配式建筑是由预制部品部件在工地装配而成的建筑，强调预制工法，是建筑工业化的一种表现形式和发展智能建造的良好载体^[3]；绿色建造是指通过科学管理和技术创新，采用有利于节约资源、保护环境、减少排放、提高效率、保障品质的建造方式，强调提升建造活动绿色低碳水平，是建筑业高质量发展的要求，也是发展智能建造的目标之一^[4]。

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政策体系发展情况分析

2.1 国家层面政策体系分析

当前，智能建造已被纳入新时期国家经济社会发展的重要举措（表2）。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出“发展智能建造”，首次从国家层面将发展智能建造作为推进新型城市建设、全面提升城市品质的重要内容，为推动建筑业转型升级指明了方向^[9]。《关于推动城乡建设绿色发展的意见》《国家标准化发展纲要》《质量强国建设纲要》等文件分别从绿色化、标准化和质量提升等角度对发展智能建造进行了工作部署。

为落实中共中央、国务院决策部署，住房和城乡建设部会同相关部门出台了一系列落实举措，为发展智能建造提供了有力的政策支撑（表3）。其中，《住房和城乡建设部等13部门关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》《住房和城乡建设部 国家发展改革委关于印发城乡建设领域碳达峰实施方案的通知》《“十四五”建筑业发展规划》明确了发展智能建造的目标、重点任务和保障措施^[10]；《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》《“十四五”信息通信行业发展规划》《“十四五”机器人产业发展规划》《“机器人+”应用行动实施方案》指引了智能建造关键技术研发方向；《加快培育新型消费实施方案》确定了智能建造以新业态新模式引领新型消费的重要作用。

表2  中共中央、国务院关于发展智能建造的政策

表3  住房和城乡建设部等部门出台的落实文件

2.2 地方层面政策体系分析

2022年10月，住房和城乡建设部选定了24个智能建造试点城市，为全面推进建筑业工业化、数字化、绿色化转型，发挥示范引领作用。在此背景下，各地为充分调动市场主体发展智能建造的积极性，出台了一系列支持政策，主要包括财政、土地、税收、评优、人才等五个方面。

2.2.1 财政支持政策

如深圳将智能建造纳入工业和信息化产业发展专项资金、战略性新兴产业发展专项资金的重点支持领域，最高资助2000万元；合肥对智能建造领域投资额100万元（含）以上的建筑业企业，按投资额的20%给予最高200万元财政资金补贴^[11]；苏州在全市科技发展计划项目中增加“智能建造”门类，支持企业围绕智能建造领域前瞻、关键技术开展研究，每个项目最高可获得50万元财政资金支持。

2.2.2 土地支持政策

如上海在申请容积率奖励的商品房项目中积极推广智能建造，要求房地联动价10万元（含）以上的项目必须采用智能建造技术；合肥将应用智能建造技术纳入高品质商品住宅规划建设标准，作为商品住宅用地“竞品质”出让加分项；深圳对智能建造生产工厂建设用地土地产出率和地均纳税额两类指标允许参照产业项目建设用地控制标准指南中绿色低碳产业指标的50%至70%执行^[12]。

2.2.3 税收优惠政策

如南京对开发智能建造新技术、新产品、新工艺发生的研究开发费用，在按规定据实扣除的基础上，符合条件的可在计算应纳税所得额时加计扣除。对符合条件的，按规定落实重大技术装备进口关键原材料和零部件免征进口环节增值税、固定资产加速折旧、技术转让免征或减半征收所得税等优惠政策。

2.2.4 评优支持政策

如江苏在省内优质工程奖“扬子杯”中设立智能建造专项；陕西对认定的智能建造试点示范项目，经核查未发生质量安全事故等问题的，授予省级优质工程奖，并按照规定要求计取优质优价费用；福建在省级优质工程奖、勘察设计奖等奖项评定中增设智能建造分值。

2.2.5 人才支持政策

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技术体系发展情况分析

3.1 技术体系框架

为引导各地主管部门和企业全面了解、科学选用智能建造技术产品，住房和城乡建设部于2021年征集、遴选、发布了5大类124个智能建造新技术新产品创新服务典型案例^[13]。本文在总结评估124个案例应用情况的基础上，将智能建造技术分为数字化设计、智能生产、智能施工、智慧运维、建筑产业互联网和智能建造装备等6大关键领域^[14]。其中，数字化设计领域包括数字化勘察、建筑信息模型建模软件、专项设计软件、建筑性能模拟分析软件和人工智能辅助设计等技术；智能生产领域包括部品部件智能工厂数字化管理平台和部品部件智能生产线等技术；智能施工领域包括数字化管理平台、施工模拟分析、质量安全智能监测管理、劳务用工数字化管理、物料数字化管理和工程质量验收数字化管理等技术；智慧运维领域包括建筑结构健康监测技术和工程项目智慧运维平台等；建筑产业互联网领域包括行业级、企业级、项目级建筑产业互联网平台；智能建造装备包括建筑机器人、集成建造平台、智能隧道掘进机、智能随动混凝土布料机、智能施工升降机和智能挖掘机等^[15]。

3.2 典型应用场景分析

建设典型应用场景是推广智能建造新技术新产品的关键所在。2021年以来，住房和城乡建设部在广东、上海、重庆选取了7个项目开展智能建造试点，广东、江苏、四川、陕西、河南等地推动建设了一批省级试点项目，试点城市也陆续确定了一批试点项目，为推广应用智能建造技术体系提供了良好的载体。如深圳市长圳公共住房智能建造试点项目集成应用数字化设计、智能生产、建筑产业互联网、建筑机器人等技术，累计节约工程造价约7500万元，缩短约10%的总工期，有效提升了工程建设效率和效益^[16]。

通过分析对比不同类型试点项目的实施效益发现，目前相对成熟的智能建造典型应用场景包括三个方面。一是大型复杂工程项目，如BIM软件的管线碰撞检查、工程量计算、施工模拟等功能在机场、体育馆、剧院、工业建筑等复杂项目中应用效益显著^[17]。二是危繁脏重施工环节，如混凝土浇筑环节劳动强度大、工作时间长、作业环境差，通过应用智能随动混凝土布料机，只需1名工人操控手柄即可完成布料作业，既减轻了劳动强度，受到工人欢迎，也减少2名操作工，节约了人工成本^[18]。三是设计施工运维一体化项目，如城市轨道交通项目建设单位基于后期数字化运维需求，研发应用基于BIM、传感器等技术的全生命期数字化管理平台积极性高，在隐蔽工程可视化管理、运行状态在线监测、资产设备快速定位等方面应用效益显著^[19]。

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 产业体系发展情况分析

4.1 产业体系框架

智能建造产业具有科技含量高、产业关联度大、带动能力强等特点，既可以催生新产业、新业态、新模式，又能带动自主创新软件、人工智能、物联网、大数据、高端装备制造等产业发展，是建筑业稳增长、扩内需、发展数字经济和新质生产力的重要举措。2021年5月，国家统计局发布了《数字经济及其核心产业统计分类（2021）》，为数字经济核算提供了统一可比的统计标准、口径和范围，为梳理智能建造核心产业分类提供了重要参考依据。

参照该分类方法，本文将智能建造的核心产业分为产业数字化和数字产业化两方面，主要包括上中下游12类产业。其中，上游主要是涉及底层核心技术的基础软硬件产业，包括工程软件、工程物联网、新一代信息网络和建筑新材料等；中游主要是智能建造技术集成应用相关产业，包括智能建造设备制造、建筑产业互联网、工程大数据和人工智能、系统集成和整体方案服务等；下游主要是智能建造整体服务和最终建筑产品相关产业，包括数字化设计服务、智能生产制造、智能施工管理和智慧运维服务等^[20]。

4.2 产业发展现状分析

近年来，深圳、武汉、重庆、佛山等城市以发展智能建造为抓手，积极推动建筑、建材、工程机械等传统产业向工业化、数字化、绿色化转型，取得了一定成效。如深圳积极培育智能设计、智能生产、建筑产业互联网、数字孪生平台、智能建造装备、模块化智造等6条产业链，培育壮大了中建科技、中建科工、中建海龙、特区建工等骨干企业，鼓励华为、腾讯、大疆、小库科技、万翼科技等装备制造和信息技术企业布局智能建造产业；武汉将智能建造作为9大支柱产业集群之一进行培育，实施链长负责制，总链长由市委、市政府主要领导同志担任；重庆将建筑机器人纳入全市战略性新兴产业进行重点培育，组建建筑机器人产业发展基金；佛山着力培育顺德区建筑机器人创新应用先导区、南海区建筑产业集聚区智能建造产业集群，其中顺德区以建筑机器人为重点，加快北滘机器人谷、美的库卡智能制造科技园等重点项目建设。

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 存在问题与发展趋势分析

5.1 存在的主要问题

虽然国内智能建造领域已经积累了一些经验，但与发达国家相比，总体还处在碎片化的尝试阶段，主要存在五方面问题。一是智能建造技术体系、产业形态、统计指标、学科建设等基础研究不足，缺乏清晰明确的技术路径和成熟适宜的成套技术方案。二是工程建设普遍缺乏工业化系统思维，标准化程度不高，既无法实现工业化大生产，也阻碍了设计、生产、运输、施工等环节的数字化，基于数据驱动的智能决策更是无从谈起。三是政府、市场、社会共建共治共享的可持续产业发展模式尚未形成，智能建造对扩内需补短板、建设强大国内市场的作用未能充分发挥。四是面临关键技术“卡脖子”风险，如国产BIM软件未实现自主可控，在非线性几何特征建模、图形引擎性能和配套软件生态等方面与国外相比仍有较大差距，亟需系统推进关键技术研发，补齐自主可控BIM软件在复杂造型工程项目应用的短板。五是国家层面缺乏财政补贴、税收优惠等强有力的支持政策，只有加强住房城乡建设、发展改革、科技、工信等多部门协作，从规划、土地、财税、金融等方面形成政策合力，才能充分调动市场积极性，充分发挥智能建造的优势。

5.2 发展趋势分析

“十四五”时期是新发展阶段的起步期，也是实施城市更新行动、推进新型城镇化建设的机遇期，还是加快建筑业转型发展的关键期。一方面，国内超大规模建筑市场为智能建造发展提供了更广阔的空间、更丰富的应用场景和更多的试错机会，有助于建筑业充分把握新一轮科技革命和产业革命的契机，提升工业化、数字化、智能化水平，实现质的稳步提升。另一方面，智能建造要充分利用城市更新为建筑业提供的重要增长空间，以科技创新更好支撑城市更新战略，不断改善人民群众居住条件，实现量的合理增长。在此背景下，本文认为国内智能建造将呈现以下三个方面的发展趋势。

5.2.1 从发展目标看，“提品质、降成本”将成为行业主旋律

随着科技创新成果的普及应用，智能建造对于工程建设提品质、降成本的实施效益将日益显著。比如，在设计上，通过三维仿真设计充分论证设计方案的合理性，提升建筑采光、通风、温度等居住的安全性和舒适性；在材料上，通过智能生产实现关键材料质量可追溯，避免不合格建筑材料流入建筑工地；在建造上，通过智能建造装备和建筑产业互联网，提升工程项目的工业化施工能力和数字化管理水平，实现像造汽车一样造房子；在使用上，通过交付三维建筑信息模型提供详实的房屋档案，可以为开展房屋体检和智慧运维提供支撑。

5.2.2 从实施主体看，企业将成为智能建造科技创新的主体

培育龙头企业是开展智能建造试点工作的重点任务，主管部门将进一步加强企业主导的产学研深度融合，推动实施一批具有战略性、全局性、前瞻性的智能建造重大科技攻关项目。随着更多智能建造科技研发任务将由企业提出、由企业研发、由企业产业化，企业作为智能建造科技创新出题人和阅卷人的作用将进一步强化，最终形成企业主导、政府引导、上中下游衔接、大中小企业协同的智能建造科技创新体系。

5.2.3 从推广应用看，技术应用深度和广度将进一步扩展

人工智能作为新一轮科技革命和产业变革的核心技术，将深刻影响智能建造技术研发和应用。随着人工智能技术的日益成熟，智能建造的技术应用深度将从感知和替代阶段，逐步转向智能阶段。同时，随着智能建造技术产品日益成熟，其购买和使用价格也将随之下降，将有利于智能建造技术在更多领域、更多企业、更多项目推广使用，逐步实现成熟技术产品的规模化应用。