人工智能在工程建设领域的发展及应用

人工智能在工程建设领域的发展及应用

于善良

中煤科工集团南京设计研究院有限公司 江苏南京 210031

摘 要：建造工程在我国国民经济建设中具有举足轻重的地位，关系着每个人的衣食住行。近代随着中国建造水平的提高和一大批重大工程建设，中国建造也成了中国在世界上的一张新名片。同时，我们也要看到建造业存在高能耗、高污染、低效率、多事故和缺少规划性的弊病，其主要的原因由行业特殊性与管理、技术发展的局限性造成的。随着人工智能技术的发展和应用，智能建造为解决传统建造弊病提供了可能。

关键词：智能建造、建造业4.0、信息流、建设全过程

《人工智能技术及应用》课程作业

1引言

建造工程在我国国民经济建设中具有举足轻重的地位，关系着每个人的衣食住行。近代随着中国建造水平的提高和一大批重大工程建设，中国建也成了了中国在世界上的一张新名片。同时，我们也要看到建造业存在高能耗、高污染、低效率、多事故和缺少规划性的弊病，其主要的原因由行业特殊性与管理、技术发展的局限性造成的。随着人工智能技术的发展和应用，智能建造为解决传统建造弊病提供了可能。丁烈云院士、肖绪文院士、卢春房院士对智能建造给出了的定义。“智能建造新一代通信讯技术与先进 设计施工技术深度融合，并贯彻于勘察、设计、施工、 运维等工程活动各个环节，具有自感知、自学习、自决 策、自适应等功能的新型建造方式。”依我之见，智能建造是基于人工智能技术在将建设周期各个阶段进行融合创新，提高整体劳动生产率和资源利用率的过程。

2 建造业现状概述

2.1 建造业之于中国

2022年，建筑业GDP8.34万亿元，占比6.89%，房地产业GDP为7.38万亿元，占比6.10%，全国房屋建筑施工面积全球第一；全国公路总里程超535万公里，其中高速公路超17.7万公里，全球第一；全国铁路营业总里程15.5万公里，其中高速铁路4.2万公里，占全世界高铁运营里程七成；全国城市轨道交通运营里程10292公里，全球第一；全国内河通航航道总里程12.7万公里；全国境内颁证民用航空机场251个；全国完成交通固定资产投资超3.8万亿元。可以看出建筑及其相关行业占我国生产总值超过20%，在国民经济具有举足轻重的的地位，同时也跟根人们生活密切相关，是我国的支柱产业和人民民生的保障事业。

2.2 建造业发展困境

由于建造业只能单件生产，不利于技术的积累，所以建筑行业一直落后于制造行业的水平。我国虽然是建造大国，一批超级工程在公路、铁路、城轨、航运、建筑等领域创造了诸多世界第一，尽管我国建造规模总量已位居世界第一，但在科技创新、生产效果、环保、安全等方面与世界先进水平相比仍然存在一定的差距，高能耗、高污染、低效率、多事故和缺少规划性的弊病仍然突出，我们还不是建造强国。

我国工程建造先后经历了手工化、机械化、电气化和信息化，但仍未并远未实现智能化。基于人工智能的智能建造发展，将是解决双数我呢提的不二选择。

3建造业智能化发展的必然性

3.1 人类工业化简史

18末世纪蒸汽机的发明引第一次工业革命命，从此制造业开始实现了机械化

20世纪初发电机的应用引发第二次工业革命，制造业从此实现了电气化时代

20世纪70年计算机技术应用引发第三次工业革命，制造业从此进入数字化时代

当前基于计算机技术、互联网技术和人工智能技术和先进制造技术的深度融合，特别是新一代智能制造的突破和推广极地的提高生产效率，引领真正意义上的工业4.0并实现第四次工业革命。

3.2 制造业革命带动建造业革命

一直以来的建造业管理一直落后于制造业的管理，这与所生产物的性质是相关联的。建造业所生产的物件都是单件性的，从社会角度看数量巨大，但从参与者角度看数量很少，而且差异化大，由于参与者建造数量有限且差异性大不利于技术和知识的总结和积累。与之相反制造业强调流水化作业，生产的物件相对单一，人员稳定管理技术经验更容易积累。

随着信息技术的成熟，社会各个行业对信息掌握的差别正在减少，在一定程度上一个行业的新技术在另一个行业推行的时间变边的短暂，而智能化提出后智能建造概念提出比智能制造概念提出的时间性差距变少。

随着社会的发展，制造业向定制化、个性化转变，相反，建造业正向着模块化、装配式转型，双向的聚拢，也增加智能化的通用性。

3.3 智能建造时代的到来

近十年，国内外建筑业将智能建造技术作为发展建 筑工业 4.0 的关键技术，制定建筑业的发展规划和战略。在国外，围绕英国政府的“Construction 2025”战略，制定了建筑业数字化创新发展路线图 [1]。日本国土交通 省在建设工地实施“I-Construction”，实施建设工地的 生产力革命 [2]。2015 年德国联邦交通与数字基础设施部发布了《数字化设计与建造发展路线图》, 规划了工程建造领域的数字化设计、施工和运营的变革路径 [3]。

2020 年 7 月，住房和城乡建设部等

13部委联合发布的《推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》指出，2025 年我国智能建造与建筑工业 化协同发展的政策体系和产业体系基本建立；建筑工业 化、数字化、智能化水平显著提高，建筑产业互联网平 台初步建立。2035 年我国智能建造与建筑工业化协同 发展取得显著进展，“中国建造”核心竞争力世界领先， 建筑工业化全面实现，迈入智能建造世界强国行列。

4 人工智能在工程建设中的应用

工程管理数字化：科学、合理、智能地解决规划设计、施工建造、运营维护三个阶段的主要问题。以信息流为驱动，以数字转型的BIM为载体，充分应用人工智能等信息技术，通过物联网和云计算等支撑，形成智能组织管理、智能设计管理、智能施工管理、智能运维管理、智能建造集成平台，将成为全生命周期建造业智能化的主要模式。

4.1 决策阶段的应用

基于互联网、大数据技术的发展，项目的决策不再依赖于简单的指标分析和依赖于专家的定性的分析方法。破除个体的局限性和时间的局限性，人工智能可根据全生命周期、全数据分析论证。同时，在多方案比选方面人工智能也有巨大的潜力。基于虚拟现实技术，还可以对项目的全生命周期进行推演，提高决策准确性。

4.2 设计阶段

BIM技术的应用已经逐步成熟，多专业协同设计成为常态，这仅仅是人工智能的初级应用。后期设计将在智能出图，设计施工信息交互、智能设计与智能采购、智能设计与智能运维等方面不断融合。

4.3施工阶段

基于图像视频自动识别分析的视频 AI 技术，

实现了对工程施工现场人、财、物的监控、动态及远 程管理。AI 系统不仅可以识别人员、物料、人员行为、危险行为等信息，还可进行预先设定危险区 域、危险时间、危险行为和操作等，对出现危险状 态进行提前告警，确保施工安全。基于 SLIM 推荐 算法（又称“稀疏线性推荐算法”，是一种使用机器 学习算法 - 坐标下降法来进行的推荐算法） 对施 工场地内的实时状态进行扫描和建模，实时掌握 现场的建设动态，提高管理的有效性和及时性[4] 。

4.4 运维阶段

基于设计、施工形成的项目信息数据，以及互联网、物联网、大数据和现场监测系统，可实现设备维护保养智能化提示、智能物资采购、安全质量实时检测、智能信息采集与交流，替代大部分物业管理人员工作，实现运维的智能化。

5 面向智能建造下的工程管理

5.1智能建造背景下工程管理需要如下工作

制定智能建造发展路线图，加强智能产品和服务开发，建立智能设计、智慧工地、研发智能设备、拓展智能运维等多方面相结合。

与传统工程管理不同智能建造工程全生命周期管理，涉及智能建造工程网络协同管理，智能建造创新研制任务集成管理，智能建造施工优化，智能建造质量与可靠性管理，智能建造工程的信息管理与智能决策等各个方面。

5.2面向智能建造的工程项目管理包含但不限于数字化、绿色化和集成化概念

工程管理数字化：科学、合理、智能地解决规划设计、施工建造、运营维护三个阶段的主要问题。以数字转型的BIM为载体，充分应用人工智能等信息技术，通过物联网和云计算等支撑，形成智能组织管理、智能设计管理、智能施工管理、智能运维管理、智能建造集成平台，将成为数字化项目的主要模式。形成基于绿色建造的绿色设计与绿色施工协同推进模式，将绿色建造理念融入到基于建筑全生命周期的策划、设计、施工、运维过程中。集成概念是过程集成，项目全生命周期管理。要素集成，项目全要素质量管理、进度管理、费用管理、安全管理、环境管理。管理集成，全面一体化管理。

5.3工程管理新背景——新基建。

新基建的定义：以新发展理念为引领、以技术创新为驱动、以信息网络为基础面向高质量发展需要进行智能升级、数字化转型和融合创新。助力产业升级、培养新动能，带动就业，长远利益。新基建的范围：新基建的范围包括“融合基础设施”“信息基础设施”和“创新基础设施”三个板块并不断演进.

结语：

个人主要从事工程管理方面的工作，在建设工程中智能化的应用还是相对碎片化的，例如设计会利用智能化 进行防碰撞、造价会利用数字化进行算量等，其应用远不如理论研究。但是，数字化发展的趋势是明显的，其中蕴含的巨大潜力是比较明确的。

国家正在强化和加速推进工程项目总承包负总责（PEPC——planning engineering procurement construction）的承包模式与基于全生命期的工程设计咨询服务（DCS ——design consult service）相结合的工程项目管理模式（PEPC+ DCS)，作为一个管理公司，要重视这种趋势并努力进行转型，在数字化智能化的管理实践和技术应用中形成自己的核心竞争力。提高服务质量和劳动效率，并系统性地提升建设全过程、全方位的智能化水平。

References（参考文献）

[1]Government HM. Industrial strategy: construction

2025[R]. London: Government and Industry in Partnership,

2013.

[2] 吉岡大藏 . I-Construction が描く建设の未来 [J].

新建筑 , 2017, 92(4): 44-46.

[3]Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure. Roadmap for digital design and construction [R]. Berlin: Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure, 2015.

[4] 郭福建. 基于视频 AI 技术的管理系统在地铁机电工程中的应 用探讨[J].山东工业技术，2018（23）:94，84.

论文提交日期：2023年6月11日之前