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基于数字孪生的项目低碳运营技术

　　全国住房城乡建设工作会议提出，要建设安全、舒适、绿色、智慧的好房子。好房子有哪些好功能好设计，智能建造是如何引领好房子的？本报特别邀请北京建筑大学建筑与城市规划学院副教授、建筑全过程国家级虚拟仿真教学实验中心副主任徐跃家，围绕智能建造在好房子建设过程中的意义和作用等话题，分享理念观点及实践应用。

　　好房子保障好生活

　　中国建设报：您认为什么样的房子是好房子？好房子对普通人的生活有哪些意义？

　　徐跃家：好房子的定义因人而异，不同人群对好房子的理解各不相同，不同的房子对好的定义也是不一样的。例如，保障性住房、公租房等的用户对好房子的理解与高品质住宅或商品住宅的用户存在显著差异。

　　通过调研，我们总结了好房子的一些共性特征：在环境设施上，要外观协调美观，绿化宜居，生活设施便利，比如周边有菜市场、超市、医院、幼儿园等；在建筑本身功能上，要强调耐久性、全龄友好、健康舒适；在空间使用上，要有一个好户型，首先得功能适用，针对不同需求、不同类型，给出适用的范围，对于相应的人，只要适用就是好房子，其次对于未来新一代年轻人，包括刚入职场的年轻人，还会强调公共空间的灵活可变；在使用和治理上，要绿色低碳，运维端要治理便捷、服务可达，通过以上几方面大致能勾勒出一个好房子应该共有的面貌。

　　好房子对普通人而言，我认为，一方面，是个人舒适生活的保障，有一个美好的基础，就可以更舒适地生活、工作。另一方面，好房子也是社会安定和谐发展的基石，更是城市面貌的体现。

　　智能建造优势显著

　　中国建设报：您对智能建造如何理解？目前智能建造进展如何？

　　徐跃家：智能建造可分为“智能”和“建造”两部分。

　　智能，跟最近大火的人工智能是有关系的，在人工智能之前，其实已经有了一些比较初级的概念，更多的是以提高生产效率为主，比如以前需要人来做铺装的工作，现在能用设备和装备自动化的去做铺装工作。进入到新阶段后，人工智能的参与就会变得非常重要，也就引出了智能建造的第一个特征，一定是以高技术为驱动的，一定要包含高科技手段和技术内容。

　　建造，涉及建造过程、建造设备和建造材料等。传统的建造方式如砖墙就用砖砌，钢筋混凝土就绑钢筋支模板浇混凝土等。智能建造更多的是在工法上，首先在建造层面，有更多样化的机器甚至是机器人参与，由不同的执行末端来完成传统建造过程中人所做的一系列的工种，来替代一部分危、重、难、脏的工作，同时对精细化工作形成一些增强和提升。其次在材料层面，智能建造更强调在供应链或者在生产链上的支撑，以及可持续性。

　　智能建造是以技术驱动，作用于建造环节，但又不止于建造环节，会涉及前端的设计及后端的运维，是一个一体化的过程。

　　目前，我国智能建造发展迅速，部分领域已领先国际。经历了30多年的高速城市化进程，我国积累了强大的工业生产和供应链的能力，推动了智能建造的快速发展。一些大型软件公司、施工建设企业也在积极推行数字化转型，不断加强工艺流程数字化革新和智能化改变。

　　中国建设报：智能建造与传统建造相比，有哪些特点和优势？

　　徐跃家：智能建造在以下三个方面显著优于传统建造：

　　第一个是解放劳动力。智能建造能够替代人工完成危、重、难、脏的工作，通过从这4类场景来判断哪些工作机器人更有优势，从而促进相应场景的机器人的研发。比如在建筑维护层面，清洗窗户、玻璃幕墙对于高层和大型建筑来说有一定危险，所以发明了高层和大型公建擦窗机，来辅助代替人来做这件事。

　　第二个是提升效率。比如工人做地坪的铺砖、找平，费工费时，如果有机器配合，在工时上就会有很大的节省。实验表明，在整个项目全流程中，从设计到落地，在特定的工作中运用智能建造可以节省73%的时间，在效率上具有很大的提升作用。

　　第三个是提高质量。智能建造通过精确控制生产流程，确保产品质量。比如现在国家大力推行装配式和部品部件化，部品部件的生产大量是在工厂制造的，可以严格控制产品精度及生产流程，从而有较好的质量保证，这样智能建造的优势就很明显。

　　中国建设报：影响智能建造的因素有哪些？

　　徐跃家：建筑产品是一个周期长、参与主体多、关系复杂、使用年限长，同时又作为刚需的耐用消费品，需要考虑的因素就会很多。

　　第一个是政策。智能建造涉及多方协同，不是住房城乡建设部门提出需求就可以完成的，还需要协调环保等其他部门。整个制度的保障，我觉得是随着技术的发展来驱动制度的完善。此外，从技术角度会对原先可能存在政策不协调不平衡的问题，起到改善促进的作用。

　　第二个是经济。房屋投资额非常大，对于房屋产品来说，经济贯穿全生命周期，不仅仅是房屋的设计、建造和运维的成本，还涉及之前材料的生产、工艺的制备，包括产业链的搭建，最后甚至到年限的房屋如何去拆除、分解、报废。智能化在整个流程中参与度越高，越会对经济起到促进作用，它的经济性相对来说就越好。

　　第三个是人力。未来大量的房屋，随着建造年限越来越长，改造、维护、拆除的需求随之而来，但建设工人数量在减少，这也给了智能建造一个契机。在这个阶段必须要综合考虑整个劳动力市场的变化、人力市场的变化，智能建造成为弥补劳动力不足的重要手段。

　　第四个是科技。科技作为最重要的生产力之一，人工智能的快速发展，对生活面貌带来质的改变，对建筑建设也会有质的改变。如何更深入地理解人工智能，如何把人工智能和建筑产业垂直领域有效搭建到一起，建造是一个非常好的抓手，它本身科技属性在建筑整个流程中是最强的，也是最容易跟人工智能和机器人有直接联系的环节。

　　中国建设报：在好房子建造过程中，有哪些智能技术值得关注？

　　徐跃家：我理解的是需要在技术层面上再往前看一步，而不仅仅是停留在现有的实践经验上。当前有两项前沿技术最值得关注。

　　第一个是大语言模型技术，现在做建筑类的大语言模型，可以先从逻辑比较清晰、容易下手的以一般工艺为主导的单元模型做起，慢慢扩展到整个建筑领域不同建筑类型的大语言模型。

　　大语言模型应当具备生成设计的能力，我们只要提需求，它会给我们设计出东西，设计完成后，它需要有优化推理和判断的能力，把方案做得越来越好。同时，调动现有的知识库、供应商、供应链进行材料选型，给出相应的建造方案和施工方案。在后期的运维上，它是一个具备运维智慧调控自适应的策略库的角色。大语言模型建设是一个任重而道远的事，需要一步一步来。目前，国内有很多软件厂商正在扎扎实实地研究建筑大模型，未来可能会带来根本的变革。

　　第二个是具身智能领域，具身智能领域主要集中在机器人领域，现在的机器人在轻量化、人性化、灵活化、拟人化方面的程度越来越高，未来可能会进入到家庭服务中。整个建造过程也要关注具身智能的问题，让机器人像人一样去思考，像人一样去工作。比如现在有大量的智能装备可以批量挂高层幕墙、批量铺砖、自动做地坪，像这种装备其实是一个半智能化的装备，它适应的场景是大规模新建或者是大规模改建，没有太复杂的情况，不需要太多的判断。

　　当前，我国城市发展已从增量扩张进入存量优化的阶段。城市更新成为新型城镇化高质量发展的必然要求，但城市更新是一项复杂的系统工程。在这种现实环境复杂、条件复杂场景下，对机器人提出更智能、更灵活、适应性更强的要求，所以具身智能一定是智能建设设备和建筑机器人领域发展的一个方向。

　　数字技术优化设计效果

　　中国建设报：从设计到建造，数字技术一直起着重要作用。在设计方面，数字技术扮演了什么角色？

　　徐跃家：无论是好房子建设，还是公共设施建设，还是桥梁建设，还是大型公共建筑的建设，设计都是起先导作用的，只有好的设计才能有好的建造、好的施工，甚至对运维和治理阶段也应有非常重要的影响。

　　数字技术可以优化设计。在设计的时候，住房人的车库的配建有一个基准比例，一般在0.8~1.3，根据不同的房屋建筑会有不同的标准，但在调研中发现，对于保障房人群来说，按照0.8的车位的配建还是偏多，这一点是出乎意料的。一般认为现在汽车保有量多、停车难，普通小区都会觉得停车位建少了，但是恰恰在保障房小区出现了新问题，就是停车位建多了。这个问题就变成在设计阶段考虑不周或是没平衡好的问题，从而为后续造成深远的影响，比如建造阶段，地库和停车位的建造要投入更多的气力和成本，在运维阶段又会有大量的空置，造成资源浪费，这个时候数字化设计的重要性就凸显出来。

　　另一个场景，电动自行车之前按照自行车车位去做设计，电动自行车考虑比较少，现在电动自行车不让上楼，必须在楼宇外面充电，这时充电桩的设计就不足了，相似的设计问题还有很多，比如外卖、快递等的存放空间，这些都是由技术发展带来的生活方式的改变，带来的新需求。这些需求在设计前期的策划时，是否充分考虑到市面上的实际问题，仅凭人的判断可能很难作出均衡的策略。这时候人工智能技术包括数据分析的技术，就起到了重要作用，能够发现设计中的不足。

　　数字化、智慧化的设计还会继续往下传导和影响。数字化设计是一个非常重要的事，贯穿设计、施工和运维全过程。其中最重要的一环就是BIM（建筑信息模型），在做设计的时候，要建立一个虚拟模型，这个模型是一个前置的模型，应该跟建成的建筑是一对一的数字孪生关系。真正建出来的建筑里具备什么系统、使用什么材料，在前期设计阶段的虚拟场景里就应该有一栋这样的建筑，把该有的东西都做出来。设计师在做设计的时候，要充分考虑到各个系统，集成到一个模型里，达到图模一致、图表一致，未来各个环节一直到运维阶段都对着这个模型来说话，协同效率就会变得非常高，所以设计端的数字化是非常重要的。现在要求BIM交付，BIM交付里的信息会直接影响到使用什么材料、采用什么工艺，会直接影响到施工建设的流程和成本控制。

　　数字化的设计还会影响运维管理。如果设计不全面，一些设计问题会导致运维的困难。如果设计充分考虑到了运维，加入质控系统、绿色节能系统以及家庭智慧化内容，运维管理就会更加高效、经济。

　　数字技术提升运维质量

　　中国建设报：数字技术在后期运维管理中如何发挥作用？

　　徐跃家：数字技术在运维管理端的应用早于其他环节，开始只是为大型公建服务的，因为大型公建的运维工作量和难度远高于住宅建筑。

　　首先是节能管理。比如大型商场和大型办公楼，会有大量的人去使用，空调系统几乎是永久运行，非常不节能，对于低碳、环保、绿色都是不友好的。以前会在用电的峰谷值，人工去制定策略做适当的调试。现在通过人工智能和数字化技术，建立计算机模型，学习人工调试的经验，实时监测使用情况，自动进行节能策略调整。这个过程需要大量的算力和人工智能算法来优化，能减轻一部分运维人员的压力。

　　其次是安全监测。现在利用巡检系统和巡逻机器人来监测有没有火情。通过算法、视觉识别、多传感器融合识别，对火情进行精准判断，判断之后通过执行系统自动进行处理。这项技术对于所有工业类建筑来说非常有意义，可以避免很多经济损失、人员损失。

　　最后是住宅运维。随着新的住宅门类的出现，对高质量、高标准和可持续的要求也不断加深，住宅类建筑的运维需求也不断提升。比如保障房，它的住户流转非常快，对人员的管理也是运维方面面临的重要问题。比如家庭用电出现异常，需要查看什么原因，以前得人工查表抄数据。现在通过智能运维系统，集成人员管理、资产管理、租房管理和能源管理，并具备问题反馈和自动应答功能，大大提高运维效率，改善运维质量，提升服务质量。

　　住房是生活中最重要的场景之一，从安居到宜居，每个人心中都有一座属于自己的好房子。智能建造通过数字化、自动化和智能化手段，正在重塑建筑行业。从设计优化到施工效率提升，再到运维成本降低，全生命周期的智能化应用不仅提高了建筑质量和效率，还推动了行业的可持续发展。未来，随着技术的不断进步，智能建造将在建筑行业中发挥更加重要的作用。

　　【延伸阅读】

　　智能建造在房屋建筑全生命周期的应用

　　设计阶段

　　•BIM（建筑信息模型）技术

　　创建三维数字化模型，整合建筑、结构、机电等多专业信息。提高设计精度，优化空间布局，降低设计错误率。

　　•生成式设计

　　基于人工智能算法，输入设计参数（如日照、通风、功能需求），自动生成最优设计方案。快速生成多种方案，提升设计效率和质量。

　　•VR/AR技术

　　虚拟现实（VR）和增强现实（AR）用于设计展示和协同评审。提升设计沟通效率，降低设计变更风险。

　　施工阶段

　　•智能建筑机器人

　　机器人用于砌筑、抹灰、焊接等工作。提高施工效率，减少人工误差，降低安全风险。

　　•无人机与激光扫描

　　无人机用于施工现场监测，激光扫描用于质量检查。实时监控施工进度，提高质量控制水平。

　　•智慧工地

　　物联网（IoT）技术实现工地设备、人员和材料的智能化管理。优化资源配置，降低施工成本。

　　运维阶段

　　•智慧楼宇系统

　　集成楼宇自动化系统、能源管理系统等。提高能源利用效率，降低运维成本，助力节能降碳。

　　•数字孪生技术

　　创建建筑的虚拟副本，实时监控和预测建筑及设备状态。实现预测性维护，延长建筑及设备使用寿命。

　　•智能安防与物业管理

　　AI监控、智能门禁、机器人巡检等。提升安全管理水平，改善用户体验。

　　文字整理：孙宇枫