王廣斌： 建筑產業數字化轉型內涵與關鍵技術體系｜中國建筑產業數字化轉型發展研究報告

《“十四五”數字經濟發展規劃》提出，數字經濟是繼農業經濟、工業經濟之后的主要經濟形態，是以數據資源為關鍵要素，以現代信息網絡為主要載體，以信息通信技術融合應用、全要素數字化轉型為重要推動力，促進公平與效率更加統一的新經濟形態。數字經濟正推動生產方式、生活方式和治理方式深刻變革，成為重組全球要素資源、重塑全球經濟結構、改變全球競爭格局的關鍵力量。從全球范圍看，數字經濟創新企業無論是規模還是成長性方面，都處于引領地位，全球市值最高的前 10 家企業中，數字技術相關企業占7家。各國普遍將數字經濟視為促進經濟復蘇、重塑競爭優勢和提升治理能力的關鍵力量，德國、英國、美國等工業發達國家數字經濟占 GDP 比重超過 60%?！禝DCFutureScape：2020年全球數字化轉型預測》顯示，2020～2023 年，全球數字化轉型投資支出將達到 7.4 萬億美元，復合增長率達 17.1%。我國處于數字經濟將發揮關鍵性作用的階段，2020 年，我國數字經濟規模達到 39.2 萬億元，占 GDP 比重為 38.6%。隨著新一輪科技革命和產業變革的持續推進，數字經濟已成為我國最具活力、最具創新力、輻射最廣泛的經濟形態，成為國民經濟的核心增長極之一。VUCA 時代的來臨為全球經?濟帶來更多不確定性，人工智能、大數據等新興技術的快速發展引起行業變革加劇。全球數字化轉型業務中心 2015 年研究表明，傳統業務企業受到顛覆的時間大約為 36 個月。在 VUCA 時代下，企業要掌握駕馭數字化帶來的指數級變革的能力。

數字經濟包括數字產業化與產業數字化兩大部分。數字產業化即信息產業，其具體業態包括電子信息制造業、信息通信業、軟件服務業等；產業數字化是指在新一代數字科技支撐和引領下，以數據為關鍵要素，以價值釋放為核心，以數據賦能為主線，對產業鏈上下游全要素數字化升級、轉型和再造的過程，即傳統行業因數字技術帶來的生產數量和生產效率的提升。近年來數字經濟增速保持高位運行，數字經濟結構持續優化升級，產業數字化深入推進，如圖1所示。建筑業數字化屬于產業數字化范疇。德勤咨詢 2019 年“數字化成熟度”調查結果顯示，建筑產業數字化成熟度得分為 4.50，在被調研的各行業中得分最低。建筑企業應當正確認識數字化發展內涵，把握數字化轉型關鍵，跟上后工業時代發展步伐。

數據來源：根據《中國數字經濟發展白皮書》整理

?《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》將新型基礎設施建設提上日程，新基建涉及 5G 基建、人工智能、大數據中心、工業互聯網、城際高速鐵路和城際軌道交通、特高壓和新能源汽車充電樁等，前四者重創新，后四者補短板，賦能智能建造發展。以 5G 基站為例，工信部《通信業統計公告》統計數據顯示，截至 2020 年底，新建 5G 基站超 60 萬個，已開通 5G 基站超過 71.8 萬個，覆蓋全國地級以上城市及重點縣市?！丁笆奈濉睌底纸洕l展規劃》提出優化升級數字基礎設施，包括加快建設信息網絡基礎設施、加快建設信息網絡基礎設施、有序推進基礎設施智能升級。住房和城鄉建設部等 13 部門聯合印發的《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》強調加快推動智能建造與建筑工業化協同發展，打造全產業鏈融合一體的智能建造產業體系，走出一條內涵集約式高質量發展新路。中國工程院委托同濟大學、中國建筑股份有限公司等開展了《中國建造2035戰略研究》《中國建造高質量發展戰略研究》《建筑業“十四五”期間發展趨勢研究》等一系列研究項目，清晰勾勒了“中國建造”未來發展藍圖，為建筑產業未來發展提供了支撐。在國家宏觀政策方向與行業變革方向共同作用下，建筑產業有需要、也有必要向數字化轉型，這既是建筑企業應對變革的內在要求，也是建筑產業實現高質量發展的必經之路。建筑企業需要抓住新一輪科技革命的歷史機遇，全面認識建筑產業變革，打造智能建造新范式和新框架體系，聚焦產業數字化轉型，準確把握行業發展痛點，高度重視數字化、網絡化、智能化對工程建造的變革性影響，推動建筑產業由碎片化、粗放型、勞動密集型生產方式向集成化、精細化、技術密集型生產方式轉型。

數字化轉型（DigitalTransformation）是建立在數字化轉換（Digitization）、數字化升級（Digitalization）基礎上，進一步結合企業的核心業務，以新建一種商業模式為目標的高層次轉型，構建一個富有活力的數字化商業模式。數據、信息和知識是數字經濟價值創造的主要生產要素。將數據、信息和知識融匯在產品與服務的全過程、全環節、全要素中，為客戶創造更多價值，是數字經濟和數字化轉型的出發點和突破口。

《“十四五”數字經濟發展規劃》提出全面深化重點產業數字化轉型，推動傳統產業全方位、全鏈條數字化轉型，提高全要素生產率。建筑產業數字化轉型的最終目標是提高績效，增加價值，按價值形式劃分的商業方面的價值主要有三種，分別是成本價值、體驗價值與平臺價值。對于成本價值，以波士頓咨詢公司發布《DigitalinEngineeringandConstruction》為例，不同類型建筑在數字化轉型作用下全生命周期成本均有降低，預計到 2025 年，全球建筑產業數字化轉型將節省設計與建造成本 7000 億～12000 億美元（13%～21%），運維成本節省 3000 億～5000 億美元（10%～17%）。隨著中國經濟工業化階段基本完成，開始逐步向后工業化階段過渡，物質產品進入需要結構性調整的時代，客戶的體驗價值凸顯，不同于工業化時代的標準化與去個性化，后工業化時代則是以個性化定制、柔性化生產為企業的生產發展特征。建筑企業應當順應數字化轉型趨勢，以客戶需求為導向，滿足客戶個性化需求，優化客戶體驗。數字化轉型提供平臺價值，串聯全產業鏈企業的數據與信息，打造集成化、協同化的業務生態系統，構建全數字化?市場。按價值形式劃分的商業模式如圖 2 所示。

△ ?圖2 按價值形式劃分的全數字化商業模式

?建筑企業是實現建筑業轉型升級、實現高質量發展的微觀基礎，通過打造一體化數字平臺，全面整合企業內部信息系統，強化全流程數據貫通，加快全價值鏈業務協同，可形成數據驅動的智能決策能力，提升企業整體運行效率和產業鏈上下游協同效率。建筑企業數字化轉型的基本特征和關鍵有以下三點。一是產品數字化，主要目的是產品的服務和創新，向制造業強國轉變必須依靠產品和服務的創新能力。建筑業企業向數字化轉型，需要且必須利用數字化業務模式帶來的新價值主張，形成新能力和競爭力；二是企業敏捷性，敏捷性包括超強感知能力、明智決策能力和快速執行能力，是實現組織轉型的基本保證。只要擁有良好的敏捷性，企業就能通過迅速調整來適應不斷變化的市場形勢，甚至提前預知市場變化，搶得先機。企業也可以洞悉顛覆者如何攻擊自己的核心市場以及如何主動向客戶提供更有吸引力的價值主張，在激烈競爭中求生存；三是人員數字化，人員數字化旨在提升企業里每個員工的積極性和生產力，對于傳統的職能等級制度和尊重層級文化的國家和地區而言，挑戰性會更大。

?建筑產業數字化業務轉型涉及組織、流程、人員和戰略變革。建筑業企業數字化轉型過程中，戰略制定是最先的一步，也是關鍵的一步。建筑企業數字化轉型的核心是組織和人員的數字化建設，制造業的經驗表明，企業數字化轉型常常會陷于組織惰性這一“陷阱”，企業在追求數字化轉型時會面臨組織運營、制度環境和文化三大挑戰，轉變思維模式是企業數字化轉型成功的重要因素。

推動建筑產業數字化轉型，應當立足我國實際，借鑒工業發達國家制造業發展經驗，明確推動智能建造發展的基礎關鍵技術。數字模型技術是建筑產業數字化轉型中的技術主線，也是關鍵和基礎。數字模型技術包括基于模型的數字產品定義（Model Based De?nition，MBD）和基于模型的數字企業（Model Based Enterprise，MBE），應用范圍涵蓋企業全流程和全產業鏈。MBD 是將產品所有相關設計定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產品三維模型中的先進數字化定義方法，對產品設計制造過程進行并行協同數字化建模、模擬仿真和產品定義，然后對產品的定義數據從設計的上游向零件制造、部件裝配、產品總裝和測量檢驗的下游進行傳遞、拓延和加工處理。實施 MBD 技術需要完善數字化基礎環境建設、數字化標準體系建設、數字化業務流程建設、MBD 設計制造輔助工具開發、企業信息技術團隊和數字化文化建設。MBE 的目標是建立數字孿生模型，通過產品系統和生產系統的全數字化建模仿真，在工程設計和工藝設計領域應用大數據和預測性工程分析技術，?逐步實現向智慧工廠和智能服務制造轉型。數字模型技術是后工業化時代實現大規模個性化制造、產品創新變革的基礎。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術是建筑產業的數字模型技術的代表，是建筑產業數字化轉型的基礎關鍵技術。BIM 技術應用貫穿項目全生命周期，實現了全組織、全流程、全要素的管理。通過應用 BIM 技術可以實現各階段信息的集成與共享，減少信息傳遞層次，降低信息失真率，有效實現項目各參與方之間的協同管理。在規劃設計階段，數字化技術應用涵蓋協同設計、集成場地信息、數據驅動設計、模擬仿真與優化設計等。各專業工程師、設計師將圖紙信息集成到統一的 BIM 模型中，可識別模型碰撞和沖突，保證所有圖紙、報告和數據的一致性，增強協同設計。航空測繪技術和三維激光掃描技術將現有的建筑和基礎設施轉換成虛擬三維模型，有利于翻修和改造項目。大數據分析有助于優化設計決策，通過數據驅動的設計提高設施運營效率。全息技術模擬仿真以及 3D 打印技術，可加速設計迭代并提高可視化。與 BIM 集成的軟件工具通過自動生成和評估設計方案、成本分析、可持續分析等優化設計。在施工階段，數字化技術應用涵蓋參與方間實時信息共享、數據驅動的精益建造、自動化施工、嚴密的施工監控等。BIM 云平臺可以實現各參與方間實時信息共享、整合和協作。BIM 施工模型可以模擬項目施工方案、展現項目施工進度，復核統計施工單位的工程量，并形成竣工模型交給業主輔助進行項目驗收，為數據驅動的精益建造提供基礎。新型建造技術和自動化施工提高施工現場生產率、精度和安全性。數字化測量和監控設備跟蹤施工過程和活動，減少校正工作，無人機和遠程相機對建筑工地進行調查，遠程信息處理系統傳輸多臺機?器參數的數據，實現嚴密的施工監控。運營階段數字化主要受益于設計階段的性能分析和施工階段移交后運營商接收的建筑信息，實現基于 BIM 的運營維護、虛擬交付和調試、健康檢測和運維預警、快速高效地更新和改造。數字設備和技術可以現場收集測試數據，并通過配備條形碼掃描儀的移動設備，將數據直接傳輸到對應三維模型，在不丟失信息的情況下將數據高效地傳遞給建筑運營商，簡化交付和調試過程。同時，BIM 模型也可以通過專業接口與設備進行連接，對設備的運行進行實時監控并作出科學的管理決策，在 BIM 信息協同系統中，運營商可以及時將建筑物的使用情況、設備維修情況、安全評估情況等信息上傳，用戶可以根據相關信息對運營情況進行評估并提供反饋意見。全球 BIM 最佳實踐也證明，BIM 全生命周期成功應用的組織模式是集成項目交付（Integrated Project Delivery，IPD），在該模式下，施工階段和運營階段的參與方提前介入設計階段共同工作，各個環節割裂的問題可得到很好的解決。

建筑產業數字化轉型的技術體系結構共分為四個層級，包括傳感器和其他設備層、數據/物理整合層、軟件平臺和控制層及用戶界面和應用層。技術體系的底層是嵌入式傳感器，可以在建筑施工和運營期間對建筑的任何部分進行實時狀態監控，并不斷刷新和補充數據庫。數據/物理層中的 3D 打印技術可應用于大型建筑構件和混凝土結構，還可通過3D掃描儀創建復雜建筑數字模型，促進翻新，保障質量。軟件平臺和控制層是數字化轉型的技術關鍵，該層級中 BIM 技術作為傳統計算機輔助設計（CAD）的繼承者，服務于價值鏈上的所有利益相關者。用戶界面和應用層的大數據和分析可以處理建筑項目及其環境產生的大量異質數據，加強建筑設計，促進實時決策，提高預?測準確性。項目全生命周期數字技術體系結構如圖 3 所示。

?BIM 技術具有與其他數字技術集成應用的特點。在建筑產業供應鏈中，BIM 技術與 GIS、RFID、IOT 等數字化技術結合應用，可以實現工業化建造的高精度設計、高精度構配件工廠生產及現場裝配，促進不同參與方之間的協同與合作。例如，BIM 能夠存儲和處理翻新項目中的三維激光掃描數據；提供預制和自動化現場設備所需的輸入數據；在施工和運營過程中，可以與傳感器和移動設備連接融合分析。此外，BIM 能夠整合和應用外部數據，豐富其他軟件應用程序和數據系統的數字化建設，為 ERP 系統、PMS 系統、TMS 系統提供基礎數據，完成海量基礎數據的計算和分析，解決建筑業企業信息化中基礎數據的及時性、對應性、準確性和可追溯性的問題。例如，BIM 與 ERP 系統二者數據整合可使項目信息系統實現四算對?比，使項目成本處于可控狀態?；?BIM 的數字建造模式技術框架如圖 4 所示?！堵槭±砉W院斯隆管理評論研究報告》指出，較成熟的數字化企業關注通過集合例如社交媒體、移動互聯網、大數據分析、云計算等數字技術來轉變企業的工作方式，不夠成熟的數字化企業關注使用單獨的某項數字技術來解決離散的企業問題。建筑產業數字化轉型應當以 BIM 技術開發和應用為主要的技術路線和抓手，構建涵蓋 BIM 和其他數字化技術集成應用的技術體系。

△ ?圖4 基于BIM的數字建造模式技術框架

?建筑產業數字化發展可分為三個階段。第一階段為項目數字化，基本特征是基于 BIM 的項目生產與管理環節數字化。項目數字化階段以加強生產指揮能力建設、提升精益化項目管理能力、建設智慧工地等為主。第二階段為企業數字化，基本特征是基于 BIM 與 ERP 系統的項目管理與企業管理數字化。企業數字化階段以提升戰略績效管控能力、建設全面預算管理?能力、加強一體化建造能力提升、提供特色業務服務等為主。第三階段為產業數字化，實現基于 BIM、GIS、ERP、IoT 等數字技術的產業互聯網。在產業數字化階段，建筑業企業依托數字化平臺，對建筑產業鏈上下游業務流、信息流、數據流進行一體化和智能化管理。建筑產業數字化發展的三階段如圖 5 所示。隨著數字化轉型發展階段的提升，建筑產業將逐步走向數字化、在線化和智慧化。

?傳統的建筑產業組織體制、生產流程、專業分工等存在著嚴重的割裂（Frag mentation）特點，從建筑全生命周期角度上來看，建設項目各個環節之間的信息交互，信息孤島依舊存在。解決行業割裂，提升行業的生產效率，實現行業的轉型和高質量發展，除推動數字化轉型的技術因素外，還應緊密結合現有行業環境、組織流程以及人員知識技能，對現有規范、標準、政策做出相應調整。

小 結

智能建造是通過大規模定制建造，滿足個性化要求的數字?化與工業化深度融合的過程，集成整個產業供應鏈和生產活動，包括產品、企業、產業信息化。建筑產業發展的基本范式，是通過數字化、工業化的深度融合追求社會、經濟、環境的綠色可持續發展。

建筑產業數字化轉型是大趨勢，是全產業綠色可持續發展和高質量發展的必由之路；數字化發展的內涵是構建新的商業模式，實現組織變革，提高績效；數字化轉型的技術體系涵蓋企業和供應鏈上 BIM 與其他數字化技術的集成應用，BIM 是關鍵技術抓手。建筑業數字化轉型是思維模式、技術創新、生產管理方式以及商業模式的系統性變革，是長期持久的變革之路。