广联达刘刚：数字孪生与精益建造深度融合，助推建筑产业高质量

　　11月25日,广联达研究院院长刘刚在2021中国建筑学会数字建造学术委员会年会——数字建造与产业变革分论坛上,分享了《基于数字孪生的精益建造探索与实践》议题,从理论与实践层面,深入分析了数字孪生与精益建造深度融合推动建筑产业高质量发展的转型新思路。

　　广联达研究院院长刘刚

　　“高质量发展”是建筑产业发展的主旋律

　　近年来,建筑产业持续深化供给侧改革,发展质量和效益不断提高,产业规模不断扩大,建造能力不断增强,支柱作用愈发显著,有力地支撑了国民经济持续健康发展,为社会进步做出了巨大贡献。

　　但建筑产业大而不强、生产效率不高、能源资源消耗较大、科技创新能力不足等问题仍然存在,产业发展不平衡不充分与人民日益增长美好生活需求的主要矛盾依旧突出,特别是在新冠疫情的特殊背景下,全球经济持续下行,建筑产业传统建造方式受到较大冲击,过去粗放型发展模式已难以为继,高质量发展已经成为建筑产业顺应发展阶段、发展条件、发展格局变化的客观要求,是“十四五”期间建筑产业发展的主旋律。

　　当前,随着新一轮科技革命和产业革命的不断深化,以人工智能、大数据、物联网、5G和区块链等为代表的新一代信息技术加速向各行业全面融合渗透。依托数字化技术,构建建筑产业互联网,实现“让每一个工程项目成功”的目标,将建筑产业提升至工业级精细化水平,推动建筑业转型升级,促进建筑业高质量发展已成为产业各方共识。

　　“让每一个工程项目成功”是建筑产业升级转型的目标

　　2020年7月,住房和城乡建设部等13部门联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》(以下简称《指导意见》),明确指出要围绕建筑业高质量发展总体目标,以大力发展建筑工业化为载体,以数字化、智能化升级为动力,形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系。《指导意见》的发布,为指导建筑产业转型升级指明了方向,为实现产业高质量发展奠定了政策基础。

　　建筑产业高质量发展本质上是以数字化手段为有效的支撑,以新型建筑工业化为核心,以全产业链绿色化为目标的发展新方式,其发展方向是要达到工业级的精细化水平。通过全产业的转型升级,将传统靠大量投资进行的规模化增长模式,转变为靠价值创造来驱动发展的新模式。

　　当前,传统建筑产业工人老龄化、事故多、能耗高、工期超、成本超、利润低、质量差,生产效率低、社会总成本高已经严重制约建筑产业高质量发展,如何用“数字化、工业化、绿色化”的手段来减少和消除浪费是行业共同的课题。对于建筑产业而言,围绕工程项目开展生产和经营活动始终是业务的原点。工程项目的成功与否决定着行业的进步和企业的发展,“让每一个工程项目成功”是实现建筑产业高质量发展的核心目标。

　　参照“英国政府对建筑业2025的策略和要求”,目标可以具体表现为在满足“0”质量缺陷、“0”安全事故的前提下,成本降低1/3、二氧化碳排放量减少50%、生产进度加快50%。建筑产业的高质量发展,本质就是要通过“多、快、好、省”的方式,实现“让每一个工程项目成功”的目标,这样不仅可以为建筑企业带来可观的经济效益,对实现建筑产业的转型升级,推动社会向绿色、集约型转变具有显著的经济和社会效益。

　　要实现这一目标,建筑产业必须建立以项目为核心的建筑产业互联网。在产业互联网平台的支撑下,连接设计单位、施工单位、监理单位等各参与方,实现各方之间的高效协同,用数据驱动业务,使资源在整个产业内得到充分利用,将建筑产业提升至工业级精细化水平。在这一过程中,数字孪生与精益建造的有效融合是成败关键,它将通过数字化、工业化、绿色化的理念和技术实现项目价值最大化、浪费最小化。

　　数字孪生与精益建造融合发展是关键

　　精益生产(Lean Production)起源于日本丰田汽车公司。丰田公司积极响应顾客不断变化的需求,灵活调整生产模式,基于“顾客至上”这一理念,采取“准时化生产”和“自动化生产”两大生产支柱,努力实现低成本、高效率、高质量的生产,最大限度地使顾客满意。1992年丹麦学者Lauri Koskela提出将精益生产的概念和原则改造并应用于建筑业,并于1993年在国际精益建设集团大会上首次提出精益建造(Lean Construction)概念。

　　中国精益建造技术中心将精益建造定义为:综合生产管理理论、建筑管理理论以及建筑生产的特殊性,面向建筑产品的全生命周期,运用专业的技术和方法,持续地减少和消除浪费,最大限度满足顾客需求、实现顾客价值的系统性方法。本质上,精益建造是以客户为中心,以精益求精的精神为内核,进行精细化管理,从而实现价值最大化和浪费最小化。

　　精益建造首先要明确客户所需价值,准确了解客户需求;其次,要基于客户价值建立价值流,确定生产有效价值增益的工作,减少不产生价值的工作;再次,要明确工作流程,确保工作延续性,减少中断和延误;第四是实施拉式调度,利用末位计划系统进行项目调度,提升进度计划的可靠性及执行的高效性;第五是持续改善提升,基于PDCA循环,学习并吸取经验教训,持续提升改善其余各精益建造核心理念的落实。此外,精益建造的实施方法包括集成项目交付、目标价值交付、末位计划系统等。

　　数字孪生(Digital Twins)是联接物理世界与虚拟世界的新技术。最早是2002年由美国教授Dr.Michael Grieves首次提出,此后率先应用于航天行业,并逐步向制造业扩展。数字孪生是指在整个生命周期中,通过软件定义,在数字虚体空间中构建事物的数字模型,形成与物理实体空间中的现实事物所对应的、在形、态、行为和质地上都相像的虚实精确映射关系。其运行逻辑是综合运用建模、感知、计算等信息技术,对物理空间进行描述、诊断、决策,进而实现物理空间与数字空间的交互映射。其中,数据和算法是其核心。

　　数据孪生技术主要包含五大特征。一是数据驱动,以数据的流动实现物理世界的资源优化;二是模型支撑,以模型实现数字与物理世界交互;三是软件定义,通过软件工具模拟、监测物理世界状态;四是精准映射,物理与数字世界全面呈现精准表达、动态监测;五是智能决策,孪生+人工智能技术,辅助决策和持续优化物理世界。正是这五大特征,让传统产业实现了高效率协同、低成本试错、智能化决策。

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