建筑结构丨中南院李霆大师：智能建造与建筑工业化协同发展的探索与实践

全国工程勘察设计大师，中南建筑设计院股份有限公司董事长李霆在“第二届建筑结构可持续发展创新论坛”上做了题为《智能建造与建筑工业化协同发展的探索与实践》的精彩报告！

报告主要介绍了四个方面，分别为：智能建造与建筑工业化协同发展的数字化要求；实现智能建造与建筑工业化的卡脖子数字技术问题；实现智能建造与建筑工业化的路线图；中南建筑设计院的探索与实践。

一、智能建造与建筑工业化协同发展的数字化要求

近年来，住房和城乡建设部联合多部门发文，大力推动智能建造与建筑工业化协同发展。加大智能建造在工程建设各环节应用，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。加快新型建筑工业化与高端制造业深度融合，搭建建筑产业互联网平台。

接着介绍了大规模协同、大规模定制、数据的高效无缝流转的概念和意义；建筑工业化的要求为一模到底，智能建造的要求为无图建造；阐述了智能建造的本质；最后提出建筑设计工业化智能化的要求：无图设计、三维交付。

工业化要求大规模协同，即同一企业内部各专业的横向协同，及上下游企业的纵向协同。工业4.0时代，通过高速网络、大数据、物联网和人工智能，使得个性化产品能够以高效率的批量化方式生产，从而实现所谓的“大规模定制”。建筑业与制造业的传统边界将被打破，建筑业将转型为大规模定制的制造业。数据的高效无缝流转是大规模协同、大规模定制的前提，是建筑工业化的基础。数据流转最高效的方式就是各专业、各企业共用同一个动态的三维数字模型，实现一模横向到边、一模纵向到底。

“一模到底”就是确保单一数据源，让设计、施工、运维等所有工程项目参与方及各专业，共用同一个三维数字模型协同工作。用三维数字模型直接指导（而非通过二维图纸转换）物理世界的三维施工和运维，实现设计、施工和运维一体化，即设计模型、施工模型、造价模型、运维模型一体化。目的是要彻底解决建筑行业“碎片化”问题。

智能化是事物在高速网络，大数据、物联网和人工智能等技术支持下，所具有的能动地满足人的各种需求的属性。智能化是“机器的意志”，而自动化仅是“人设的意志”。点状的智能机器应用（整平抹平机器人、喷涂机器人、钢筋绑扎机器人等），实际上只是局部的自动化而非真正意义上的智能化。

数字模型直接驱动智能化的设备：三维数字模型包含结构化的完整数据，可以用于直接驱动智能设备。二维图纸需要经过解读、转换才能驱动智能设备，需要大量人工干预。三维模型的应用有利于推进工艺流程数字化，完成无人、少人建造。

智能算法优化建造过程：数字模型包含结构化数据，可以被计算机方便读取，智能优化建造过程。

数字建造就是完全依靠数字完成的建造，靠图纸完成的建造并不是真正的数字建造。智能建造就是依靠通过数字驱动的智能终端完成的建造，主要靠人完成的建造也不是真正的智能建造。“无图建造”是“智能建造”的基础和必经之路。

二、实现智能建造与建筑工业化的卡脖子数字技术问题

本节讲述了实现智能建造与建筑工业化的卡脖子数字技术的3个问题，分别为：

1、缺少贯穿工程项目全流程的数字化管理体系（PLM）；

2、缺少贯穿工程项目全流程的数字化交付体系（MBD）；

3、建筑业尚未实现各专业基于数值仿真的设计和全过程基于数字孪生的建造（VDC）。

并且总结了目前发展现状引发的对卡脖子问题的思考。为什么目前BIM不能解决卡脖子问题？

现有BIM模型精度达不到建筑工业化和智能建造的要求。BIM技术主要面向设计师开发，以满足几何表达和空间分析要求为主，未包含加工、建造和管理信息，还是设计模型，而非制造模型。

现有BIM软件不支持建立基于三维数字模型的数字交付体系。BIM还必须转换成二维图纸作为交付物，不支持建立基于三维模型的数字交付体系。

现有BIM系统无法满足大规模工业化协同工作。当前BIM系统主要基于文件协同，而非基于数据库的协同，无法有效实现大规模协同及构件级精细化管理。尚未实现单一数据源、一模到底的协同工作，无法实现全生命周期数据无缝流转。

三、实现智能建造与建筑工业化的路线图

本节详细阐述了3个卡脖子问题的解决方案。最后提出了建筑业实现工业化智能化的核心：将建筑业转型为制造业。

1、高端制造业是如何解决卡脖子问题的？

江南造船厂、西安飞机工业集团等引入产品全生命周期PLM的理念，基于三维MBD模型，将产品设计和工艺设计紧密结合，并通过数值仿真验证形成“数字样机”，进而孪生出现实的产品，打通了设计、制造等环节，实现了数字制造和智能制造，整合了产业链，取得了较好的效果。高端制造业30年前已经实现无图制造、智能制造，建筑仍靠图纸建造。

2、解决卡脖子问题要分两步走：第一步，引进高端制造业的理念、体系和平台。第二步，引入物联网、人工智能、智能终端。

引进产品全生命周期管理PLM、基于模型的产品定义MBD技术、开展虚拟设计与建造VDC等应用，先实现以“一模到底、无图建造”为特征的真正意义上的数字建造，为真正意义上的智能建造打下不可或缺的基础；实现真正意义上的少人或无人智能建造。

3、解决方案

1）解决卡脖子问题1：建筑全生命周期数字化管理PLM平台

单一数据源的管理体系。使用数据库集中管理包括三维模型在内的全生命周期数据，为跨专业、跨企业、跨地域的产业协同提供技术基础。

使用同一三维数字模型完成设计和交付。基于MBD技术，使用演进式设计理念，实现上下游参与方基于同一三维数字模型开展设计、校审、仿真、加工、建造工作，实现“一模到底、无图建造”，彻底解决建筑工程行业碎片化的问题。

PLM模型与BIM模型的区别：基于装配结构树的模型组织形式，具有自由灵活的模型组织，基于关系型数据库的数据共享和分工协同；制造模型与设计模型的区别。

实现智能建造和建筑工业化，需要用数字模型驱动智能终端，必须依靠PLM模型（制造模型）！

2）解决卡脖子问题2：基于模型的定义MBD（新一代数字化产品定义语言）

MBD的定义为用三维数字模型取代二维工程图，完整地表达产品的设计、制造等全生命周期信息的新一代产品定义技术。

3）解决卡脖子问题3：设计建造全过程的数值仿真和数字孪生

通过在虚拟空间进行建造全过程模拟， 将产品（建筑）设计与工艺设计紧密结合起来，实现数字建造，为建筑设计、建造、管理等工作提供技术支撑。

数字建造是智能建造的必备基础，智能建造是数字建造发展的必然趋势 。

4、无图建造是否过于超前？

智能建造比智能制造更复杂、对数字化水平要求更高，试图将数字化水平最低的建筑业越过“无图数字建造”阶段，直接进化到对数字化水平要求最高的“智能建造”，难度风险最大、“最超前” 。

从传统建造到工业化建造（制造业）、再到智能建造，是从数字化水平从最低到中等、再到高等的过程，是量变到质变的过程，也是从肯定到否定，再到否定之否定的过程，符合事物发展规律，最为稳妥、难度风险最小。

5、工人是否会适应不了“一模到底、无图建造”？

用三维数字模型交底，更直观，更便于理解，更有助于及时发现设计问题；现场劳务班组普遍反馈理解设计成果更简单，实施起来更方便了。

制作土建、钢结构、机电安装指导手册，详细描述施工分区、定位、编码、顺序等信息，让施工任务更加直观、清晰，实现像看图搭积木一样建房子！

6、用三维数字模型取代二维图纸，工作效率是否会降低？

工具越先进，最终用户使用越方便。三维数字模型信息传达效率更高。保留二维图纸，三维模型被迫转二维图纸，才会导致效率降低。

7、建筑业实现工业化智能化的核心：将建筑业转型为制造业

8、产业促进作用

“一模到底（PLM），无图建造（MBD）” 技术将深刻地改变建筑行业的设计语言、生产工具，实现数字建造；将大幅提升行业效率，重塑行业生产关系，为完全意义上的智能建造打下不可或缺的坚实基础。该项技术是行业发展的基础性、共性技术，属于行业技术领域的颠覆性创新，也将带来工程管理模式和政府管理模式的创新，技术意义、经济意义、社会意义重大。

提升行业数字化水平和工作效率。建立可跨专业、跨企业、跨地域的高效协同工作平台，实现全流程的项目管理、产业链的沟通协作和数据的高效流转，节省项目投资，缩短项目建设周期，提高工程质量。促进建筑企业的建造服务从价值链中低端向中高端迈进。

推动碎片化的建筑业向一体化制造业转型。使用PLM平台贯穿工程项目全流程，使用三维数字模型数字交付，打破数据孤岛，实现一模到底，无图建造。彻底改变建筑工程行业碎片化的工作和管理模式，促进行业集约化、规模化、高质量发展，推动建筑业向制造业转型，促进建筑工业化发展。

为智能建造提供不可或缺的支撑。以"无图建造”为特征的数字建造，使用三维数字模型直接驱动智能装备，使用三维数字模型模拟加工、安装工艺，使用三维数字模型开展仿真分析，是实现真正意义上的智能建造的基础和必经之路，该平台的建设应用将为智能建造提供不可或缺的支撑。

四、中南建筑设计院的探索与实践

本节主要介绍了中南建筑设计院的数字化转型目标；并且打造了建筑全生命周期数字化管理PLM平台，并应用到实际案例（武汉新一代天气雷达项目、湖北省疾病预防控制中心项目）中，应用PLM平台，实现单一数据源，一模到底，解决建筑业碎片化痛点问题；实现了基于云端和高速互联网的跨专业、跨企业、跨地域三维实时协同工作；实现了三维标注MBD；实现了完全依靠数字模型的无图建造；实现了数字模型驱动的智能机器；实现了基于系统仿真的建筑运营碳排放管理；最后提出了相关政策的呼吁。

END

责任编辑：左丹丹

*本文已获作者授权原创发布，所有内容及图片均为作者提供。

原创转载请注意：原创文章48小时之后才能转载，且不能在文前和文中插入任何宣传性内容。在开头处应注明“本文来源：建筑结构（ID：buildingstructure）”。

推荐阅读

重要通知

参编邀请

诚邀加入在线教育

"阅读原文"免费注册结构云学堂

点赞

在看