应对老龄化之殇,招待建造形式的新变革

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原标题:建筑行业工人老龄化,AI出现是拯救了建筑业还是让更多工人失业?

2017年2月,国务院办公厅印发《关于促进建筑业持续健康发展的意见》,明确提出“推进建筑产业现代化”“推广智能和装配式建筑”“加强技术研发应用”,用科技手段促进建筑产业发展已是大势所趋。对建筑领域信息化落地的最后“一公里”即施工现场来说,通过云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、bim等先进信息技术与建造技术的深度融合,打造“智慧工地”,对改变传统建造方式、促进建筑企业转型升级具有重要意义。

王煜全

“你站在一片荒芜的空地之前,带上AR头盔,AR设备为你展现出一个完美的现代化小区,绿树成荫、鸟语花香,抬头看到自己的家,阳光与现代建筑交相辉映。”试想一个如此场景,这或许就是未来建筑。用机器人建造,用AR感知,用VR体验,用云和大数据连接,再搭配物联网,当AI遇上建筑业,其所带来的想象是如此诱人。

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施工技术:随着工程信息化管理技术的发展,移动互联网、物联网、大数据等与施工现场管理深度融合,“智慧工地”应运而生。中国建筑工程总公司(以下简称“中国建筑”)是国内建设领域的领军企业,一直把信息化建设作为企业发展的重要支撑。作为“中国建筑”的总工程师,请您谈谈“智慧工地”诞生的背景及其特征。

文章作者:

这一切都是AI 建筑业的成果,当AI真正渗透入建筑行业的各个部分,这似乎为当前各国所头疼的建筑工人不足的问题提供了一个解决之道,当老龄化“杀死”工人的过程中,AI为建筑行业的发展提供了一个新的路径,而这条路,似乎走的越来越顺畅了。

近几年来,AI频繁的出现在各个行业中;但在建筑工程行业,AI一直都是“犹抱琵琶半遮面”的状态,曾有人说AI如果应用于建筑行业,那爆发的能量绝对是巨大的,是其他任何行业都不能比的。

毛志兵:1956年达特茅斯会议上“人工智能”被首次提出,经历了两次发展高潮。如今的第三次发展浪潮,基于大数据、云计算、物联网、智能化、移动互联网等技术,以深度神经网络为基础,人工智能其智慧已达到一流专家水平。2015年,国家正式印发《中国制造2025》,其核心是通过智能制造技术进一步优化流程,推动我国从“制造大国”向“制造强国”转变,人工智能已融入到各个领域,这是大势所趋。

王见宇,就职于美国战略咨询公司Lux Research,从事高新材料和先进制造领域全球创新科技的研究,关注领域包括碳纤维及增强复合材料,3D打印以及材料信息学等。

日前,绿地控股宣布,与人工智能技术企业深兰科技达成合作,共同发展人工智能建筑和机器人智能科技。这一切也正朝着AI建筑业的方向不断前进。

我们可以在脑海中试想一个如此场景。

过去的30年,建筑业基本实现了从手工到数字化的转变,为“智慧工地”的提出和发展奠定了坚实基础。“智慧工地”是人工智能在建筑施工领域的具体体现。回顾国家科技部在建筑领域的立项研究,可以清晰地发现“应用信息技术改造传统建筑业”的发展历程:①在“六五”“七五”期间,伴随着有限元技术应用,国家立项研究 “计算技术的开发”“建筑工程设计软件开发”等,推动了计算机辅助计算技术的普及,将设计人员从繁重而复杂的计算任务中解脱出来,现在各类工程的设计计算已经变得“轻松愉快”了;②在“八五”“九五”期间,依托计算机图形技术,国家立项研究“计算机辅助设计工程应用开发”“CAD工程应用技术开发与示范”等,推动了计算机辅助绘图技术的普及,把设计人员从枯燥而繁杂的绘图任务中解脱出来,实现了“甩图板工程”;③在“十五”“十一五”期间,依托数字技术和互联网技术,国家立项研究“城市规划、建设、管理与服务的数字化工程”“建筑业信息化关键技术研究与应用”等,推动了计算机辅助管理技术的普及,把信息技术应用拓展到了管理领域。

数字化工具和机器人在建筑市场的应用

建筑业的老龄化之殇

你站在一片荒芜的空地之前,带上AR头盔,AR设备为你展现出一个完美的现代化小区,绿树成荫、鸟语花香,抬头看到自己的家,阳光与现代建筑交相辉映。

随着信息技术的发展,在工程设计、施工与运行维护的各阶段,以及每阶段的各专业、各环节都在应用软件辅助专业工作。我们在享受信息技术“红利”的同时,也面临信息共享和交换不及时、不准确、协同工作难以开展等问题,不仅造成了大量的人力、物力浪费,而且容易产生风险。为解决信息共享等问题,BIM技术在建筑业得到了快速发展与应用。“十二五”“十三五”期间,住建部重点推进BIM技术的普及应用,在2015年6月发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中提出了“到2020年末,建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。以下新立项项目勘察设计、施工、运营维护中,集成应用BIM的项目比率达到90%:以国有资金投资为主的大中型建筑;申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区”的发展目标。目前,全行业正在积极推进BIM技术应用,并取得了良好效果。

说起人工智能,大数据等技术词汇,人们通常都不会把它们和看似传统的建筑行业联系在一起。原因之一是这些科技要想实现作用,就需要应用层面上的数字化,这是目前建筑行业比较薄弱的环节。另外,传统的建筑过程不但要处理大量不同材料的使用安装和各种机械的操作,而且还要在建筑现场根据实际情况作出变化,因此建筑过程的复杂性以及不确定性也是高新科技难以从根本上撼动传统流程的原因。

谈起建筑业,也不免论及建筑业青年劳动力缺乏的问题。长期以来,建筑业具有“危、繁、脏、重”的属性,施工人员的工作条件极差,繁重的操作,工作环境充斥着泥浆、粉尘、噪声、震动,导致职业病高发。更重要的是,随着社会老龄化趋势加速,青壮年劳动力的供给将日益紧缺。

这或许就是未来建筑。用机器人建造,用AR感知,用VR体验,用云和大数据连接,再搭配物联网,当AI遇上建筑业,其所带来的想象是如此诱人。

信息技术的应用极大地提升了建筑业的技术水平和管理水平,但技术的进步也推高了从业者们的要求和期望,即通过大数据、人工智能、移动互联网、云计算、物联网等新技术的发展提升人类的智慧,这样一来,“智慧建造”“智慧工地”等概念应运而生,其中,“智慧工地”是“智慧建造”的组成部分,是指在施工现场范围内实现“智慧”。

但是,如同各个行业正在发生的指数型增长一样,建筑行业的数字化乃至人工智能化已经出现萌芽,并且在一些领域展现了出人意料的进展。创新科技已经渗透到了建筑流程的各个环节。

就日本而言,目前超过四分之一的日本人口年龄在65岁以上,这一数字预计在未来40年将跃升至40%。

这一切都是AI 建筑业的成果,当AI真正渗透入建筑行业的各个部分,这似乎为当前各国所头疼的建筑工人不足的问题提供了一个解决之道,当老龄化“杀死”工人的过程中,AI为建筑行业的发展提供了一个新的路径,而这条路,似乎走的越来越顺畅了。

到目前为止,“智慧工地”还没有一个准确的定义。依我个人意见,“智慧工地”可以理解为:充分应用BIM、物联网、大数据、人工智能、移动通讯、云计算及虚拟现实等信息技术与机器人等相关设备,通过人机交互、感知、决策、执行和反馈,实现工程项目施工的智能化,是信息技术、人工智能技术与工程施工技术的深度融合与集成。

建筑设计:

日本65岁以上人口百分比

日前,绿地控股宣布,与人工智能技术企业深兰科技达成合作,共同发展人工智能建筑和机器人智能科技。这一切也正朝着AI建筑业的方向不断前进。

2016年住建部发布了《2016—2020年建筑业信息发展纲要》,提出建筑业要增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力,建筑业数字化、网络化、智能化取得突破性进展,全面提高建筑业智慧建造的能力。聚焦到施工现场,“智慧工地”就是建立在高度信息化基础上的一种支持对人和物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预控的新型施工手段。它紧紧围绕人、机、料、法、环、策等关键要素,综合运用BIM、大数据、智能化、物联网、移动计算、云计算等信息技术,与施工过程相融合,对工程质量、安全等生产过程及商务、技术等管理过程加以改造升级,使施工管理可感知、可决策、可预测,提高施工现场的生成效率、管理效率和决策能力,实现数字化、精细化、绿色化和智慧化的生产和管理。

传统的建筑设计使用的软件都属于CAD(Computer Aided Design),但是CAD的使用并不便利,尤其是比较难做系统性的修改和模拟。目前市场上比较流行的技术是建筑信息建模BIM(Building Information Modeling),BIM的各种模拟是基于同一个建筑模型,因此只要修改模型中的某个参数,各项模拟的结构都会随之更新。

此庞大的老龄人口结构给政府和经济带来了巨大的挑战。而这在建筑行业中体现的尤为明显。随着适龄工作人口将急剧减少,其导致建筑业用工成本增加,施工方降低人工成本、提升施工效率和质量的需求日益强烈,数字化施工技术应用前景广阔。

建筑业的老龄化之殇

施工技术:通过以BIM、云计算、物联网、智能设备、大数据等为代表的当代先进技术的综合应用,建筑施工行业正行驶在“智慧工地”的快车道上,智慧工地的发展经历了哪几个阶段?每个阶段各有何特点?

BIM目前在建筑设计中的广泛使用也造就了Autodesk这样的公司在BIM软件开发中的领袖地位。目前的BIM不但可以构建和模拟建筑材料或者模块的几何形状,空间关系,物理性质及其他功能参数,地理位置和气候,而且也可以把各个建筑材料或模块的成本和物流进度做综合管理。

建筑劳务用工老龄化预示着施工现场的青年劳动力在逐年减少,中老年劳动力在逐年增加,其体力、精力逐步衰退,操作的精确度变差,导致工程质量无法保证;再者,随着年龄的变化,中老年劳动力身体各项机能老化,尤其是反应的灵敏度降低,一定程度上成为导致人身安全事故多发的重要因素。

谈起建筑业,也不免论及建筑业青年劳动力缺乏的问题。长期以来,建筑业具有“危、繁、脏、重”的属性,施工人员的工作条件极差,繁重的操作,工作环境充斥着泥浆、粉尘、噪声、震动,导致职业病高发。更重要的是,随着社会老龄化趋势加速,青壮年劳动力的供给将日益紧缺。

毛志兵:“智慧工地”的基本特征可以从技术和管理两个层面来描述。

在建筑设计领域的创新公司是很难和Autodesk这样有实力的企业直接竞争的。因此,创新公司的软件研发差异化主要沿两个方向展开。

显然,建筑工人的老龄化现象已成为目前建筑业发展的阿克琉斯之踵。如何突破建筑业本身的人员壁垒,AI助力提出了这类难题的“最优解”。

就日本而言,目前超过四分之一的日本人口年龄在65岁以上,这一数字预计在未来40年将跃升至40%。

从技术层面上讲,“智慧工地”是以BIM、物联网、移动通讯、大数据、云计算、智能技术和机器人等相关设备为代表的当代先进技术的集成应用,实现人机料的最优配置和利用。从管理层面上讲,通过应用高度集成的信息管理系统,基于物联网的感知和大数据的深度学习系统等支撑工具,“了解”工地的过去,“清楚”工地的现状,“预知”工地的未来,对已发生或可能发生的各类问题,有科学的决策和应对方案。

第一个方向是在BIM设计的基础上添加虚拟现实(VR),并且模拟和预测该建筑在绿色建筑标准的打分。比较有代表性的公司是VIMtrek。

“上帝视角”打造无人工地

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“智慧工地”的核心是“智慧”二字,“智慧”有程度上的差异,有“小智慧”“大智慧”的说法。从人工智能技术发展到今天来看,我们可以将“智慧工地”的发展定义为三个阶段,即“感知阶段、替代阶段、智慧阶段”。

第二个方向是把BIM平台上的建筑整体设计转化成一个个可以被预制的模块,并把模块的生产任务下达给不同的预制模块生产商。这样整合多个模块生产商的产能和个性化能力,使得预制建筑模块满足建筑设计的个性化成为了可能。比较有代表性的公司是Project Frog。

在过去的十年中,无人机迎来了自己发展的黄金时期,它们从价值数百万美元的军用无人机中分离了出来,成功变成了民用的娱乐工具,带人们体验“上帝视角”创造的惊喜,现在它们更是成了许多行业生产力革新的排头兵。

此庞大的老龄人口结构给政府和经济带来了巨大的挑战。而这在建筑行业中体现的尤为明显。随着适龄工作人口将急剧减少,其导致建筑业用工成本增加,施工方降低人工成本、提升施工效率和质量的需求日益强烈,数字化施工技术应用前景广阔。

“感知阶段”就是借助人工智能技术,起到扩大人的视野、扩展感知能力以及增强人的某部分技能的作用。例如我们借助物联网传感器来感知设备的运行状况、感知施工人员的安全行为等,借助智能机具增强施工人员的技能等。我们现在的“智慧工地”主要就处于这个阶段。

需要指出的是,VIMtrek和Project Frog同样都开发了独有的软件系统,但他们在业务模式上有着很大不同。VIMtrek以SaaS模式让软件服务于广大设计师、开发商以及总承包商。而Project Frog把软件仅限于自用,利用软件把自己接到的建筑项目分拆成一个个预制模块并把模块的生产任务下发到其各大供应商。

无人机在建筑领域的应用为其发展打开了新的一扇窗。在地面以下的污垢池中,巨大的“挖掘者”正在半自主地工作,平整土地和挖沟渠。在过去的三年里,加利福尼亚州的Skycatch公司已经为日本的5000多个建筑工地提供四轴飞行器。这些工地大多位于东京地区及周边地区,由世界第二大建筑公司小松经营,作为其智能建筑项目的一部分。

建筑劳务用工老龄化预示着施工现场的青年劳动力在逐年减少,中老年劳动力在逐年增加,其体力、精力逐步衰退,操作的精确度变差,导致工程质量无法保证;再者,随着年龄的变化,中老年劳动力身体各项机能老化,尤其是反应的灵敏度降低,一定程度上成为导致人身安全事故多发的重要因素。

“替代阶段”就是借助人工智能技术,来部分替代人,帮助完成以前无法完成或风险很大的工作。例如,现在正研究和探索智能砌砖机器人、智能焊接机器人等。由于它们的出现和应用,可能某些施工场景将实现全智能化的生产和操作。当然,这种替代是基于给定的应用场景,并假设实现的条件、路径来实现的智能化,智能替代边界条件是严格框定在一定范围内的。

预制建筑模块的制作中:

现在Skycatch正在向混合中添加人工智能,进一步实现自动化过程并使人类几乎完全脱离。不久之后,它将把施工现场的控制交给智能自动机器。在Skycatch登场之前,小松靠着人类测量师来绘制地图,这个过程通常会占用一个小团队几天的时间才能完成。使用无人机时,则只需15分钟即可扫描并创建精确的地形三维地图。

显然,建筑工人的老龄化现象已成为目前建筑业发展的阿克琉斯之踵。如何突破建筑业本身的人员壁垒,AI助力提出了这类难题的“最优解”。

“智慧阶段”就是随着人工智能技术不断发展,借助其“类人”思考能力,大部分替代人在建筑生产过程和管理过程的参与,由一部“建造大脑”来指挥和管理智能机具、设备,完成建筑的整个建造过程,这部大脑具有强大的“知识库”管理和强大的自学能力,也就是“自我进化”能力。人转变为监管“建造大脑”的角色。

在建筑设计完成之后,预制建筑模块的生产商就要按照设计的具体要求来生产模块。目前全世界预制建筑模块的生产有很多家,其中比较大的公司是中国的企业远大住工,工业化和自动化水平都很高;另外在全球范围内有很多规模较小而且自动化水平较低的公司。所有这些公司都有一个生产中的痛点,就是他们所生产的预制建筑模块受限于一些有限的模板,无法完全做到个性化。

Skycatch四轴工地无人机

AI入驻,会不会让更多工人失业

“智慧工地”三个阶段,是随着人工智能技术的研发和应用不断发展而循序渐进的过程,不可能一步实现。这需要在“感知阶段”就做好顶层设计工作,在总体设计思路的指导下开展技术的应用和研发,特别要注重建筑信息模型(BIM)、互联网、物联网、云计算、大数据、移动计算和智能设备等软硬件信息技术的集成和应用。只有这样,才能在应用中不断推动施工现场的自动建造、智能化建造以及新型管理模式下的智慧协同,实现建造方式的彻底转变。

要想解决预制模块生产中的个性化问题:

除了施工控场,无人机还可以利用无人机在建设工地上巡飞,可以收集视频材料。视频会被转化成工地三维图片,再导入相应的计算机软件进行匹配,能查看工程进度规划和最初的建筑设计和是否相符。

建筑工人“老龄化”,青壮年劳动力不足,AI的应用无疑很好的解决了这个问题;但同时,另一方面,它是不是会让更多的人失业呢?AI是一种现代化的技术,它可以应用的范围非常广泛,对于这个问题,相信不只是建筑工人,其他行业同样会有面临这样的担忧,但事实是在过去这么久,其使人失业的问题在整个大环境来说,影响其实是非常小的,可以说微乎其微。不过AI 建筑业必定会淘汰一部分人,从而使得建筑工人更加“精英化”。

此外,从发展阶段来看,有“初级阶段、中级阶段、高级阶段”之分。“智慧工地”从初级阶段到高级阶段的发展需要较长的一段时期,有专家预测“在未来10年或更长时间,将是从数字化到智能化转变的时代”。目前,正是从数字化向智能化发展的过渡期,也可以说是“智慧工地”发展的初期。

一个解决方法是像Project Frog那样依靠庞大供应商群体的多种产品线来覆盖客户的个性化需求。

在无人机测绘领域,人工测绘仅可得到30000个点;但如果使用测绘无人机,测到的点可以达到2500万个。而在时间的对比上,倘若是在平缓的地形测量,无人机的测绘工作以及后期数据处理工作的用时将会比传统人工测绘减少整整3倍时间。

“上帝视角”打造无人工地

国家科技部在“十三五”国家重点专项《绿色建筑及建筑工业化》的研究领域“建筑信息化”中,启动了“绿色施工与智慧建造关键技术研究与示范”研究项目。关于“智慧建造”,项目定位是在“十二五”绿色施工研究基础上,开始启动“智慧建造”研究,探索“互联网 ”环境下的智慧建造技术与装备。研究目标是:开展BIM、物联网、大数据、智能化、移动通讯、云计算等信息技术在绿色施工与智慧建造中的集成应用研究,探索研究“互联网 ”环境下的智慧建造技术,促进建筑业技术升级、生产方式和管理模式变革,塑造绿色化、工业化、智能化新型建筑业态。用的是“开展”“探索”“促进”等词汇,在程度上都与“初级阶段”相一致。

另一个解决方法是切实提高生产工序满足个性化的能力,这是建筑自动化中的难点,而且目前没有公司能在自己的车间中按照BIM或者CAD的建筑设计文件来针对各种预制建筑模块(比如外墙,内隔墙,屋顶,楼板等)实现个性化。目前比较可喜的是,一些创新型公司正在一些细分的模块领域实现个性化的生产。

AI拯救的建筑业

在过去的十年中,无人机迎来了自己发展的黄金时期,它们从价值数百万美元的军用无人机中分离了出来,成功变成了民用的娱乐工具,带人们体验“上帝视角”创造的惊喜,现在它们更是成了许多行业生产力革新的排头兵。

在“智慧工地”的初级阶段,企业和项目积极探索以BIM、物联网、移动通讯、云计算、智能技术和机器人等相关设备等为代表的当代先进技术的集成应用,并开始积累行业、企业和项目的大数据。在这一阶段,基于大数据的项目管理条件尚未具备。

一个著名的例子是上海盈创,这家公司用3D打印方式生产混凝土预制模块用于室内装饰或者建筑外墙,在迪拜刚刚完成了第一个商用案例。

随着自动化的深入,人工智能与自动化装备将逐步接管施工现场,并带来一个高度自治的建筑业新时代。智能相对论分析师柯鸣认为,因为AI本身所具有的强大分析、整理及应用能力,其在建筑业也必然“大有可为”,在建筑行业劳动力不足的情况下,以AI简化甚至替代部分劳动力,其可以从以下几个方面努力。

无人机在建筑领域的应用为其发展打开了新的一扇窗。在地面以下的污垢池中,巨大的“挖掘者”正在半自主地工作,平整土地和挖沟渠。在过去的三年里,加利福尼亚州的Skycatch公司已经为日本的5000多个建筑工地提供四轴飞行器。这些工地大多位于东京地区及周边地区,由世界第二大建筑公司小松经营,作为其智能建筑项目的一部分。

在“智慧工地”的中级阶段,大部分企业和项目已经熟练掌握了以BIM、物联网、移动通讯、云计算、智能技术和机器人等相关设备等为代表的当代先进技术的集成应用,积累了丰富经验,行业、企业和项目大数据积累已经具备一定规模,开始将基于大数据的项目管理应用于工程实践。

另一个例子是美国公司Blueprint Robotics,这家公司开发了机器人系统可以按照用户的CAD或者BIM设计制造墙体模块。具体而言,Blueprint Robotics所造的模块是与设计完全一致的,并且为门窗,水利电力管线等各种系统预留了空间。

1. AI助力BIM模型构建

现在Skycatch正在向混合中添加人工智能,进一步实现自动化过程并使人类几乎完全脱离。不久之后,它将把施工现场的控制交给智能自动机器。在Skycatch登场之前,小松靠着人类测量师来绘制地图,这个过程通常会占用一个小团队几天的时间才能完成。使用无人机时,则只需15分钟即可扫描并创建精确的地形三维地图。

在“智慧工地”的高级阶段,技术层面以BIM、物联网、移动通讯、大数据、云计算、智能技术和机器人等相关设备等为代表的当代先进技术的集成应用已经普及,管理层面则通过应用高度集成的信息管理系统和基于大数据的深度学习系统等支撑工具,全面实现“了解”工地的过去,“清楚”工地的现状,“预知”工地的未来,对已发生或可能发生的各类问题,有科学的决策和应对方案等“智慧工地”发展目标。

在建造流程上,机器人极大程度地取代人工覆盖了整个流程,从定向刨花板框架的裁切,石膏板在刨花板框架中的固定,到墙内电子及防火系统的安装,再到隔热材料以及支持结构的安装。预制墙体模块做好后,只需要运输到建筑工地,在当地拼装并涂刷涂料。

建筑讯息模型是一个基于3D模型的过程,为构造、工程和建造专业人员提供有效规划、设计、构建和管理建筑和基础设施。AutodeskRevit就是一款BIM软件,它允许用户以3D形式设计建筑物和内部组件,并将相关讯息与时间或排程相关联,以便与3D模型中的各个组件相关联,提供更完善的数据,并协助业主、建筑师和承包商有效沟通。

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一个人至少拥有一个梦想,有一个理由去坚强。心若没有栖息的地方,到哪里都是在流浪。

预制建筑模块生产的自动化和人工智能化是个行业难点,但也是诸多创新性公司涉足的热点领域。虽然目前整体的突破并不明显,但是随着盈创和Blueprint Robotics这样的公司的示范作用和其他公司的跟随和自主研发,这一难点会被一步步克服。

以武汉中心项目为例,武汉中心利用BIM的外型设计主要体现在基于BIM技术的参数化找形与幕墙设计。在BIM软件中,按楼层高度对最终方案模型进行切片,生成每个楼层的建筑轮廓线,在生成的建筑轮廓线转换进行参数化幕墙划分。通过参数的设置和调整改变幕墙板块的大小,并将单元体整合到建筑表皮中,最终确定以空间叠形的单元板块拟合超级空间曲面,呈渐变型、非线性、错缝式的空间错台变化。

除了施工控场,无人机还可以利用无人机在建设工地上巡飞,可以收集视频材料。视频会被转化成工地三维图片,再导入相应的计算机软件进行匹配,能查看工程进度规划和最初的建筑设计和是否相符。

施工技术:“智慧工地”顺应建筑行业的发展趋势,是围绕项目全生命周期建立的一整套信息化系统,您认为当前应如何避免“智慧工地”沦为简单的新科技手段的罗列和堆砌。

比如这一难点会先从某些具体种类的模块攻克,然后逐步扩张到其他的模块的生产当中,从而最终实现各种模块的生产能由高度自动化和灵活度的人工智能来完成。

2.机器人替代建筑工部分工作

在无人机测绘领域,人工测绘仅可得到30000个点;但如果使用测绘无人机,测到的点可以达到2500万个。而在时间的对比上,倘若是在平缓的地形测量,无人机的测绘工作以及后期数据处理工作的用时将会比传统人工测绘减少整整3倍时间。

毛志兵:为避免“智慧工地”沦为简单的新科技手段的罗列和堆砌,建议从政策指导、示范引导、软件系统支撑等多方面采取措施。

建筑现场的操作:

2018年2月6日资诚联合会计师事务所全球同步发布《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,分析全球逾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、制造业和建筑业。

AI拯救的建筑业

1)政府应组织制定《推进“智慧工地”发展指导意见》等政策和相关标准,掌控“智慧工地”发展进程和节奏,避免“冒进”或“迟疑不前”。

建筑现场预备和模块组装是建筑过程中需要在实地完成的操作,也是机器人目前非常难实现全流程的自动化。主要原因是建厂施工的环节涉及到的材料和工具种类繁多,对机器人的适应性要求很高。由于建筑现场要完成的工序过多,目前没有一家创新企业可以包揽这诸多工序,而是只集中解决某一两个工序中的具体需求。

而机器人作为程序化设定的系统硬件,其拥有着人类所无法比拟的高强度、高效率、误差率小等优势,其无疑是人工智能发展的一重要领域。日前,日本建筑公司清水建设公开了一处实验设施,那里汇集了一批将“上岗”的建筑机器人,包括“天花板安装工”、“焊接工”和“搬运工”。

随着自动化的深入,人工智能与自动化装备将逐步接管施工现场,并带来一个高度自治的建筑业新时代。智能相对论(aixdlun)分析师柯鸣认为,因为AI本身所具有的强大分析、整理及应用能力,其在建筑业也必然“大有可为”,在建筑行业劳动力不足的情况下,以AI简化甚至替代部分劳动力,其可以从以下几个方面努力。

2)鼓励企业开展“智慧工地”示范工程建设,树立样板,分享经验,避免低水平重复。

一个明显的例子就是砖头的垒砌。通常的砖头垒砌过程都是人工来完成,效率低而且准确性比较差。有两家机器人企业正在进入砖头垒砌的市场,其中一个是Construction Robotics,另一个是FastBrick Robotics。

自动焊接的“焊接机器人”和安装天花板的“天花板施工机器人”

1、AI助力BIM模型构建

3)鼓励软件企业研发高水平的“智慧工地”应用软件系统,支撑“智慧工地”健康发展。

这两家公司开发的机器人都可以用机械手臂自动拿起砖头,涂抹水泥并按照建筑设计的BIM或者CAD文件选取不同样式的砖头码放到指定位置。

澳大利亚科技公司Fastbrick Robotics 设计 3D 建筑机器人 Hadrian X,工作效率是人工的 4 倍。24 小时连续工作的话, Hadrian X 两天内就可以建好一座房子。它可以读懂图纸,通过 3D 扫描技术,精确地计算出每一块砖头的位置,比建筑工人精准不少。

建筑讯息模型(BuildingInformation Modeling;BIM)是一个基于3D模型的过程,为构造、工程和建造(AEC)专业人员提供有效规划、设计、构建和管理建筑和基础设施。AutodeskRevit就是一款BIM软件(或称4D BIM),它允许用户以3D形式设计建筑物和内部组件,并将相关讯息与时间或排程相关联,以便与3D模型中的各个组件相关联,提供更完善的数据,并协助业主、建筑师和承包商有效沟通。

4)项目管理目前一般为“法人管项目”和“项目部管项目”两个层面,“智慧工地”作为企业信息化的重要组成部分,重点是施工现场信息化。但是“智慧工地”不能孤立存在,应与企业采购、项目管理等系统深度集成,是企业级管理系统数据来源,只有把这两部分有机结合,才能最大程度上避免科技手段的罗列和堆砌。

前者的机器人目前只能横向移动,一次码放一扇墙,后者的机器人可以坐在建筑工地的一个角落,用高而长的机械手臂把砖头输送并码放到建筑的指定位置。两家公司相比,Construction Robotics实现的项目很多,而Fastbrick Robotics还处在比较早期的市场渗透阶段。

图片来源:Hexapolis

以武汉中心项目为例,武汉中心利用BIM的外型设计主要体现在基于BIM技术的参数化找形与幕墙设计。在BIM软件中,按楼层高度对最终方案模型进行切片,生成每个楼层的建筑轮廓线,在生成的建筑轮廓线转换进行参数化幕墙划分。通过参数的设置和调整改变幕墙板块的大小,并将单元体整合到建筑表皮中,最终确定以空间叠形的单元板块拟合超级空间曲面,呈渐变型、非线性、错缝式的空间错台变化。

5)在具体实施过程中,应注重前期策划工作,做好施工组织设计。要本着“技术实用、成本合理”的原则来实施“智慧工地”建设。要注意不同项目的差异化需求,统筹规划,深入研究,求真务实。同时要注重简化智能设备的接入,数据的采集、转换、存储,降低使用成本,降低准入门槛。在具体应用上要注重场景化合理,切实解决施工现场的痛点及风险防范。

另一个例子是建筑现场的土方搬运。现有的绝大多数工程中依然需要有人来操作推土机完成。这里分享两个开发无人操作推土机的公司。一家是日本的企业Komatsu,另一家是美国的企业Autonomous Earthmoving Equipment。

3.AI多元素标记施工现场

2、机器人替代建筑工部分工作

施工技术:工程建造进入大数据时代,传统的施工模式终将被淘汰,代表绿色、智能和宜居的智慧建筑必将成为建筑行业发展的方向。您认为如何通过“智慧工地”实现绿色建造和生态建造?

这两家公司基本都是利用飞行机器人的3D激光扫描来判定和计算施工现场的各具体位置需要移动多少立方的土,并以此来指挥推土机进行工作。

AI在现场施工中的应用,体现为其可以利用机器学习、语音和图像辨识将施工现场的照片和视频进行自动标记,以便整理数据及搜索。例如,AI可以采用深度学习模式分析影像和语音,以自动标记施工数据数据并主动向客户提供安全措施建议。

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,分析全球逾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%)。

毛志兵:建筑产业现代化涵盖的范畴非常广泛,包括技术和管理现代化、生产方式和装备现代化、工人队伍现代化等。

目前两家公司推出的产品都是有人来进行远程控制操作,一个人可以操作4台推土机同时工作。在不久的将来,相信土方搬运可以实现完全的无人化操作。

以Smartvid.io为例,作为一个施工现场的管理平台,其可以实现人工智能识别,即10分钟内可以辨别1080张施工照片,并正确辨别446张含有人像的照片、未戴安全帽者、未着安全反光衣者均可段时间识别。作为人工需要4.5小时才能完成的任务量,其可以大大缩短工作时间,也为施工安全提供了一个实时监测平台,辨别潜在风险,保障施工安全。

而机器人作为程序化设定的系统硬件,其拥有着人类所无法比拟的高强度、高效率、误差率小等优势,其无疑是人工智能发展的一重要领域。日前,日本建筑公司清水建设公开了一处实验设施,那里汇集了一批将“上岗”的建筑机器人,包括“天花板安装工”、“焊接工”和“搬运工”。

建筑产业现代化的核心是借助工业化思维,推广智能和装配式建筑,即通过标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用,实现建筑产品像制造飞机、汽车一样的装配化生产制造,推动建造方式的创新,提高建筑产品的品质,这与“智慧工地”的特点高度契合。“智慧工地”通过对当代先进信息技术和人工智能设备的集成应用,与工业化建造方式及机械化、自动化和智能化装备相结合,有效提升工程项目建设的技术和管理水平,这是推进建筑产业现代化的最佳手段,但需要将“智慧”理念贯穿到设计、生产、施工全过程。

还有一个必须要提的是AR在建筑施工现场的应用。与砖头垒砌和土方搬运相比,AR是比较容易在短期内得到广泛应用的。

总之,AI对于建筑产业的替代是一个过程。我们所强调的并非AI完全入侵并取代传统建筑工人,这只是部分工艺和工序的优势互补。当然,这也将是一个渐进式的替换过程——AI助力设计、建造和营运维护。这也正符合着建筑物的生命周期:设计、建造、管理。

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标准化设计要以BIM技术为支撑,在预制构件深化设计阶段,应用BIM技术建立起丰富的预制构件资源库,提高深化设计效率,为预制加工提供详细的预制构件模型。在预制加工阶段,应用BIM模型建立起设计、深化设计和预制加工三者间的信息流桥梁,实现信息共享。在生产制造过程中利用BIM模型,采用智能制造技术进行精确加工,在预制工厂、运输和施工现场之间,应用物联网技术(包括条码、芯片、RFID等)对预制构件的加工信息、库存信息、运输信息和现场堆放信息进行有效管理。在现场安装阶段,充分利用物联网、BIM、移动应用等技术及智能化装配机器人,研发和应用预制装配式施工现场生产系统,为施工管理提供统一的协同中心、数据中心和业务中心,突破地域、时间界限,对施工现场的各种生产要素进行合理配置与优化,畅通产业链各参与方之间在各阶段、各环节的信息渠道,实现信息共享,提升协同效率,提高建造效率与效益。

AR的主要优势在于可以提示建筑施工人员应该在某个位置安装某个预制的建筑模块,以及该模块的具体属性。而且,AR还可以提示建筑施工人员该用何种工具,何种操作来进行操作,这也能大大减少施工人员的培训成本。在AR的建筑应用方面比较领先的公司有Insiter以及Bentley。

一个建筑工程是庞大而复杂的,AI技术的多方面应用可在诸多环节中改善施工的状况,工程建设对于AI的使用虽起步较晚,但将会带来的影响,依然不容小觑。

澳大利亚科技公司Fastbrick Robotics 设计 3D 建筑机器人 Hadrian X,工作效率是人工的 4 倍。24 小时连续工作的话, Hadrian X 两天内就可以建好一座房子。它可以读懂图纸,通过 3D 扫描技术,精确地计算出每一块砖头的位置,比建筑工人精准不少。

施工技术:“智慧工地”是建筑业信息化与工业化融合的有效载体,如何通过“智慧工地”的稳步推进实现建筑产业现代化?

我们以上所举的例子是数字化工具和机器人在建筑设计,预制模块制备以及施工现场各个环节当中的应用案例。实际当中的产品和应用案例并不只是我们所提到的这些公司。

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毛志兵:建筑产业现代化涵盖的范畴非常广泛,包括技术和管理现代化、生产方式和装备现代化、工人队伍现代化等。

总体来看,数字化工具和机器人正在以比人们预想的要快的速度进入建筑领域。在长远来看,机器人在数字化的基础上逐步取代人工,甚至是绝大程度上取代人工将只是个时间问题。

3、AI多元素标记施工现场

建筑产业现代化的核心是借助工业化思维,推广智能和装配式建筑,即通过标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用,实现建筑产品像制造飞机、汽车一样的装配化生产制造,推动建造方式的创新,提高建筑产品的品质,这与“智慧工地”的特点高度契合。“智慧工地”通过对当代先进信息技术和人工智能设备的集成应用,与工业化建造方式及机械化、自动化和智能化装备相结合,有效提升工程项目建设的技术和管理水平,这是推进建筑产业现代化的最佳手段,但需要将“智慧”理念贯穿到设计、生产、施工全过程。

以上这些信息对于中国而言是喜忧参半的。

AI在现场施工中的应用,体现为其可以利用机器学习、语音和图像辨识将施工现场的照片和视频进行自动标记,以便整理数据及搜索。例如,AI可以采用深度学习模式分析影像和语音,以自动标记施工数据数据并主动向客户提供安全措施建议。

标准化设计要以BIM技术为支撑,在预制构件深化设计阶段,应用BIM技术建立起丰富的预制构件资源库,提高深化设计效率,为预制加工提供详细的预制构件模型。在预制加工阶段,应用BIM模型建立起设计、深化设计和预制加工三者间的信息流桥梁,实现信息共享。在生产制造过程中利用BIM模型,采用智能制造技术进行精确加工,在预制工厂、运输和施工现场之间,应用物联网技术(包括条码、芯片、RFID等)对预制构件的加工信息、库存信息、运输信息和现场堆放信息进行有效管理。在现场安装阶段,充分利用物联网、BIM、移动应用等技术及智能化装配机器人,研发和应用预制装配式施工现场生产系统,为施工管理提供统一的协同中心、数据中心和业务中心,突破地域、时间界限,对施工现场的各种生产要素进行合理配置与优化,畅通产业链各参与方之间在各阶段、各环节的信息渠道,实现信息共享,提升协同效率,提高建造效率与效益。

忧的一面是这些技术的应用会使得建筑工人的工作被替代,其中少量建筑工人能够通过学习和机器协作来实现从劳动力向工程管理角色的过渡;众多人会因此被迫转入其他行业。

以Smartvid.io为例,作为一个施工现场的管理平台,其可以实现人工智能识别,即10分钟内可以辨别1080张施工照片,并正确辨别446张含有人像的照片、未戴安全帽者、未着安全反光衣者均可段时间识别。作为人工需要4.5小时才能完成的任务量,其可以大大缩短工作时间,也为施工安全提供了一个实时监测平台,辨别潜在风险,保障施工安全。

施工技术:最后,请您谈谈“中国建筑”目前在“智慧工地”领域取得了哪些应用成果,以及您本人对“智慧工地”未来发展的展望。

这个恐怕是国家不愿意看到的,不过数字化工具和机器人对建筑工人的广泛取代短期之内还不会成为现实。

总之,AI对于建筑产业的替代是一个过程。我们所强调的并非AI完全入侵并取代传统建筑工人,这只是部分工艺和工序的优势互补。当然,这也将是一个渐进式的替换过程——AI助力设计、建造和营运维护。这也正符合着建筑物的生命周期:设计、建造、管理。

毛志兵:“中国建筑”十分关注建筑业未来生产方式改革,将“绿色建造、智慧建造、建筑工业化”列为企业“十三五”科技发展规划三大科研主攻方向,我们把“智慧工地”作为“智慧建造”的重要研究内容之一,从顶层设计、技术攻关、人才培养入手,持续加大研发投入和示范推广力度,完成了一批示范工程项目,积累了一系列成功经验和研究成果。

喜的一面是这些技术的应用可以带来极大的效率和质量的提升,并且有可能使得未来的建筑业成为一种更加以设计为导向的行业,因为设计文件生成之后剩下的工程可以在很大程度上由机器人来完成。

一个建筑工程是庞大而复杂的,AI技术的多方面应用可在诸多环节中改善施工的状况,工程建设对于AI的使用虽起步较晚,但将会带来的影响,依然不容小觑。返回搜狐,查看更多

“中国建筑”从集团层面进行顶层设计,整体推进“智慧工地”建设。首先,“智慧工地”是企业信息化的重要组成部分,其自动采集、产生的数据将提供给企业级项目管理系统,为企业管理提供真实、基础的第一手数据,为企业管理服好务。其次,为项目生产服好务,“智慧工地”包含智慧管理、智慧生产、智慧监控和智慧服务等4个方面。智慧管理包括进度计划管理、任务自动分配、资源组织、知识积累与传承等,重点在项目生产管理工作。智慧生产,是指智能化的生产设备,包括焊接机器人、抹灰机器人等,这方面还相对滞后,需要重点突破。智慧监控则是运用各种传感器、摄像头智能分析等技术,对项目质量、安全进行监控。智慧服务是整合现场及社会资源,为项目部管理人员、建筑工人提供专属、个性化的工作、生活服务。最后,“智慧工地”还要进一步深化应用BIM技术,将实际生产数据与BIM模型有机联系在一起,共同发挥作用。

更重要的是,中国的庞大人口,经济体量以及生活需求的变化将会带来对新建建筑的持续性需求,这位中国建筑领域的巨头利用全球技术充实自己的实力,提供了实际的商业保证。

责任编辑:

BIM技术的普及应用是“智慧工地”建设的基础,“中国建筑”在BIM技术集成应用研究和工程实践中起步早、成效显著。截至2016年底,“中国建筑”已有3000多个项目在不同程度上应用了BIM技术,已有20000多人通过系统的BIM培训,成为具有BIM应用技能的专业人才,为全面推进“智慧工地”建设奠定了坚实基础。“中国建筑”正在负责“十三五”国家重点专项《绿色建筑及建筑工业化》研究领域中“建筑信息化”的重点研究项目和“绿色施工与智慧建造关键技术研究与示范”的研究工作,从理论体系、标准体系和应用模式等方面系统开展“智慧设计”“智慧工地”研究。由“中国建筑”总部牵头,组织开发“中国建筑云平台”“中国建筑智慧工地”应用系统,支撑各级子企业的“智慧工地”实践。同时,由“中国建筑”承建的北京中国尊项目、北京腾讯总部项目、天津周大福金融中心项目、武汉绿地中心项目、珠海横琴国际金融中心项目、郑州奥体中心项目等一批示范工程项目,都不同程度地践行了BIM、物联网、移动通讯、大数据、云计算、智能技术和机器人等“智慧工地”技术和设备的集成应用。

或许未来有一天,人类对建筑设计的个性化和建筑过程的自动化就如同目前的3D打印一样方便和省心。

科技支撑发展,创新引领未来。建筑业改革发展在不断创新,但核心业务没有变,那就是项目。围绕项目开展生产经营、技术研发和管理活动是建筑业的业态特点,工地现场是项目成功交付的重要环节,也是建筑业信息化落地的最后“一公里”。只有把现代信息技术和人工智能技术渗透到项目管理之中,使“智慧工地”成为建造技术升级、生产方式转变和管理模式变革的重要载体,才能为实现中国建筑转型升级和持续健康发展做出积极贡献,助“中国建造”立于世界建筑业未来发展潮头。

我是王煜全,您的全球科技前哨侦察兵。

今天是前沿侦察的第274天。

王煜全

关于建筑领域的创新科技,你还有哪些想法想要和王博士探讨呢?欢迎到留言区写下你的看法。王博士将会在周末选出几个最有价值的问题作答。

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舒婷

21

终于听到了和我从事的行业最贴近的分享,我在这个行业积累了16年的行业经验,知道应用需求点—— ,也愿意投点资,从事这个行业先行者的一些工作,希望王老师的带领下 ,整合这方面资源,在建筑行业做点有价值的事。

03-16 06:58:40

Apprentice-胡钦元

9

建筑技术智能化可以极大的提升效率和质量,老师说的喜忧参半其实可以通过应用扬长避短,城镇化进程本来就是东西失衡,未来在“一带一路”进程中,东部地区可以用来提升效率和质量,解放的人工会引向西部进行开发;这样就可以人工就业和效率提升兼顾。再有就是有的省市在“一带一路”中冲锋在前,可以大幅用智能提升效率,有的省市保守,可以继续使用人工慢慢观望适应,国外也一样,比方说东盟合作多进展快,智能科技可以大幅提升我国科技形象,质量好、节约成本。总之,就像经济特区带动改革一样,科技特区先行,争取适应时间,总有妥善安排劳力的新科技相应工作出现,所以我看着全是喜,很乐观。

03-16 06:58:01

张辉

5

很惊喜看到传统行业也有机器人的影子,有幸在高中升大学的暑假里,体验过两个月的工地生活,从这篇报道里看,落实到具体施工,只是瓦工的部分工作被替代,像砌墙,但是还有很多机动性比较强的工作没有被替代,比如粉刷,打混泥土,此外像木工,钢筋工的工作没有提到,一栋大楼是由这三个工种配合来完成的,个人认为想要实现建筑行业的机器换人,至少10年路要走,而那时现阶段的农民工已经老了,已经不适合这样重体力的行业,必然是受过基础教育的年轻一代顶上,若想要不被人工智能替代,从教育入手,让 IT 教育成为普遍,新一代的建筑工人可以和机器协作,不见得会引起失业的恐慌,毕竟新建筑工人的基数要小很多。

03-16 08:19:27

静姝

4

谢谢王博士的供稿,我女儿终于听到3D打印的具体应用了。她现在学的3D打印的制图软件,是可以设计任何物品的,她就在设计一所房子加家具,昨天说做了一个空调的外观设计。打出来的用她的话说只是模型。她说模型又不可以用,也没有那么多材料,她就不明白3D打印到底就是打个玩具模型出来吗?看来3D打印用于建筑行业还是很可行的。还有一个有趣的事,前几天比尔盖茨在微信开了个公众号,小家伙看到了,上面说可以提问题给盖茨,说盖茨会回答,人家是说关于慈善的吧!小家伙也去提了个问题,就是问3D打印以后的可以具体做什么?她想听听盖茨怎么说。她还等着回答天天看她的微信。结果是过了回答的日子,她当然没有等到,很失落。希望王博士从建筑的角度讲一下3D打印的发展应用。真的可以将设计好的桌子椅子床等打印出来吗?

03-16 08:16:09

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