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数字筑梦 智慧有道 ——工程项目数字化和智慧应用实践

2019-05-27 15:08:12

作者:朱亚立  广联达科技股份有限公司副总裁

 

近年来,中国建筑行业地转型升级之路走得稳健扎实。纵观全行业,无论是建筑施工企业、设计研究院,还是第三方信息化服务商,大家转型方向是一致的:希望紧紧抓住工业4.0这一窗口机会,实现建筑行业的数字化转型升级。作为数字建筑平台服务商的广联达一直致力于此,和很多堪称大国工匠的建筑企业一起砥砺前行。

建筑行业数字化转型必然影响到人、机、料、法、环五个生产要素的优化升级,这其中涵盖了材料、装备、机械、制造、施工服务、软件信息化服务等建筑业上下游50多个分子行业。在这一大环境下如何打好新体系的基础?广联达在过去的20年中不断深耕,在建筑行业数字化转型升级过程中不断探索,也终于在大量实践中,找到了自己的立足点和突破方向。

本文将主要从建筑行业数字化变革趋势、工程项目数字化发展道路和智慧化应用方案探索三个方面介绍近年来广联达围绕数字建筑,智慧工地、BIM建造等理念的一些认知和实践,探讨我们在建筑行业转型升级过程中的技术着力点,以及在和现场作业、项目工地、企业管理甚至行业标准制定得深度互动过程中获得的想法和经验。

 

行业研究:数字化变革大势所趋

在最近的5年到10年中,我们极大地感受到了数字经济对每个行业乃至我们每个人的冲击。过去这段时间里,广联达在数字建筑整体研究过程中充分参考了各个行业的发展,比如制造业、零售业和金融业等。制造行业中,以数字化技术为载体的特斯拉凭借信息闯入者的面貌短短几年内便在市值上超越了传统汽车行业老大通用汽车。零售行业里,京东的市值超过了苏宁易购,亚马逊的市值和营业额也超过了沃尔玛。再比如金融业,微信、支付宝已经极大地挑战和冲击了传统的支付体系和商业模式。在不断变化中,新经济对传统经济的冲击潜移默化式地被默认和习惯。我们需要充分考虑,在经济全球化发展前提之下,数字经济、数字化技术如何影响建筑行业里的每一个企业、项目和岗位。

有研究显示,预计未来10年全球65%企业都将利用数字化的技术建立数字化的经营体系,实现数字化变革。其余35%没有改变的企业很有可能会接近消亡,退出历史舞台。这要求我们每一个行业,尤其是国民支柱产业建筑业应该具有警醒的意识。

去年年底,麦肯锡发布全球数字化发展排名,建筑业倒数第二,农业倒数第一。在中国也同样做了统计,建筑业倒数第一,远远落后于农业和零售业的数字化发展。尽管我们GDP数字反映较好,国家投资比较大,致使在建筑业产能过剩如此严重的情况下没有发生根本性的变化,但这样平静的时间不会持续太久。在劳动力短缺、安全事故频发、资源枯竭、环保问题亟待解决的层层压力之下,行业转型升级迫在眉睫,数字化技术在建筑业地应用是大势所趋。

 

项目研究:工程项目数字化发展道路

我们在大量的业务研究过程中接触了很多大型的建筑施工龙头企业。在交流过程中,我们发现建筑行业里数字化技术应用其实是有很大潜力可以挖掘的。在数字化技术应用之下,传统的项目作业如何提升到工业级精细化水平?从流水线作业到机械化、自动化、装配化,我们在施工现场拥有的改善空间超乎想象,平均水平能提升40%—60%。这些提升来源于协同化的设计、协同化的施工,以及供应链体系上的管理优化,也来源于装配式工厂工业化地支持,但其中最大的部分是来源于数字化和信息化技术应用。

在深圳会展中心项目中,信息化技术极大地提高了如此复杂项目的透明度,让项目上几万名工人、几百个施工企业、多区域协调、多分包多施工单位合作的过程变得透明和可视化。只有在可视化基础之上才有可能可感可控,才能进一步实现流程的优化。数据表明,全球物联网的终端设备数量在2018年第一次超过了移动终端,物联网技术真正进入了应用元年。也就是说现在我们技术突破面临非常好的机会:万物互联,洞察一切,所有数据实时在线。这其中最大的受益者之一就是建筑施工行业,因为这个行业的企业体系、组织结构、项目形式都急需协同分享,人、机、料、法、环各现场管理要素的关系也非常复杂。BIM是信息化技术的核心载体,但大量数据地采集还是要靠以物联网为代表的数字技术综合应用来实现。所以我们提出要以BIM+物联网的技术为核心,集合云计算、大数据、物联网、移动互联网等技术,建立一个项目全过程的信息化体系,从而推动我们项目工地向工业级精细化生产和管理转型,这也形成了我们在未来搭建整个施工行业解决方案的理论基础。在这基础之上我们才能有数据,才能通过机器深度学习真正实现最终的智慧建造,从而带来行业根本性改变。

工程项目数字化发展过程,很像给企业做咨询和规划,整个数字化转型和建设很难一蹴而就,往往需要3年到5年的时间。我们在不同的阶段要用不同技术来解决不同问题,一步一个台阶,最终使作业升级和管理升级达到一个平衡。我们把工程项目数字化发展分成了四个阶段,分别是:感知阶段、控制阶段、优化阶段和自治阶段。这里着重和大家介绍第一个阶段,也是目前我们大部分施工企业所处的阶段。

建筑行业的企业和项目管理流程非常复杂,一件事情发生后,领导层往往是最后才知道的。要做到精细化管理,就需要做管理规范前置和实时响应,这要求工作细化到每一个岗位,每一个工序,每一个工艺,每一个工法。我们把工程项目数字化发展的第一个阶段叫“感知”阶段,也就是通过传感器和外部数据源去感知现场生产要素的位置、状态、行为和计量等信息。在这个阶段,企业需要大量采用碎片化的技术工具对现有作业模式、作业流程和作业组织方式进行数字化解构。比如说在项目现场,通过可穿戴设备就可以知道所有人员的作业实名制情况、安全实名制情况甚至验收交付实名制情况。机械设备和材料也是一样,塔吊、卸料平台等也可以通过安装特定的软硬件设备使之成为智能化的信息收集端。所以第一阶段必须踏踏实实回归现场,通过数字化解构,让我们真正了解到作业上、管理上的瓶颈在哪里,哪些任务价值小但花费时间多。只有充分了解项目,了解现场,在这基础之上进行可控可管的优化才是最有价值的。

进入“控制”阶段后,我们将实际信息和管理模型进行对比,实现进度偏差可控,项目隐患可控。而在随之而来的“优化”阶段里我们通过算法和分析组件来优化人员效率、设备运营、资源利用以及各项指标和定额。这两个阶段里我们充分运用网络化的技术,把碎片化应用所采集的信息通过在线化的方式连接在一起,比如可以通过BIM和GIS技术把所有信息和模型关联在一起。数字化的好处就是可以充分地模拟,在建造之前,我们可以在数字世界的虚拟环境里通过一个完整的信息化平台不断地进行管理演练和作业方案模拟,不断地去尝试,找到最优的方案。控制和优化阶段强调数据链上的信息,以及找到信息背后的知识,基于知识可以搭建完整的分析体系来支持决策。然而这个过程需要通过认真规划、实践、推广、总结,然后再去不断地迭代,让过程中形成的规则规范对管理体系进行动态调整,最后会进入技术和体系都成熟的“自治”阶段。那时候整个施工现场实现了自动化运营,施工管理系统自动和外部系统以及服务进行协同。系统可以通过大数据和算法进行自诊断和自优化,从而辅助决策。

 

方案研究:智慧化应用方案探索

通过国内外技术研究与合作,我们锁定了未来在建筑行业工程项目数字化发展中最值得深入思考和投入的三项核心技术。广联达为施工现场管理数字化转型提供的智慧化应用方案——“智慧工地”,也是基于这三项核心技术进行探索和架构的。

第一项是新型网络化技术,我们称之为“万物互联”。也就是通过物联网、区块链、事件驱动等技术让连接变得更可信、可靠、并且高效,让设备和传感的接入变得更加简单,让互联互通在数字化环境里真正实现,做到效率的提升和企业自觉规范的形成。广联达智慧工地拥有自主研发的物联中心——筑联。这是一个面向建筑行业开放的工业级物联网云平台,可以和多企业进行战略合作来帮助建筑企业一步步把基础打扎实。目前可以接入包括卸料平台、高支模等在内的几百种终端设备。

第二项是兼顾云计算和边缘计算的数据计算技术。施工现场的数字化信息分两种,一种是通过物联传感设备收集的工业实施信息,还有一种是通过视频采集的图片和影像信息,这两种信息我们均可变成数据模型,在这基础上才具备可计算的能力。这也是为什么我们说BIM非常重要,它可以有效地把碎片化信息整合在一起进行深入计算和学习,企业在这基础之上可以快速搭建自己的企业数据模型。另外,因为施工现场情况非常复杂,在除了一些预测性和深度挖掘分析性的大数据应用以外,项目现场也需要一些快速地反应,比如说智能摄像头或者智能控制设备,在工地现场发现人员有未佩戴安全帽、安全带进入危险区域时,设备需要在第一时间从第一角度对风险、安全进行评估。此时的数据处理过程可以通过本地设备在本地边缘计算层完成,而无需交由云端,这无疑将大大提升处理效率,减轻云端的负荷。由主数据平台以及我们的核心业务模型数据计算技术组成的广联达智慧工地数据中心,使终端设备和云平台都能具有一定的计算和验证能力,真正形成由点到线再到面的立体计算能力。

第三项是人工智能技术,它让我们的现场图片、影像分析变得更加精准。中国是最有可能在人工智能时代领跑全球的国家,因为中国有全球最大的数据量。比如说建筑施工领域,中建集团下一个公司的数据就超出了很多国家全国范围的数据。我国每年有70个万新开项目,这些项目带来的数据是巨大的,这些数据被提炼存储在大数据系统里,为我们建筑行业里全过程、全要素、全参与方提供生产模式、生产力以及生产方式各个角度的信息服务。广联达智慧工地的算法中心结合上千个真实的项目做了很多的尝试,比如在广联达智慧工地的智慧安全平台上,每天上传的安全检查照片几十万张,每天平台都会进行深入自学习。目前平台内累积的标准算法可以自动识别95%—97%的工地常见安全隐患,常见的一些安全文明规范的落实都是可以通过算法去解决。这些算法的建立和完善有赖于众多企业一起不断尝试深入挖掘,最终实现适合施工全过程的智能化管理。

 

广联达“智慧工地”由“一台四方N应用”整体架构而成

一台即“一平台”,由物联中心、数据中心和算法中心三个技术中心组成工地的“智慧”载体,也是我们的智慧大脑。它可以让设备和传感的接入变得更简单、让业务间数据共享变得更方便,让现场图片、影像分析变得更精准。例如目前工地上最常见的数钢筋,传统需要建筑工人一根一根逐个数,稍微出错就要再来一遍。通过智能算法中心,只要将钢筋拍成照片,就可以自动计算钢筋数量,快捷高效、节省人力,准确率达到95%上。

“四方”指的是智慧劳务、智慧安全、智慧物料、智慧协同四大解决方案,每个方案都包含了采集、检测和应用三个环节,形成价值闭环。比如智慧安全方案中,平台将移动端采集的各类安全问题进行归集和整理,按照责任人、分包单位、问题类别以及问题趋势进行分析,并将分析结果以图表形式呈现,对关键问题进行预警。这样管理人员能及时发现问题并督促整改,保证项目安全,提升工程质量。

“N应用”是指和各种现场管理应用的数据连接,主要包括广联达自有产品,如斑马进度、BIM5D、三维场布等,以及广联达外部合作产品,如塔吊监测、环境监测、水控电控、劳务一卡通、智能配电箱等。这些方案和应用也可以满足政府部门对劳务、安全、质量、环境的监管要求。所有的应用数据均可在智慧工地BI平台直观呈现,项目管理人员对项目的人员、进度、质量、安全等关键指标一目了然,问题指标会有红色预警提示,每个指标均可逐级展开,查看详细分析和原始数据。

广联达的智慧工地通过技术智能、工作互联、信息共享实现施工现场的作业升级,通过物联网技术中心、数据处理中心和智能算法中心使得项目管理可视、可管、可控、可测,实现施工项目的管理升级。

工程项目数字化和智慧应用实践探索之路充满挑战,有挑战有阻力同样也预示了智慧工地的成长空间。目前我们也仅仅是迈出了工地信息化、或者说建筑业信息化的一小步,整个建筑行业信息化、工业化步伐方兴未艾。

数字筑梦,智慧有道。因为相信,所以看见。

 

 

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