建筑业是我国国民经济的支柱产业。国家“十四五”规划纲要中明确提出将“发展智能建造”作为国家建筑业发展重点任务。围绕智能建造,国家也在鼓励数字化、人工智能沉入建筑行业的发展。
当前,建筑业正面临重大转型期,一座座建筑拔地而起,离不开一张张设计图纸。眼下,国内建筑设计行业正在探索数字化转型,打破千年来的“惯例”,让设计、建造彻底告别传统的二维工程图纸,实现“无图数字建造”。
人民网邀请到了全国工程勘察设计大师、全国劳动模范,中南建筑设计院、董事长李霆,聚焦数字建造重塑建筑业新生态,与大家一同探索建筑业转型新路。
主持人:我们常说产业数字化,数字产业化,现在数字化转型已经沉浸在了社会的各行各业。您能不能谈一下建筑行业是如何拥抱数字化发展?又是怎样用好互联网平台这个工具的?
李霆:随着以数字化、网络化、智能化为特征的工业4.0,也就是第四次工业时代的到来,建造业与制造业的传统边界将被打破。工业4.0的本质,就是通过数据流动自动化技术,从规模经济转向范围经济,以同质化规模化的成本,构建出异质化定制化的产业。
也就是说,工业4.0时代制造业将通过高速网络、大数据、物联网和人工智能等技术手段,让制造业的各个环节更加紧密联系、高效协作,使得个性化产品能够以高效率的批量化方式生产,实现所谓的“大规模定制”。而建筑业的产品往往都是定制化的产品,那么在工业4.0时代,制造业将与建造业充分融合,建造业将彻底转型为“大规模个性化定制”的制造业。
要实现这一转型,首先要实现建筑业与高端制造业的深度融合。为此,中南建筑设计院引进高端制造业的产品全生命周期管理(PLM)理念和基于模型的产品定义技术(MBD),在全球率先建立建筑全生命周期管理平台。这个平台以“一模到底,无图建造”为目标,建立三维数字MBD模型,打通设计、交付、审查、招标、施工、结算、运维等全生命周期,打破数据孤岛,服务于包括建设方、设计方、施工总包方、分包方、招标代理方等在内的工程项目全过程参与方。
这个平台集三维设计、仿真、加工及项目管理于一体,具备云端三维协同设计和交付,三维模型标注、校审和审查,虚拟设计建造,数字模型驱动智能设备,三维模型算量计价,多物理场仿真,低碳智慧运维等功能,实现建筑工程全专业、全流程、全要素的统一协调工作及管理,让建筑“产品设计”和“工艺设计”融为一体,实现“一个模型干到底,一个模型管到底”。打造贯通项目全流程的建筑产业互联网平台,彻底解决建筑行业“碎片化”的痛点问题,从而推动建筑行业数字化。
主持人:说到数字化发展浪潮,您提到几个关键词:个性化、大规模、高效率,中南建筑设计院在全国率先探索“一模到底、无图建造、免费设计”,能不能讲述一下在数字化转型方面你们有哪些探索?
李霆:中南建筑设计院作为建筑行业的老牌“国家队”,作为国有企业,要勇于承担起引领建筑行业数字化转型的使命。我们在全国率先提出“一模到底、无图建造、免费设计”。
建筑业产业链很长,而且由于当年学习前苏联的计划经济,整个产业链呈碎片化状态,如可研、设计、招标、建造、运维等,产业链中的各方数据不流通,所用的数字模型不接轨,产品设计,也就是建筑设计与工艺设计,也就是建造设计相互分离,呈现出一个个“数据孤岛”,严重影响了行业的工程质量和效率。而制造业尤其是高端制造业,产品设计与工艺设计是一体化的,设计制造安装是一体化的,数字模型全程流通。制造业采用的“产品全生命周期管理(PLM)平台”,将三维数字建模、数字仿真验证、数字制造、数字管理集中为一个平台,实现全专业、全流程、全要素的数字化统一协调管理。如波音公司在三十年前研发设计制造波音777的时候,就采用PLM平台和MBD技术,实现了全程无二维图纸,完全靠三维数字模型,也就是数字样机驱动全产业链。
在中国也是如此,上海江南造船厂引入PLM平台,实现了全程无图建造海巡160轮;西飞集团在设计制造运-20大型军用运输机(胖妞)时,也实现了全程无图纸设计制造和安装。
中南建筑设计院与全球工业软件供应商达索系统深度合作,成立了联合创新中心,将来自高端制造业的PLM平台和MBD技术引入建筑业。中南建筑设计院对制造业的系统进行深度二次开发,并在试点工程中推广应用。建筑工程全生命周期管理PLM平台,是面向建筑工程的跨专业、跨企业、跨地域的全专业、全流程、全要素的数字化协同工作平台。这个平台支持所有用户基于同一个三维数字模型开展协同工作。平台基于同一数据源,打通专业间、企业间的数据通道,实现“三维交付、无图建造、造价精准、缩短工期、提升质量”的效果,最终实现“无图设计、无图审批、无图招标、无图建造、无图结算、无图运维”。引入PLM平台,还将彻底改变碎片化的工程管理模式、组织架构、业务流程和工作方式,倒逼碎片化的建筑业转型升级,符合行业发展方向,具有“建立标准、打造标杆、重塑行业、发展产业”的潜力。这就是“一模到底”的意义。
无图建造相当于手机导航,现在靠图纸建造相当于拿着纸质地图开车,“无图建造”相当于“有人驾驶、手机导航”,下一步“智能建造”相当于“无人驾驶、电子导航”。所以“无图建造”是“智能建造”的基础,图纸是给人看的,不是给机器看的,机器只认识数字0和1,靠图纸建造永远实现不了真正意义上的“智能建造”,也就是“少人或无人建造”。
数字时代最重要的资产是数据资产,一旦实现了“一模到底、无图建造”,谁控制了三维数字模型,谁就控制了数据全产业链。如果收设计费,数字模型的所有权就是建设方(甲方)的了,设计院将永远摆脱不了“卖苦力赚血汗钱”的命运;如果免费设计,设计院有了数字模型的所有权,就取得了全产业链的数据控制权,那么就可以向所有下游企业收取数字服务费;这些服务费远远多于设计费,那么就有可能成为工程界的苹果公司,就可以成为Web.3.0时代的数字产业互联网平台公司,这才是大型设计院、大型科技企业最好的出路。
主持人:建筑全生命周期管理PLM平台是高效率、大规模背后的重要抓手。这种技术上的革新,会不会对整个产业带来“蝴蝶效应”?
李霆:“建筑工程全生命周期管理产业互联网平台”能够彻底解决建筑行业的痛点问题,形成新的商业模式,具有广阔的发展前景。
一是解决建筑业数字化转型数据孤岛问题。目前,建筑业主要采用BIM技术创建三维模型。但是产业链上下游设计、施工等企业的BIM标准各异,数据难以传递,造成了数据孤岛,最终形成了无人愿意为BIM模型买单的局面。“建筑工程全生命周期管理(PLM)产业互联网平台”作为全产业链、全生命周期唯一数据源,可以彻底解决这一难题。
二是解决建筑业数字化、智能化水平不高的问题。目前BIM系统主要关注三维模型的可视化,现有BIM模型精度达不到高精度制造的要求,还只是设计模型而不是建造模型;也缺少数值仿真和科学计算的应用;而项目管理系统的功能主要集中在项目信息和流程的管理及协调上,缺少三维模型管理的能力。“建筑工程全生命周期管理产业互联网平台”采用的是高精度制造模型,另外还支持同一模型的仿真分析(CAE)和加工制造(CAM)等功能,实现设计、制造、施工、运维全程仿真化、智能化,节省项目投资,缩短项目建设周期,提高工程质量。
“建筑工程全生命周期管理产业互联网平台”的服务对象是建设方、总包方、审查方、招标方、分包方、供应商、运维方等产业链上下游相关方,通过提供定制的数字化服务帮助各方降本增效,营业收入来源包括向服务对象收取数字服务费。
这个平台为行业主体带来的效益主要有以下方面:对于建设方,通过数字孪生模型,实现对建筑工程的全程透明造价控制,提高项目管理效率;对于设计方,准确获取设计条件、设计资料和施工反馈,通过数字孪生模型建立数字样房,减少错漏碰缺,提升设计质量;对于施工方,直接获取三维数字设计成果,预演施工方案,减少差错率和返工率,降低施工成本,缩短施工工期;对于制造方,通过仿真模型预演安装流程,减少安装偏差,提高加工精度和加工效率。
一是打造行业级互联网平台型头部企业。“建筑工程全生命周期管理产业互联网平台”提供的数字化、智能化服务将全方位赋能建设方、总包方、分包方、供应商等产业链上下游相关方,将建筑技术服务业这个千亿级行业“打包”成“横向跨专业、纵向全流程”的服务平台。依托这个平台,有望打造建筑业平台型头部数字化产业互联网企业,实现建筑产业互联网平台经济发展的重要突破。
二是为智能建造提供全新支撑。数字建造就是依靠数字完成的建造,而智能建造就是依靠由数字模型驱动的智能机器完成的建造。以“无图建造”为特征的数字建造,是实现真正意义上的智能建造的基础和必经之路,该平台的建设应用将为智能建造提供全新支撑。
三是降低工程领域风险,优化营商环境。“一模到底”不仅具有技术创新意义,还具有管理创新意义和社会意义。“一模到底”中的无图纸审批审查、无图纸招标和结算,将大幅减小政府行政审批的自由裁量权,从而大幅降低工程领域的风险,同时可大幅提高政府行政审批效率和质量,用数字化技术手段优化营商环境,助力提高国家治理现代化水平。
主持人:要成为世界一流企业,需要与一流企业合作或竞争。中南建筑设计院在这方面做了哪些探索,有什么经验可以分享?
李霆:中南建筑设计院已被湖北省政府列入“创建世界一流企业培育库”名单中。我们认为,要创建世界一流企业,最好的办法是,要么与世界一流企业合作,要么向企业一流企业挑战。我们的做法是:与最优者为伍,向最强者挑战。
按照马克思主义的观点,物质决定意识,生产力决定生产关系。最优的三维数字软件一定出自数字化水平最高的行业——高端制造业。目前,垄断全球高端三维软件市场的前三名是:法国的达索系统、德国的西门子和美国的PTC,来自航空、造船等高端制造业。所以,我们就选择了与全球排名第一的达索系统合作。
中南建筑设计院已基于达索系统的3DE平台,在武汉市“新一代天气雷达”和湖北省“疾病预防控制中心”两个项目中成功实践了以“一模到底、无图建造”为特征的全生命周期管理,这是全球首批建筑工程领域的PLM项目,实现了“降低造价、缩短工期、提升质量”的效果。随着建筑PLM平台的推广应用,以无图纸建造为特征的数字建造、智能建造日趋普及,必将大幅提高湖北乃至全国的建筑业水平,这是典型的“数字经济跃升工程”。
主持人:与一流的企业合作可以探索取经。我们一直在强调要加快科技自立自强步伐,解决外国“卡脖子”问题。在这个过程。
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