建筑行业数字化技术的发展趋势

摘要 据麦肯锡报告数据显示，相比其他行业，数字化技术在建筑行业是比较落后的，这其中的原因是建筑产品大多是个性化的产品，而工业产品大多是批量化的产品。批量化意味着标准化，标准化就更容易应用数字化技术，并通过建模、仿真、分析，不断优化产品。

关键词 数字化技术 建筑行业用模型来定义某种产品的技术，叫做MBD（model based definition），找到产品背后的数理逻辑，通过数理逻辑建模、设计、制造工业产品。对于个性化的建筑产品，要采取这样的办法难度是很大的。近些年来，我国的非线性建筑越来越多了，自然也会想到借助于MBD技术进行建筑设计。之前的凤凰中心就是北京建院建筑团队的原创作品，是一个非常成功的非线性建筑。北京大兴国际机场是继凤凰中心后又一个极其成功的非线性建筑，它的建造技术也达到了国际新高度。

大兴国际机场在建筑造型上突破了欧几里得几何逻辑的限制，采取了一种造型生动的黎曼几何曲面逻辑，把我们的非线性建筑设计建造水平、结构设计水平以及施工水平都带到了一个新的高度。

机场的屋面板以及钢结构的流畅曲线，都是由一组一组的构件搭建出来的，单凭人工去画几乎是不可能实现的。撑起巨大屋顶的8 根C 型柱，显得十分轻盈通透，这也离不开数字化技术的支持。垂帘式的透光屋面既避免了太阳光直射带来的能源浪费，又能借助自然光满足照明要求，这些都是通过算法包括机器学习算法，通过编程找到的最优解或满意解。

从外形上看，北京大兴国际机场有着丰富的造型；从施工建造上看，北京大兴国际机场有着极高的精度。可以说，它的建筑设计更多的是算出来的，是形式逻辑与数理逻辑的统一，是目前这种超大型交通建筑的一个代表作，在全世界也应该占据着极其重要的地位。

改革开放40 多年的发展中，有两点需要我们关注：一是高速的工业化，它带来了“大制造”；另外一个非常重要的是高速的城镇化，以及由此而来的“大建造”。工业化跟城镇化的是分不开的，工业所需要的生产要素聚集在城市，越来越多的人在城市生活，那么城市就要搞基础设施建设。习总书记在2019 年新年贺词中提到：“中国制造、中国创造、中国建造共同发力，继续改变着中国的面貌。” 中国建造在我国经济社会发展过程中起了相当大的作用，功不可没。但就总体而言，目前我们还是一种粗放式的建造方式。比方说建筑资源的浪费，材料利用率低，建筑垃圾占到了城市垃圾的1/3，还有使用过程当中的高能耗等等问题，都是由粗放式的建造方式带来的。

如何解决这些问题呢？我觉得数字化设计与建造是一个有效的解决途径。

利用数字化技术、智能化技术，与工业化深度融合，从而形成我们中国建造的新型工业化道路。智能技术与数字经济是建筑业的发展趋势，也是世界经济发展趋势。国家十四五规划部署了要发展数字经济，七个面向未来的前沿领域排在第一的就是人工智能。把智能技术和数字技术应用于各个行业，是我们今后应该要抓住的一个机遇。在这一点上，北京大兴国际机场是成功案例。至于如何在设计施工运维全过程发挥数字化设计的作用，突破瓶颈，我觉得有4 个方面。第一是设计理念的转变。设计一定要面向用户对房屋功能提升的需要。比方说商品房的精装修，我觉得这还不够，还要进一步实现健康住宅、绿色住宅功能。要把提供高质量的工程产品作为我们设计的一个理念，不能仅仅交付一个“裸”产品，更不能交付一个半成品。第二是专业技术人员知识结构的完善。人工智能的到来对我们是一个冲击，而且信息技术的一大特点就是日新月异。比方说原来建筑设计要考虑综合布线，现在增加了各种传感器，无线的也来了，而且要形成网络，这就是物联网技术。我们要把日新月异的信息技术用到建筑之中。

手机已经成为智能终端，汽车也正在成为智能终端，下一个改变人们生活方式的智能终端是什么？我认为可能就是建筑。去年在乌镇举行的“世界互联网大会·互联网发展论坛”上，我报告题目就是 “ 智能技术催生新的智能终端”，通过各种各样的数字化设备设施和智能算法感知人的不同需求，并且与云端丰富的服务资源相连接，构建满足人的多样化需求的智能空间。这是一种嵌入到建筑空间中的计算机系统，人在智能空间中生活和工作的过程也是使用计算机的过程。

《零碳社会》这本书里，作者杰里米• 里夫金提到将物联网嵌入到建筑中，便组成分布式的智能建筑节点。这跟我上面提到的智能建筑终端不谋而合。我们在建筑空间内的活动时间占到90%以上，建筑智能终端有着丰富的应用场景，如低碳节能的智能绿色建筑、服务于人健康的智能健康建筑、服务于人交往的智能社区空间等等。实现这些，需要我们拓宽知识面，学习和运用新技术。

第三是体制机制的变革。现在的建筑生产过程还是一个碎片化的过程，有建筑学专业、结构专业、暖通专业，还有给排水专业，设计过程要做到不同专业协同，非常复杂。另外，每一个阶段又都有招投标，设计要招投标，施工要招投标，设备供应要招投标，最后装修还得招投标。当然现在有EPC 模式（Engineering Procurement Construction，工程总承办模式），但实际上还是很不成熟。我们要想在设计过程中就能够考虑用户的需求，就需要施工的提前介入，用户也要提前介入，专业的咨询服务机构为设计师弥补知识局限。

总之，体制机制的改革可能是一个瓶颈，要思考怎样有利于资源整合，怎样有利于后续参与的主体提前介入到设计阶段，经过知识经验的综合整合，使设计不断优化和完善。最后，是技术标准的完善。现在，建筑设计到后续阶段，总是会出现管线碰撞、高度不符合规范、净高不足这些问题，似乎是谁先拿到图纸，谁就能先把好放置设施设备的位置给占了。若能严格规定好各类设备设施的空间位置，并在施工中预留出来，互不干扰，就能避免很多问题。现在的工业化建筑设计体系和结构设计体系都还没有完全形成，需要进一步的完善。