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全国工程勘察设计大师李霆:数字建造重塑建筑业新生态
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发布时间:2023-10-08

近日,人民网邀请全国工程勘察设计大师,中南建筑设计院党委书记、董事长李霆作客北京直播间,作《数字建造重塑建筑业新生态》主题访谈。节目一经上线,人民网客户端点赞数已过10w,引起强烈反响。

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。建筑业正面临重大转型期。中南建筑设计院谋求先机,在行业内率先进行数字化转型探索,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”,打破建筑业千年来的“传统”。

中南建筑设计院到底如何拥抱数字化,此次专访给您答案!


建筑全生命周期管理平台推动建筑行业数字化

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,也就是第四次工业革命时代的到来,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革命。

 无图建造项目——湖北省疾控中心


传统建筑业将探索无图建造、免费设计

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”。

那么,为什么要“一模到底”呢?

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。

所以,建筑业数字化转型成功之路在于加快向一体化的制造业转型。

中南建筑设计院与全球工业软件顶级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。

无图建造项目——武汉新一代天气雷达气象塔


为什么要“无图建造”?

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”。

为什么要“免费设计”?

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。

首先是解决建筑行业的痛点问题。

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。

其次,建筑工程全生命周期管理产业互联网平台可以带来商业模式的改变。

“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。

不仅如此,建筑工程全生命周期管理产业互联网平台也会带来全新的发展前景。

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。

三是降低工程领域腐败风险,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腐败风险,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。


复制中国高铁的发展之路 加快科技自立自强步伐

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。

厦门北站


那么,在三维数字软件方面,哪些是全球最优者、最强者呢?

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。在这个过程中,引进技术与自主创新、自主可控之间存在矛盾。请问我们应当如何看待和解决这一矛盾?

中南建筑设计院与法国达索在马克龙访华期间签约现场


李  霆:与芯片等硬件相比,我国在软件方面与发达国家的差距更大。软件自主可控包括基础软件自主可控和应用软件自主可控。基础软件包括操作系统、数据库系统和编译器,这些基本上都被国外软件商控制着。应用软件必须靠基础软件才能运行,而操作系统、数据库系统控制着一切数据,在美国Windows操作系统上开发、运行所谓“自主可控”的国产软件,保证不了数据安全,也做不到真正的自主可控。

另外,国产可替代有“真替代”和“伪替代”之分。真替代是“飞机替代飞机,航母替代航母”;而伪替代是“大刀替代步枪,坦克替代飞机”,没有意义。

所以,如同大飞机一样,自主创新、国产替代是一个量变到质变的过程,做不到断崖式的质变,切实可行的办法是分三步走:

第一步,先引进高端制造业的先进工业软件,如达索系统,吸收、消化、改造,同时引领和倒逼国产建筑业软件进步;

第二步,用最先进的数字系统,培育“一模到底、无图建造”的数字智能建造市场;

第三步,逐步实现PLM平台国产可替代。

在研发过程中要坚持自主创新和开放创新的辩证统一。我们强调自主创新,不是关起门来搞研发,一定要坚持开放创新,只有跟高手过招才知道差距,不能夜郎自大。

我们自主创新的一个成功范例就是高铁,从无到有,从引进、消化、吸收再创新到自主创新,现在已经领跑世界,要总结经验,继续努力,争取在“十四五”期间有更大发展。

我们正在做的事情,就是复制中国高铁的发展之路。

杭州亚运会电竞馆


建议加快数据资产立法健全数据资产确权制度

主持人:现在各个行业都在积极的拥抱数字化转型,在推进数字建造转型的过程中,有没有遇到争议和质疑?您又是怎么面对这些问题的呢?

李  霆:于数字化转型为什么转?怎么转?转什么?行业有不同的认识。

我们认为,数字化绝不是一次行业改良,而是一场真正的行业革命。数字化转型,首先是生产力的转型,企业首先要有自己的数字产品;对设计院而言,图纸不是数字产品,三维数字模型才是数字产品。其次,是生产关系的转型,企业要有数字资产和数字资本;当BIM模型进入区块链并确权后,就成了数字资产;靠三维数值模型收取全过程数字服务费后,三维数字模型就成了数字资本。所以设计院数字化转型要分三步走:数字产品、数字资产、数字资本。目前,大多数企业还处于第一阶段。

目前,对于如何实现建筑工业化和智能建造还存在争议,争议的焦点是工业化、数字化、智能化三者的关系。

我们认为,工业化一定要求大规模协同和大规模定制,这就一定要求数据的高效无缝流转,而共用同一套数据的“一模到底”显然是最高效的数据无缝流转方式。

另外,在工业化、自动化、智能化的关系方面也存在争议。

传统工业化的技术特征是“机械化、电气化、自动化”,属于“物理系统”,以解决取代人的体力劳动的问题。而智能化的技术特征是“数字化、网络化、智慧化”,属于“数字系统”,以解决取代人的脑力劳动的问题。

尤其需要注意的是“智能化”与“自动化”的区别。自动化是机器设备、系统在没有人或较少人的直接参与下,按照人的要求,经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制,实现预期的目标的过程。智能化是事物在高速网络、大数据、物联网和人工智能等技术的支持下,所具有的能动地满足人的各种需求的属性。通俗地说,自动化是“人设的意志”,智能化是“机器的意志”。

在智能建造方面,一些企业只是引入了点状的智能机器,如整平抹平机器人、喷涂机器人、钢筋绑扎机器人等,这实际上只是局部的自动化而非真正意义上的智能化,没有智能化的理念、系统、模式。要实现智能建造,必须通过包含结构化数据的三维数字模型,智能优化建造工艺和流程,并且能动地直接驱动智能设备,这有赖于高精度的MBD模型。

目前,对于“无图建造”争议最大。

传统建造处于数字化和生产力的低级水平,工业建造也就是建筑工业化,处于数字化和生产力的中等水平,智能建造处于数字化和生产力的最高水平。

实际上,智能建造比智能制造更复杂、对数字化水平要求更高,试图将数字化水平最低的传统建筑业越过“无图数字建造”阶段,直接进化到对数字化水平要求最高的“智能建造”,难度风险最大、最超前。

从传统的建筑业到工业化建造(制造业)、再到“智能建造”,是从数字化水平从最低到中等、再到高等的过程,是量变到质变的过程,也是从肯定到否定,再到否定之否定的过程,符合事物发展规律,最为稳妥、难度风险最小。

因此,为推动智能建造与建筑工业化协同发展,我们提出分两步走:

第一步,引进高端制造业的理念、体系和平台。如产品全生命周期管理PLM,基于模型的产品定义MBD技术,以及全过程的虚拟设计和建造VDC等,先实现数字建造,即一模到底(PLM)和无图建造(MBD),为真正意义上的智能建造打下不可或缺的基础。

第二步,引入物联网、人工智能、智能终端,实现真正意义上的少人或无人智能建造。

武汉天河机场T3航站楼


主持人:数字建造要以供给更多高品质的好房子为使命,传统建筑业现在面临的问题是什么?解决这些问题需要什么样的举措?未来的发力点是什么?还需要政府部门提供哪些支持?

李  霆:当前“建筑工程全生命周期管理产业互联网平台”面临的最突出问题,是项目审批招标结算等环节,还没有接受三维数字模型的法律法规。项目审查、审批、招标和结算仍以二维纸质图纸为唯一依据(涉及发改、住建、审计、公共资源交易监督管理等部门)。因此,首个使用建筑全生命周期管理的项目(例如武汉新一代天气雷达项目),目前采取三维数字模型和二维纸质图纸“双轨制”,即运用三维数字模型完成项目设计、施工、管理,同时“降维”制作二维纸质图纸,以满足项目审查、审批、招标、结算、审计等各环节要求,增加了成本,延长了周期,也难以将人工智能引入审查、审批、招标等环节,制约了“建筑工程全生命周期管理产业互联网平台”推广和发展。

所以,我们建议加快数据资产立法,建立健全数据资产确权、交易、共享等制度。目前,三维数字模型等数据资产还没有确权的法律依据,严重制约了建筑业数字化转型。

主持人:能不能用一两句话畅想一下基建行业数字化发展的前景?

李  霆:我们正在从事我们的前人从来没有做过的极其光荣而伟大的事业,我们必将完成“一模到底、无图建造”这一颠覆性创新,引领建筑行业数字化智能化变革。 

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