全生命期视角下施工企业数字化创新与转型路径初探

文｜上海建工四建集团有限公司 余芳强

1.引言

2017年，习近平总书记提出“实施国家大数据战略，加快建设数字中国”[1]，标志着我国进入数字化时代。随后，国务院国资委印发了《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》，开启了国有企业数字化转型的新篇章[2]。2021年7月，住房和城乡建设部等13 部门联合发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展》的指导意见，明确提出要在建造全过程加大BIM、物联网、人工智能等技术的集成与创新应用[3]。在此背景下，上海建工集团股份有限公司（简称上海建工）在“十四五”规划里，提出“数字化赋能的建筑全生命期服务商领跑者”的战略定位。上海建工四建集团有限公司（简称“四建集团”）是上海建工旗下最大的总承包企业之一，一直在探索施工企业数字化转型之路。

但作为传统大型国有施工企业，数字化转型到底如何转，目前仍缺乏清晰的实施路径，也缺乏可对标的成功经验。虽然有很多研究总结制造型企业的数字化转型成功路径[4]，但由于建筑业信息化程度低、参与方多和各阶段隔离等特点，制造型企业的数字化转型路径对施工企业并不完全适应。因此，本文将在文献调研基础上，分析企业数字化转型优劣势、机遇与挑战，总结四建集团数字化创新赋能全生命期的主要应用场景，数字化转型的主要举措，探讨施工企业数字化转型之路，具体技术路线如图 1 所示。

图1 技术路线

2.四建集团数字化转型SWOT 分析

为探索四建集团数字化转型的路径，本文首先对四建集团数字化转型的优势、劣势、外部机遇与挑战进行了分析。

2.1 优势分析

本文从领导意识、专业团队和数字化创新三方面分析了四建集团数字化转型的优势。

（1）领导层较早具有数字化转型的坚定意识

“十四五”期间，上海建工提出数字化转型的战略，四建集团相应地将数字建造技术定位为四建集团两大核心技术之一。四建集团领导层较早具备了数字化转型的战略意识，并且这个意识十多年未变，十分坚定。

（2）企业组建了数字化软件平台自主研发团队

鉴于当前BIM 软件产品不成熟的问题，四建集团自2015年开始打造数字化软件平台自主研发团队。目前该团队已有近40 人的规模，具有土木工程、软件工程、弱电工程、人工智能、自动化等各专业人才。

（3）团队积累了丰富的数字建造技术和平台研发与应用经验

最近5年，四建集团先后自主研发了智造专业系统、工程物联网系统、智慧运维系统和智慧建造与运维工业互联网平台等，具有丰富的数字建造平台研发经验。同时四建集团还完成了上海市东方医院、新华医院儿科综合楼、中共一大会议纪念馆、上海图书馆东馆等工程BIM 实施工作，具有丰富的BIM 应用实践经验。

2.2 劣势分析

本文从基层单位管理人员意识和数字化专业团队能力两方面分析了四建集团数字化转型的主要劣势。

（1）基层管理人员数字化转型意识和动力不足

虽然四建集团领导层数字化转型意识较强，但调研表明四建集团大量项目经理、项目工程师、项目技术员等基层管理人员对数字化转型意识仍不足。由于数字建造技术的价值不清晰，成功案例较少，大部分基层管理人员存在数字化转型动力不足的问题。

（2）研发团队成员年轻，能力有待提高

四建集团数字建造研发团队中工作3年及以下的人员占50%以上，缺乏具有丰富现场经验和开发能力的成熟人才。另外，作为传统国有施工企业，招聘高水平的计算机、软件开发等数字化专业人才难度也比较大，从而造成数字建造研发团队能力略显不足的现状，需要一段时间逐步培养。

2.3 外部机遇

在充分调研的基础上，本文从政府政策支持和外部市场需求两方面总结了企业数字转型的外部机遇。

（1）各级政府政策大力支持

数字中国建设和数字化转型已成为国家战略，因此从国家到各级地方政府相继发布推动数字化转型的政策文件，促进企业和项目使用BIM、物联网、大数据、人工智能等数字化技术，探索数字化转型之路。《2020上海市BIM技术应用与发展报告》总结分析发现，2021年全国各地政府发布了建筑业数字化相关政策40 多项，有效推动了数字建造技术发展。

（2）外部市场需求旺盛

在政府政策和自身转型需求共同驱动下，大量政府投资项目提出了在设计、建造、运维阶段应用数字技术的需求；并且在设计、施工招标文件中明确要求投标单位提供BIM、智慧工地等技术服务，这带来了旺盛的市场需求。

2.4 外部挑战

虽然数字化转型是未来发展趋势，但数字建造技术实际应用仍面临不少实际问题，主要包括技术不完善和市场不成熟两方面。

（1）数字建造技术和软件不完善

调研表明，目前BIM 设计软件、物联网设备和智能控制设备大都来自国外，国产自主研发软件较少。而国外软件和设备普遍存在与国内标准不匹配，价格高等问题。因此数字建造技术推广面临技术和软件不完善，性价比不高的挑战；施工企业需要结合自身需求定制研发，从而导致大量不成熟的平台产品“满天飞”。

（2）数字建造市场不成熟

数字建造技术应用仍处于市场培育期，大量存在技术应用和管理流程不匹配，软件工具与从业人员能力不匹配，技术设备与现场环境不匹配等问题。因此，需要项目管理人员的一定限度宽容和各级领导的大力支持。特别是需要通过大量的前期示范应用和培训宣传让更多从业人员能够具有应用数字建造技术的能力。

3.数字化创新赋能全生命期服务应用场景分析

四建集团较早地意识到数字建造的价值需要在建筑全生命期视角下才能充分评估，因此一直在探索全生命期各阶段的数字化应用场景，包括以下六个方面：

3.1 基于数字测绘的施工策划

随着三维激光扫描仪、无人机倾斜摄影等智能装备的快速发展，工程数字测绘技术在施工应用越来越广泛。四建集团所有在建项目配置无人机，要求在施工策划阶段对施工场地进行倾斜摄影，获取准确的地形、红线和周围环境数据，辅助施工场地布置；在施工过程中至少每两周航拍一次现场现状，用于施工进度、安全和文明工地管理，极大地提高了施工效率。

3.2 基于BIM 的正向深化设计

针对BIM 深化设计应用，四建集团总结了异形复杂建筑造型、劲性钢结构节点、基坑底板、预制PC 构件以及多专业交叉的机房、管井、走廊吊顶、屋面等性价比较高的主要应用场景，要求所有项目全面推广。同时，结合成功项目案例，对建模人员进行培训，使得建模人员具有一定深化设计知识和现场经验，从而保障建模结果可用于现场施工。

3.3 基于物联网的施工过程远程智能管控

随着四建集团全国化发展，总部人员管理半径越来越大，这对企业管理水平提出了更高的要求。四建集团一直尝试采用智慧工地等物联网技术对施工现场风险源进行安全监控。但试验发现，大部分智慧工地系统性价比较低，需要结合项目管理需求，选用性价比高的应用场景。2021年，四建集团通过引入5G 技术，在所有在建项目的塔吊、门口等制高点安装高清视频监控摄像机；并自主研发了四建智造专业系统，以较低成本实现了在手机APP 端对全国各地150 多个项目施工现场的远程实时、可视化、智慧化管理，缩短了管理半径，价值显著。

图3 基于物联网的工程施工风险智能化监控

3.4 数据驱动的智慧化主动式建筑运维管理

施工阶段建立的BIM 和工程资料对建筑运维价值巨大，但由于一直以来施工和运维之间的信息断层严重，缺乏成熟平台支持跨阶段BIM 转化，从而造成竣工BIM 和其他信息在运维中难以直接使用。从2016年开始，四建集团在东方医院[5]、新华医院、上海图书馆东馆（如图4所示）、上海天文馆等大量项目进行基于BIM 的智慧运维应用实践。实践表明，将竣工BIM 转化为运维BIM，并融合BIM 与智能化系统数据，可形成满足运维需求的建筑数字孪生模型，并支持数据驱动的设备故障预测、重复报修工单挖掘和能耗异常识别等智慧化运维应用，可为运维人员提供主动式、专业化的运维服务，有助于公共建筑绿色、可靠和安全运维，可提高运维满意度，降低运维成本。

图4 上海图书馆东馆BIM 运维案例

4.数字化转型举措分析

在总结数字化创新实践经验基础上，本节总结了四建集团数字化转型的主要举措，包括技术创新、生产模式创新和经营模式创新三个方面。

4.1 建造工艺和数字技术深度融合，创新研发核心技术

鉴于目前数字建造技术仍不成熟，软硬件性价比仍较低的现状，施工企业首先需要深度梳理自身需求，特别是当前建造工艺或施工管理中的痛点问题；然后结合先进物联网和人工智能等数字技术，创新研发数字驱动的新型建造装备、技术和工艺。通过数字化赋能解决痛点问题，挖掘看得见的价值，达到以点带面的效果，推动数字化转型。

4.2 工业化和智能化协同创新，打造新型建筑工业化生产模式

大量应用表明，工业化建造模式比传统建造模式更适合使用数字化技术；而新型工业化建造模式也离不开数字化赋能。因此，当前阶段施工企业应该更加关注工业化建造项目中的数字化应用场景，特别是列入住建部《智能建造与新型建筑工业化协同发展可复制经验做法清单》的成熟应用场景。

4.3 打造数字化服务核心能力，助力企业经营模式创新

调研表明，上海、海南自贸港、雄安新区、深圳、广州、南京、杭州等市场均发布了推广数字建造技术的政策，大量政府投资工程招标都有数字建造相关能力要求，也有越来越多的业主提出了建造和运维一体化BIM 应用需求。四建集团通过多年的积累，将面向建筑全生命期的数字建造技术打造为核心技术；并在经营活动中重点推荐，有效支撑了大量医院建筑、文化类建筑和交通枢纽等项目的承接，形成了核心技术驱动的经营模式。

5.结论

本文通过分析建筑企业数字化转型文献和四建集团数字化转型优劣势，总结了四建集团数字创新的经验和转型的主要举措，得出以下结论：

（1）施工企业应该在全生命期视角下分析数字化转型的价值，探索勘查、设计、施工、竣工、运维和更新各阶段的数字化应用场景。

（2）施工企业应当从技术创新、生产模式创新、体制机制创新和经营模式创新等方面探索数字化转型的具体路径。

（3）鉴于目前数字建造技术不成熟、数字化人才缺乏、行业基层人员数字化意识不足的问题，技术创新和人才培养是数字化初期转型的重点工作。