建筑施工智能化现状与展望

摘 要：目前，中美竞争激烈，建筑行业作为支柱产业需要承担更重要的社会责任。中国老龄化问题日益严峻，建筑施工智能化是解决该问题的根本途径。本文总结了现阶段建筑施工智能化的应用情况，对建筑施工智能化可能引发的一些问题进行深入分析，并对建筑施工智能化引发的问题提出相关建议，展望了建筑施工智能化的发展方向。建筑施工智能化将引发巨大变革，也面临挑战。

关键词：人工智能;5G;机器人;3D打印;建筑施工

Status and Prospect of Intelligent Building Construction

Zou Chunguang

Baicheng City Dingye Construction Engineering LLC JilinBaicheng 137000

Abstract：At present，the competition between China and the United States is fierce，therefore the construction industry，as a pillar industry，needs to undertake more important social responsibilities.The aging problem in China is becoming increasingly serious.Intelligent construction is the fundamental way to solve this problem.This paper summarizes the application of intelligent building construction at the present stage，analyzes some problems that may be caused in depth and puts forward relevant suggestions on the problems，lastly，prospects the development direction of intelligent building construction.Intelligent building construction will lead to great changes，but also face challenges.

Key words：Artificial intelligence;5G;Robot;3D Printing;Building construction

國办发[2017]19号文中提出“建筑业是国民经济的支柱产业”。但与建筑业较为发达的国家相比，中国建筑业对国民经济的贡献水平较低，仍有提升的潜力和空间[1]。当今，世界各国竞争激烈，建筑企业需要承担更重要的社会责任。建筑行业属劳动密集型行业，施工人员复杂，比如：模板支设、钢筋绑扎、混凝土浇筑等需要大量人员共同作业。由于施工场地空间有限，施工机械设备多，交叉作业，施工周期长，作业环境复杂多变，因此建筑施工过程事故多发，带来巨大的人员伤亡和财产损失[2]。建筑行业是国民经济发展的支撑行业，由于我国老龄化问题日益严峻，劳动力是保障建筑行业稳定发展的重要手段，人口老龄化造成劳动者的生产效率降低，安全隐患增加，施工周期延长、施工成本增加[3]，给国民经济产生的负面影响不言而喻。建筑施工企业必须直面人口老龄化的严峻考验，加速实现建筑施工整个过程的智能化。

2018年2月6日资诚联合会计师事务所（PwC）全球同步发布《AI机器人真的会偷走我们的工作吗？自动化对工作之潜在影响》研究报告中指出，全球逾20万名劳工的工作任务和技术，自动化对各个产业劳工的冲击在2030年代中期，将达到30%。最可能被自动化取代的产业前3名依次是运输与仓储业（52%）、制造业（45%）和建筑业（38%）。建筑行业改革迫在眉睫。2020年两会上，人工智能第三次写入政府工作报告。全国政协委员杨国强《关于建立完善建筑机器人政策标准体系加快建筑业转型升级的提案》中指出，科学技术发展到今天，用机器人建房子的条件已经具备，应加快研发应用智能建筑机器人，像生产汽车一样准确地建房子。2020年7月28日，住房和城乡建设部等13部门联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，指出在建造全过程加大建筑信息模型（BIM）、互联网、物联网、大数据、云计算、移动通信、人工智能、区块链[4]。建筑施工智能化，提高现场各模块的管理水平;全方位准确识别不安全因素，提高施工安全性;机器替代人工，从根本上解决了房屋安全和质量问题，提高劳动生产率，节约成本，缓解我国老龄化问题[5]。

作为一名建筑从业者，更坚信建筑施工智能化是必然的发展趋势，同时清醒地认识到建筑施工智能化可能引发的问题，并对建筑施工智能化未来的发展充满信心。

1 建筑施工智能化的概述

人工智能（Artificial Intelligence，AI）提出于1956年，涉及计算机科学、控制论、信息论、神经心理学、哲学、语言学等学科，是一门综合性的边缘学科[6]。人工智能，是指在机器（计算机、机器人等）实现超越人类的感知、认知、决策、行动等智能行为。目前，人工智能已经进入了大数据驱动的深度神经网络阶段，不再需要去构建很多规则和数据，深度学习能从标注的海量数据里面学习到一些规则和特征[7]。

按人工智能技术发展轨迹划分，建筑施工智能化分为感知、替代和智慧3个阶段。第一阶段是感知设备运行情况、施工人员的行为等，有助于增强施工人员的技能;第二阶段是AI部分替代人，完成人类无法完成以及风险很大的工作，替代是在人类制作的框架中严格执行的;第三阶段是智慧阶段，借助AI类人的思考能力，由部分建造大脑来指挥和管理，具有自我进化能力[8]。

2 建筑施工智能化的现状

目前，人工智能已经广泛应用于建筑行业的各个领域，如建筑规划和结构、建筑工程管理、水电气暖、建筑材料等[9]。人工智能广泛应用于建筑施工的各个环节，包括施工前期，AI审图;采用人工智能手段，精确测算、决策辅助，提前制定最优化的工程进度、进行成本、空间、人力、设备、材料设计，设定不可预见的问题，根据问题调整相应施工进度，制定诸多方案，以指导实际施工。建筑施工过程中，智能化主要包括以下三方面：

2.1 5G智慧工地

第五代移动通信（5G）具有高速率、大带宽、低延时、高可靠等特性，现已应用于建筑施工全程，弥补了施工管理中的不足，有效降低施工现场安全事故的发生。

5G的关键技术“移动边缘计算（MEC）”，是利用无线接入网络，就近提供用户所需服务，加速网络中内容、服务及应用的快速下载，让消费者享有不间断的高质量网络。由于传统建筑工地使用一个1080p摄像头，流量一天约50G，费用每个月达数万元，但MEC可以达到“0”流量，提高巡检工作效率[10]。有效提高施工现场危险区域的管理，一方面需要全面识别施工现场容易造成严重后果的危险区域，进行分级管控;另一方面是结合信息化技术，对进入或即将进入危险区域的施工人员进行实时预警[11]。

将传统的施工管理模式和智慧物联网技术相结合，将现场部署的传感器、激光雷达、高清摄像机、GPS等设备采集的数据，通过数据服务控制子系统返回给指挥中心，通过分析、预警、应答、处理，项目管理人员对目标、资金成本、进度、质量安全及风险有直观全面的了解，做出决策分析[12]。

2.2 建筑3D打印

建筑3D打印技术提出于2004年，该技术利用分层堆积原理，采用工业机器人逐层重复铺设材料层，构建自由形式建筑。3D打印设备是由一个巨型的三维挤出机械构成。与传统的建筑施工方式相比，3D打印建筑技术降低了材料、人工、设备、制造等成本，同时实现了一体设计与一体成型[13]。3D打印可以严格按照设计要求，任意设计墙体结构。具有施工工期短，材料成本低，墙体自重轻，低噪声、无粉尘等优势，可显著提升建筑效率，缩短工期，做到节能减排[14]。目前3D打印建筑主要用于打印建筑的墙体，只适用于应急性建筑和临时性建筑。

2.3 建筑机器人

建筑机器人的研究起源于日本，1982年日本清水公司开发的一台耐火材料喷涂机器人，被认为是首台建筑施工机器人，同公司的多功能行走车可以修平和磨光砼楼板表面，并自动躲避墙壁和立柱。1994年，德国制造了墙体砌筑机器人，1996年，制造了混凝土施工机器人。2014年，新加坡开发了地瓷砖铺设机器人。我国建筑机器人研究起步较晚，但在政府、高校、科研院所、企业的共同努力下，发展迅速，如哈尔滨工业大学制造的遥控壁面爬行机器人;山东矿业大学制造的喷浆机器人;河北工业大学开发的室内板材安装机器人等，都在建筑施工现场得到应用[15]。

高度智能化机器人可以很轻松地深入到建筑行业各种恶劣的环境中，如铺设钢筋混凝土预制板、外墙干挂石材等繁重、危险的施工。机器人是程序化设定的硬件，其优势表现在高强度、高效率、误差率小等，可以实现建筑工地零伤亡、高标准、高效益，并从根本上解决房子的安全和质量问题，显著提高劳动生产率，节约成本。如北京奥运场馆“鸟巢”和“中国第一高楼”上海中心的钢结构施工中，均使用了建筑焊接机器人;以港珠澳大桥为代表，中国桥梁已实现智能化建造;以京张、郑万高铁为代表，中国高铁智能建造水平世界一流;以上海中心大厦为代表，中国超高层建筑已全面进入智能化建造阶段[4]。

目前，建筑机器人的研发主要包括三个层次，第一层次是现有机械改造，对于广泛使用的挖掘机、推土机、压路机、渣土车等机械进行改造，实现远程遥控操作，自主导航，无人驾驶等，这是建筑施工智能化的一条捷径;第二层次是对即有机器人的应用，如传感器、无人机、视觉技术等应用于建筑施工各个环节，这是现阶段建筑施工智能化程度的有效途径;第三个层次是推动建筑专业机器人的研发，这是未来的发展方向[16]。

3 建筑施工智能化带来的问题与展望

3.1 建筑施工智能化带来的问题

3.1.1 劳务就业问题

人工智能代替人类参与建筑施工，会使一些人失去介入施工过程的机会，原本由人完成的工作，变为由机器完成，通过大数据分析后进行决策。传统建筑施工人员的身份发生转变，一部分人成为辅助优化人工智能的训练者、交互设计师等，另一部分人无法适应新的工作岗位，被迫失业。建筑施工智能化导致的失业问题，是影响社会稳定的重要因素[17]。

3.1.2 思维方式问题

人工智能应用于建筑施工的各个环节，建筑施工人员开始无条件地相信系统的判断和决定，不愿意动脑，丧失发现问题、解决问题的能力，缺乏敏感性、创造性，不愿意承担责任，过分依赖机器。就像过分依赖计算器的学生，其主动思维能力和计算能力会明显下降。过分依赖网络的学生，其在写作中的想象能力也会明显下降。

3.1.3 环保问题

低碳环保的发展理念，是实现建筑施工的智能化基础[18]。建筑3D打印应用的材料，主要是高标号水泥和玻璃纤维，而玻璃纤维对人体呼吸系统有害，高标号水泥回收困难，其强度等性能等特性也不达标[19]。

3.2 建筑施工智能化的展望

3.2.1 综合性人才的培养

虽然智能机器人不受外界影響，可不间断、不出错地工作，但需要在人工设定的框架中工作，只有程序精准，机器才不会犯错，机器犯错即是大错，会造成不可预料的后果。解决该问题根源是人。广大建筑施工人员必须正确认识人工智能技术的重要性，主动转变自身的思想认识和工作理念，有针对性地参加人工智能技术的学习与实践。需从根本上改变人类的知识结构，在全社会范围内，在幼儿、中小学阶段普及人工智能的教育，提高大众对人工智能的认识，激发整个民族的人工智能创造能力。

3.2.2 人工智能自主研发的能力

推动人工智能技术发展需要夯实基础，坚持走独立研发路线，将自主权牢牢掌握在自己手里。只有政府主导，企业跟进，企校合作，才能在全球竞争激烈的人工智能竞争中，突出重围，不受任何禁锢。在政府扶持下，加大科研支持和力度，鼓励更多的专业人才从事建筑智能化技术的创新研究，以实现我国建筑智能化技术独立，并处于世界领先地位。

3.2.3 建筑施工智能化的普及

目前，建筑施工智能化在中国建筑行业的普及度不高，智能化没有在所有建筑项目施工过程中得到应用，智能化并没有贯穿建筑施工的各个环节，各环节之间并没有真正建立起有效的相互协调沟通的机制，影响了智能化的高效性。建筑施工智能化是未来建筑行业信息化发展的一个重要方向，它的普及，需要国家政策、行业标准等多方面的监管。需要建筑施工各个环节之间建立有效的协调机制，实现整体性。国家主导、企业配合，推广建筑施工智能化。

4 结论

在人工智能技术不断发展的今天，人类的生活方式不断发生改变，人工智能技术成为建筑行业的重要突破口，应用于建筑行业必将带来新的发展机遇和挑战，推动建筑行业的革新和转型。建筑施工智能化，使建筑施工从劳动密集型向技术、知识、管理密集型转变。建筑施工智能化，使建筑施工更安全、高效、高收益，推动了建筑行业的良性循环和产业升级。建筑施工智能化具有美好的前景，是解决人力资源短缺问题，构建节约型社会，实现人与自然和谐发展的必然选择。传统建筑工地与智能化的融合并非一朝一夕就能实现，需要直面并克服在人员、材料、工艺、技术标准、质监管控等多方面的困难。从根本上改变传统建筑业还有很长的路要走，需要全社会的共同努力。

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作者简介：邹春光（1973— ），男，汉族，吉林白城人，专科，高级工程师，研究方向：建筑施工及项目运营管理。