浅析建筑工程中智能制造和智能建造的创新

孟德坤 张晓欣 王宾宾 宋鹏飞 佟成龙

智能制造和智能建造作为当前建筑工程领域的热门话题，正在成为推动建筑行业发展的关键力量。随着经济的快速发展和城市化进程的加快，建筑工程的需求量不断增加，但传统的施工模式和工艺已经无法满足当下的需求。因此，引入智能制造和智能建造技术成为迫切需求。

智能制造和智能建造可提高建筑工程的生产效率和质量，还可减少资源和能源的浪费。通过引入自动化设备、数字化管理和智能监控系统，可以实现建筑工程的集成化和优化管理，从而提高建筑的安全性、舒适度和可持续性。

1 智能制造技术在建筑工程中的应用

1.1 智能制造概念及原理

智能制造是一种通过利用先进的信息技术，将传统制造过程的各个环节进行智能化、自动化和集成化的生产方式[1]。其原理是通过物联网、云计算、人工智能等技术，将设备、设施和人员连接起来，并通过大数据分析和机器学习实现对生产过程的优化和控制。智能制造的目标是提高生产的灵活性、效率和质量，实现更加个性化、高度定制化的产品制造。

1.2 智能制造在建筑工程中的应用

1.2.1 项目背景

智能制造技术是重要的创新驱动力。天津嘉里中心二期项目旨在充分应用智能制造技术，提升建筑工程的效率、降低成本，并提高工程质量。这个项目将作为典范，展示如何将先进的智能技术融入建筑领域，推动行业向更高水平迈进。

1.2.2 项目概况

天津嘉里中心二期项目是一项地上总面积为479394 m2的综合性建筑规划，涵盖办公、公寓和商业功能。办公塔楼高228 m，呈现独特的函屋顶造型，坐落于基地的东北角，营造出丰富多样的沿河景观。与之相邻的居住式公寓塔楼高142.05 m，与一期公寓呈线性布局，不仅保障了景观视线，也为城市增添了开阔的绿带景观。商业裙楼则连接了2 座塔楼和一期建筑，确保了商业空间的连贯性，同时协调了办公、居住和商业使用，使各功能区域相辅相成，互不干扰。

1.2.3 智能制造的应用

在天津嘉里中心二期项目中，智能制造技术被广泛应用，如从集成附着式升降脚手架技术到成品支架抗震支架等多项创新技术：第1，预制构件工厂化生产加工技术通过提前在工厂中生产构件，实现对建筑材料的精准控制和高效生产，极大地缩短了施工周期。同时，钢结构深化设计与物联网应用技术利用先进的设计和物联网技术，提高了钢结构的设计精度和制造效率，使其在建筑中更加稳固可靠。第2，项目采用了基于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的管线综合技术，整合了建筑管线设计与施工，提高了施工效率和管线布置的准确性。第3，通过建筑垃圾减量化与资源化利用技术，实现对建筑废弃物的有效管理和资源再利用，促进了建筑行业的可持续发展。同时，施工扬尘控制技术和装配式机房建造技术也得到了应用，有效降低了施工现场扬尘对环境和工人健康的影响，并提升了建筑机房的建造效率和质量。第4，成品支架和抗震支架等先进支撑技术的使用，保障了建筑物在施工和日后使用中的安全稳定性。这些智能制造技术的应用共同为天津嘉里中心二期项目的高效建设和可持续发展提供强有力的支持。

1.2.4 项目效果

通过智能制造技术在建筑工程中的应用，天津嘉里中心二期项目在施工过程中取得了显著的成效。高效、精准的作业大幅提升了施工效率和工程质量，降低了人工成本和施工过程中的安全风险。智能制造技术的应用确保了项目的顺利实施。此外，这项技术的应用提升了建筑物的智能化管理水平，为建筑物的运营与管理提供了更高效和智能的手段。该项目将为智能制造技术在建筑工程领域的应用提供宝贵经验。

1.3 智能制造带来的优势和挑战

1.3.1 优势

具体为：第1，提升施工效率：智能制造可以实现部分自动化和智能化的施工过程，减少人为错误和时间浪费，提高施工效率。第2，降低施工成本：智能制造能够对建筑材料的生产、设备的使用以及施工工艺进行优化，以降低施工成本。第3，提高施工质量：通过智能监测和预警，及时发现和解决施工中的问题和隐患，提高施工质量和安全性。第4，个性化定制：智能制造可以根据客户需求进行个性化定制，提供更加符合用户需求的建筑产品和服务[2]。

1.3.2 挑战

具体为：第1，技术挑战：智能制造需要先进的技术支持，包括物联网、云计算、人工智能等，需要投入大量的资金和人力资源来研发和应用这些技术。第2，数据隐私和安全：智能制造涉及大量的数据采集和处理，需要加强对数据隐私和安全的保护，防止数据泄露和滥用的风险。第3，管理与人机协作：实现智能制造需要对传统的生产管理模式进行转变，同时也需要人员具备与智能设备进行良好协作和配合的能力。此外，智能制造还需要考虑人员培训和技术更新的问题。

2 天津市建筑工程中智能制造和智能建造的创新需求

2.1 天津市建筑工程现状分析

天津市作为一个具有重要经济地位和建筑业发展潜力的城市，其建筑工程领域的现状显示出一系列挑战和发展机遇。在当前背景下，智能制造和智能建造的创新需求日益凸显。

2.2 技术水平与需求匹配

目前，天津市建筑工程领域的技术水平迅速提升，但市场对智能制造和智能建造技术的需求并未匹配。虽然在一些大型项目中逐步应用了部分智能技术，但整体上仍存在技术应用与实际需求之间的脱节现象。

2.3 施工效率与质量提升

天津市建筑工程的施工效率和质量一直是行业关注的焦点。尽管部分项目采用了现代化的施工工艺，但在全面智能化方面仍有较大发展空间。智能制造和智能建造技术的引入有望进一步提升施工效率、降低成本，并改善工程质量。

2.4 人工成本和安全风险

天津市建筑工程面临的人工成本逐年增长，施工安全风险也备受关注。智能制造和智能建造技术的应用有望在减少人工成本的同时，最大限度地降低施工过程中的安全风险。

2.5 建筑物智能化管理

智能化的建筑物管理系统已成为发展的必然趋势。天津市建筑工程仍在探索如何更好地将智能技术融入建筑物的设计、建造和运营管理中，以提高资源利用效率、减少能源消耗提升居住、办公环境的舒适度和安全性。

天津市建筑工程领域在智能制造和智能建造方面的发展尚处于起步阶段，但市场需求和技术发展呼唤着更深入的应用和创新，以推动建筑工程行业向更智能、更高效、更可持续的方向发展。

3 天津市建筑工程中智能建造的创新需求

在天津市建筑工程中，智能建造的创新需求主要涉及建筑设计与仿真、智能化施工设备和工具、BIM 技术等方面。这些创新需求可有效提升建筑工程的智能化水平，提高工程质量和效益：第1，天津市建筑工程可以建立智能建筑设计和仿真模拟平台。通过引入数字化设计和模拟技术，实现对建筑工程施工过程的先期预测和模拟，进一步优化施工方案并有效降低风险[3]。如使用虚拟现实技术可将设计方案呈现在现实空间中，以便更好地评估和调整设计方案。此外，通过仿真模拟施工过程，可以提前发现潜在问题，减少施工中的错误和变更，提高工程施工效率。第2，天津市建筑工程需要开发智能化的建筑施工设备和工具。智能化施工设备和工具可以实现自动化与智能化操作，减少人力投入，提高工作效率和质量。如可使用无人机进行建筑结构的巡检和监测，大幅缩短巡检时间，提高监测精度。同时，可以利用智能传感器和物联网技术实现设备与工具的联网管理，及时监测设备状态和工具使用情况，提高资源的利用率和维护效率。

此外，天津市建筑工程还需要推广BIM 技术的应用。BIM 技术可实现设计、施工和管理的一体化，提高建筑工程的整体协同性和效益。通过建立全过程的信息共享平台，各阶段的设计、施工和管理团队可以实时协同工作，更好地把握施工进度和质量。同时，BIM 技术还可以实现对施工过程的全程监控和数据分析，及时发现和解决问题，提高施工质量和效率。天津市建筑工程中智能建造的创新需求主要包括建立智能建筑设计和仿真模拟平台、开发智能化的施工设备和工具，以及推广BIM 技术的应用。

4 应对创新需求的措施和建议

4.1 技术创新

为了应对天津市建筑工程中智能制造和智能建造的创新需求，需要进行技术创新:第1，可以建立与企业、高校和科研机构的合作，共同研发智能建筑工程技术和装备。通过引进和消化吸收国内外的先进技术与成果，开展创新研究，提高天津市建筑工程的技术水平和竞争力。第2，鼓励企业加强自主研发能力，设立专门的研发机构和团队，加大研发投入，推动技术创新。同时，建立智能建筑工程技术创新平台，为企业和科研机构提供合作与交流的机会，促进技术创新的开展[4]。与企业、高校和科研机构建立紧密的合作关系，共同研发智能建筑工程技术和装备。第3，加大财政资金对智能建筑工程技术研发的支持力度，设立专门的科技创新基金，鼓励企业加大自主研发投入。培养和引进高水平的科研人才，提高技术创新的能力和水平。

4.2 人员培训与发展

根据天津市建筑工程中智能制造和智能建造的创新需求，可制订明确的培训计划和发展方向，具体包括：

1）与专业培训机构合作，针对工程从业人员的不同层次和需求，设计培训课程，涵盖从基础知识到高级技能的全方位培训。同时，可以邀请行业内的专家和学者通过讲座进行指导，分享最新的智能建造技术和实践经验。

2）为了激励和奖励员工在智能建造方面的积极参与和创新能力，建立智能建造技能认证制度。同时，组织技能竞赛，评选出优秀的智能建造人才，并给予特殊的奖励和荣誉，提高员工的竞争意识和积极性。

3）与高校的合作也是培养智能建造人才的重要途径。与相关专业的高校建立合作关系，共同开设智能建造相关的专业课程。邀请行业内的专家和企业代表参与教学，使课程内容与实际需求紧密结合。此外，可以与高校开展实践项目，让学生参与实际工程项目提升他们的能力和经验。总之，加强人员培训与发展是适应天津市建筑工程中智能制造和智能建造需求的重要举措。通过加大培训力度，建立技能认证制度，与高校合作开设相关课程，可以培养更多的专业人才，提高人员的技术水平和创新能力，推动智能建造的发展[5]。

4.3 政策支持与规范制定

推动天津市建筑工程中智能制造和智能建造的创新，政府需要给予政策支持和制定相关规范：第1，财税政策方面，可出台税收优惠政策，对从事智能建造的企业提供减免或减税，并设立智能建造创新基金，以支持企业的风险投资和创业发展。第2，资金方面，应设立专项资金用于智能建造技术的研发和应用，并通过财政补贴鼓励企业积极采用智能建造技术。第3，规范制定方面，应制定相关标准和规范，明确技术要求和施工流程，并通过强制性标准和认证规范智能建造行业的发展。此外，应加强对智能建造技术的监管和评估，制定技术评估指导意见，鼓励企业采用智能建造技术。对于违法违规行为，应加大处罚力度，包括对虚假宣传、瞒报不合格等行为的处罚。这些政策支持与规范制定将为天津市建筑工程中智能制造和智能建造的创新提供有力保障，为企业提供积极的经济环境和良好的市场秩序。

技术创新、人员培训与发展、政策支持与规范制定是应对天津市建筑工程中智能制造和智能建造创新需求的关键措施。通过不断提升技术水平、培养专业人才，并以明确的政策支持和规范制定为后盾，可为智能建造领域的持续发展提供坚实支撑。政府、企业和科研机构的紧密合作将助力行业更快速地迈向智能化、高效化和可持续发展，为未来天津市建筑工程的智能化转型铺平道路。

5 结语

天津市在建筑工程领域迫切需要智能制造和智能建造技术的创新来满足多方面需求。这包括提升工程施工效率与质量，降低成本，实现个性化定制和可持续发展。智能化将进一步自动化施工过程，优化材料生产和工艺，同时提高质量和安全性。此举也为定制化服务和资源回收再利用铺平道路。此外，随着技术的演进，智能技术将持续提升工程效率、减少资源浪费，并推动建筑工程领域的全面创新。工业互联网、全生命周期管理以及新兴技术的结合将进一步提高智能化水平，并为行业提供更高效的解决方案。

综上，智能制造和建造技术将成为天津市建筑工程领域实现可持续发展和绿色发展目标的重要推动力。政府需要紧密关注这些技术的发展，加强与产业界、研究机构的合作，以推动建筑工程的智能化转型，实现更可持续、更高效的发展目标。