數(shù)千億元新藍(lán)海：智慧建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
文 | 杜明芳 博士
本文結(jié)合工業(yè)4.0基礎(chǔ)理論和時(shí)代背景，從智能建筑到智慧建筑概念的發(fā)展談起，提出了基于工業(yè)4.0的智慧建筑和建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念，并對(duì)建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)進(jìn)行描述。參考國家十三五規(guī)劃、國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020)及“關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見”等重要政策，結(jié)合雄安新區(qū)、碧桂園裝配式建筑基地案例，對(duì)建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)估值進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，給出大力發(fā)展建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，以去產(chǎn)能、降成本，促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展建議。
關(guān)鍵詞：建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，智慧建筑，轉(zhuǎn)型升級(jí)
1 工業(yè)4.0背景
18世紀(jì)中葉以來，人類歷史上先后發(fā)生了三次工業(yè)革命，發(fā)源于西方國家及衍生國家。加上今天的第四次工業(yè)革命，迄今為止，人類歷史上總共經(jīng)歷了四次工業(yè)革命：蒸汽技術(shù)革命（第一次工業(yè)革命），電力技術(shù)革命（第二次工業(yè)革命），計(jì)算機(jī)技術(shù)革命（第三次工業(yè)革命），綠色智能工業(yè)革命（第四次工業(yè)革命）。當(dāng)前階段的第四次工業(yè)革命的實(shí)質(zhì)和特征是：大幅度提高資源生產(chǎn)率，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與不可再生資源要素全面脫鉤、與二氧化碳等溫室氣體排放脫鉤。
工業(yè)4.0是由德國政府《德國2020高技術(shù)戰(zhàn)略》中所提出的十大未來項(xiàng)目之一[1]。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及基因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。其技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。德國工業(yè)4.0是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber—Physical System簡(jiǎn)稱CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速、有效、個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。工業(yè)4.0的目標(biāo)：建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。
2 智能建筑定義回顧
歷史上來自不同方面的對(duì)智能建筑的定義如下：
國際定義：通過將建筑物的結(jié)構(gòu),系統(tǒng),服務(wù)和管理四項(xiàng)基本要求以及他們的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化,來提供一種投資合理,具有高效,舒適和便利環(huán)境的建筑物。
國家標(biāo)準(zhǔn)定義：《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50314-2006）對(duì)智能建筑定義：“以建筑物為平臺(tái)，兼?zhèn)湫畔⒃O(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及其優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境”[2]。
Memoori定義：強(qiáng)調(diào)全新建筑物聯(lián)網(wǎng)(BIoT)的出現(xiàn)，將其定義為IP網(wǎng)絡(luò)的疊加、連接整個(gè)建筑的服務(wù)，無需人為干預(yù)監(jiān)控、分析并且控制[建筑]。
歐洲定義：智能建筑“創(chuàng)建了一個(gè)環(huán)境，可以最大限度地提高建筑居住者的使用效率，同時(shí)通過最低的硬件和設(shè)施壽命周期成本實(shí)現(xiàn)高效地資源管理”，將焦點(diǎn)放在通過技術(shù)滿足居住者的需求上，同時(shí)通過最低的硬件和設(shè)施壽命周期成本實(shí)現(xiàn)高效的資源管理。
BREEAM守則(1990) 和LEED計(jì)劃(2000)中智能建筑側(cè)重能源效率和可持續(xù)性。智能和綠色為核心特征。
3 從智能建筑到智慧建筑
工業(yè)4.0、智慧城市賦予智能建筑新的內(nèi)涵，使之向智慧建筑演進(jìn)。智慧建筑是在智能建筑基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展，其內(nèi)涵的變遷與演進(jìn)情況可用圖1說明。
圖1 從智能建筑到智慧建筑概念（本文觀點(diǎn)）
從時(shí)間維度拓展的角度來理解，智慧建筑應(yīng)該是覆蓋和貫穿BIM軟件各階段（規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、分析、出圖、預(yù)制、4D/5D施工、監(jiān)理、驗(yàn)收、翻新）的智能化建筑。BIM軟件各階段如圖2所示。
圖2 BIM軟件各階段
傳統(tǒng)智能建筑是基于“信息-建筑”二元空間的系統(tǒng)，智慧建筑是基于“人-信息-建筑”三元空間的系統(tǒng)。如圖3所示。在“信息（Cyber）”這一維度上，智慧建筑1.0即第一代智慧建筑更多的依賴于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，智慧建筑2.0即第二代智慧建筑更多的依賴于人工智能技術(shù)。這也正是區(qū)分智慧建筑1.0和智慧建筑2.0的本質(zhì)所在。在智慧建筑2.0的三元空間系統(tǒng)圖中，“人（Human）”與“信息（Cyber）”之間由于引入了AI，會(huì)更多的體現(xiàn)出“人-機(jī)”共融特征。
圖3 智能建筑二元空間與智能建慧三元空間
4 智慧建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（Industrial Internet）是指全球工業(yè)系統(tǒng)與高級(jí)計(jì)算、分析、感應(yīng)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)連接融合的結(jié)果。它通過智能機(jī)器間的連接并最終將人機(jī)連接，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，重構(gòu)全球工業(yè)、激發(fā)生產(chǎn)力，讓世界更美好、更快速、更安全、更清潔且更經(jīng)濟(jì)（GE公司）。簡(jiǎn)單的說就是將機(jī)器、人連接在一起的互聯(lián)網(wǎng)。其本質(zhì)是要有數(shù)據(jù)的流動(dòng)和分析。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心要義可用圖4進(jìn)行描述。
圖4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心要義
從圖4可清晰地看到，“互聯(lián)”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基本功能，在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)流動(dòng)和分析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸。最終實(shí)現(xiàn)新模式，催生新業(yè)態(tài)。
智能建筑系統(tǒng)集成（Intelligent Building System Integration）指以搭建建筑主體內(nèi)的建筑智能化管理系統(tǒng)為目的，利用綜合布線技術(shù)、樓宇自控技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、多媒體應(yīng)用技術(shù)、安全防范技術(shù)等將相關(guān)設(shè)備、軟件進(jìn)行集成設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、界面定制開發(fā)和應(yīng)用支持。智能建筑系統(tǒng)集成實(shí)施的子系統(tǒng)的包括綜合布線、樓宇自控、電話交換機(jī)、機(jī)房工程、監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報(bào)警、公共廣播、有線電視、門禁系統(tǒng)、樓宇對(duì)講、一卡通、停車管理、消防系統(tǒng)、多媒體顯示系統(tǒng)、遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)。海信網(wǎng)絡(luò)科技公司在智能建筑領(lǐng)域有10余年的工程經(jīng)驗(yàn)，業(yè)務(wù)涉及商場(chǎng)、酒店、寫字樓、住宅小區(qū)、學(xué)校、體育場(chǎng)館、醫(yī)院等多個(gè)領(lǐng)域。
傳統(tǒng)智能建筑系統(tǒng)集成采用的是集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱分布式控制系統(tǒng)(Distributed control systems，DCS），如圖5所示。
圖5 智能建筑系統(tǒng)集成的傳統(tǒng)架構(gòu)
圖6 分布式智能建筑工程實(shí)現(xiàn)架構(gòu)（來源：Honeywell EBI）
智慧建筑系統(tǒng)集成架構(gòu)基于建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（Building Industrial Internet）。
建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的描述方法一：基于物理層級(jí)的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。如圖7所示。
圖7基于物理層級(jí)的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的描述方法二：基于建筑云腦的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。如圖8所示。
圖8基于建筑云腦的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
圖8中，建筑云腦層的“人工智能平臺(tái)”模塊適宜采用類腦計(jì)算模型相關(guān)理論和技術(shù)，是一個(gè)開放的生態(tài)平臺(tái)。人工智能平臺(tái)目前落地較好的核心機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。核心AI功能包括：語音、視頻、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、文本智能。供應(yīng)鏈層由于AI的使用，大大簡(jiǎn)化了供應(yīng)流程、減少了匹配環(huán)節(jié)、縮短了供應(yīng)周期，最終促使生產(chǎn)和工作效率得到大幅提升，故可認(rèn)為是“大數(shù)據(jù)+AI”驅(qū)動(dòng)的敏捷供應(yīng)鏈。其中，產(chǎn)品供應(yīng)鏈?zhǔn)侵腔劢ㄖ?yīng)鏈的核心，建造供應(yīng)鏈?zhǔn)侵骶€，服務(wù)供應(yīng)鏈?zhǔn)钱a(chǎn)業(yè)模式變革的引擎。建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的敏捷供應(yīng)鏈供需周轉(zhuǎn)如圖9所示。
圖9 建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的敏捷供應(yīng)鏈
建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的通用層級(jí)架構(gòu)可用圖10說明。
圖10 建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的通用層級(jí)架構(gòu)
5 實(shí)現(xiàn)案例——森林城市中的裝配式建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
由預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑，稱為裝配式建筑。裝配式建筑，是建筑工業(yè)化的一種類型，也是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。裝配式建筑符合綠色建筑的要求，節(jié)能環(huán)保，是當(dāng)前打造森林城市的核心元素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，相比傳統(tǒng)建造方式，裝配式建筑可以節(jié)水90%，降低70%的廢物、廢渣以及大氣污染。
2016年9月14日召開的國務(wù)院常務(wù)會(huì)議，決定大力發(fā)展裝配式建筑，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)[3]。2016年9月27日國務(wù)院出臺(tái)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》[4]，對(duì)大力發(fā)展裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)重點(diǎn)區(qū)域、未來裝配式建筑占比新建筑目標(biāo)、重點(diǎn)發(fā)展城市進(jìn)行了明確。按照推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的要求，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、混凝土等裝配式建筑，具有發(fā)展節(jié)能環(huán)保新產(chǎn)業(yè)、提高建筑安全水平、推動(dòng)化解過剩產(chǎn)能等一舉多得之效。目前，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角城市群和常住人口超過300萬的城市都已將裝配式建筑作為發(fā)展重點(diǎn)，裝配式建筑占新建建筑面積的比例正在快速提高。目前全國已有30 多個(gè)省市出臺(tái)了裝配式建筑專門的指導(dǎo)意見和相關(guān)配套措施。很多智慧城市項(xiàng)目也已紛紛引入了裝配式建筑。按照目前的規(guī)劃，未來雄安新區(qū)百分之八九十都將采用裝配式建筑。圖11為正在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的雄安新區(qū)裝配式建筑。圖12為正在實(shí)施中的碧桂園森林城市裝配式建筑基地施工現(xiàn)場(chǎng)。
圖11 雄安新區(qū)裝配式建筑規(guī)劃愿景
圖12 碧桂園森林城市裝配式建筑基地施工現(xiàn)場(chǎng)
裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、管理可以采用建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的通用思維進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)與協(xié)同，關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括：集成化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修?？蓪⒅腔鄢鞘兄械难b配式建筑基地設(shè)計(jì)成為一個(gè)集精益化設(shè)計(jì)、智能化工廠、數(shù)字化物流、信息化現(xiàn)場(chǎng)全產(chǎn)業(yè)鏈于一體的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。在工廠車間中預(yù)制生產(chǎn)裝配式建筑構(gòu)件（構(gòu)件種類主要有：外墻板，內(nèi)墻板，疊合板，陽臺(tái)，空調(diào)板，樓梯，預(yù)制梁，預(yù)制柱等），集中運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)組裝；建筑、裝修一體化設(shè)計(jì)、施工，理想狀態(tài)是通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云腦的統(tǒng)一調(diào)配，實(shí)現(xiàn)裝修與主體施工同步進(jìn)行，提高效率；健全與裝配式建筑相適應(yīng)的發(fā)包承包、施工許可、工程造價(jià)、竣工驗(yàn)收等制度，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、部品部件生產(chǎn)、施工及采購統(tǒng)一管理和深度融合。強(qiáng)化全過程監(jiān)管，確保工程質(zhì)量安全。最終實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化與信息化的兩化深度融合。
6 總結(jié)與展望
十三五規(guī)劃指出我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的“五大任務(wù)”為：去產(chǎn)能、去庫存、去杠桿、降成本、補(bǔ)短板[5]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有望成為去產(chǎn)能、去庫存、去杠桿、降成本的有力工具。
當(dāng)前，智能制造和智慧城市都已上升為核心國家戰(zhàn)略。國家多部委聯(lián)合發(fā)布《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020)》《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出到2020年建成一批特色鮮明的智慧城市。2014年中國智慧城市的市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到800多億元。2016年住建部十三五規(guī)劃中對(duì)智慧城市的投資總規(guī)模逾5000億元，這對(duì)中國相關(guān)行業(yè)企業(yè)來說將帶來數(shù)萬億元的市場(chǎng)大蛋糕。根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，建筑業(yè)市場(chǎng)將在2020年增長(zhǎng)超過10萬億美元?？梢灶A(yù)見，建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為下一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和建筑業(yè)智慧化轉(zhuǎn)型的爆發(fā)點(diǎn)。以此推算，建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)至少在數(shù)千億元。而且，隨著工業(yè)4.0時(shí)代的開啟，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與建筑傳統(tǒng)行業(yè)的融合發(fā)展將逐步走向深入，建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為新的藍(lán)海。
參考文獻(xiàn)：
1. 《德國2020高技術(shù)戰(zhàn)略》，2010.7
2. 《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50314-2006），2006
3. 李克強(qiáng)主持召開國務(wù)院常務(wù)會(huì)議（2016年9月14日），中國政府網(wǎng)，2016
4. 國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見，中華人民共和國政府網(wǎng)，2016
5.中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要（2016－2020年），2016.3
說明：本文系作者（杜明芳博士）原創(chuàng)，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源于“AI智慧城市”微信公眾號(hào)（aicitydmf），并注明原作者。
