数字建筑推动产业数字化转型迭代演进
广联达研究院 / 2020-10-10 11:52:33
在建筑产业数字化转型的大趋势下，作为数字技术与建筑产业深度融合的“数字建筑”，是实现工程项目成功的关键，也是“数字生产力和新生产关系”的代表，必然成为产业转型升级的核心引擎。数字建筑是指利用BIM和云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等信息技术引领产业转型升级的行业战略。它结合先进的精益建造理论方法，集成人员、流程、数据、技术和业务系统，实现建筑的全过程、全要素、全参与方的数字化、在线化、智能化，构建项目、企业和产业的平台生态新体系，从而推动以新设计、新建造、新运维为代表的产业升级，实现让每一个工程项目成功的产业目标。
在数字建筑的驱动下，建筑产业将在产品形态、商业模式、管理模式、生产方式和交易方式等方面产生新的变化。生产方式的变革，将推动建造过程从物理建造向数字孪生建造转变，进而带来管理模式与交易方式的变化，使商业模式向规模化定制、服务化建造转变，最终带来产品形态变化，交付数字虚体+物理实体两个建筑。
1．产品形态变化：从实体建筑到实体建筑+数字虚体建筑
“实体建筑+虚体建筑”成为最终交付给客户的产品形态。虚体建筑打造了与物理实体空间相映射的动态数字模型，在项目全过程保持实时映射和动态更新，大幅提高了项目的协作效率和协同效果。例如：建造过程和材料的溯源数据，建筑产品的各种空间和属性数据等，形成实体建筑的数字线索，为后续建筑物的运维提供数据支撑；实体建筑在虚体建筑的孪生赋能下，将会实现精益化建造过程，并达到工业级精细化水平。
2．商业模式的创新：从产品交付型建造到服务型建造与运营
通过数字化转型，建筑产业的价值创造将不再局限于建筑产品的建造和交付阶段，而是会向建筑产品运营阶段延伸。通过提供围绕“人”的运营服务、健康服务和生活服务等和针对“设施设备”的运维服务，创造出更大的价值空间，实现建造服务转型。
建造服务转型包括服务型建造+服务型运营两种模式，服务型建造是针对建设项目全过程的服务，涵盖全数字化虚拟建造服务、实体精益建造服务、工程金融服务，其收入模式变为“成本+酬金”的合约模式。服务型运营是针对运营的使用过程，为用户在使用阶段、体验方面提供服务，是面向用户的服务，涵盖产品制造服务、机械设备服务、产品运维服务等内容。
日本小松集团是全球最大的工程机械制造企业之一，通过建立施工互联网平台，实现工程机械设备的在线管理。施工现场机器运转的情况可以实时反馈到小松的施工互联网平台，根据机器的磨损、运行做大数据分析，然后及时提醒客户进行机械设备的检修与维护，实现了由出售设备向出售服务的转变。建筑公司按照使用时间付费，闲置时不产生费用，降低了设备的使用成本。同时，小松会根据数据信息，将迭代的旧版本机器收回，再把升级的新版本机器送过来，从而低成本地实现技术迭代。
3．管理模式的变革：从“相互博弈”到项目数字化集成交付
通过数字建筑的智能化协同作用，传统项目管理模式设计、施工、运维阶段相对割裂、缺乏协同的不利局面会得到彻底改变。通过项目数字化集成交付等新型管理模式，将形成利益共同体，在项目生命周期内密切合作，共同完成项目目标并使项目收益最大化。
广联达西安研发中心项目在实施过程中便采取了项目数字化集成交付的管理模式，打造多参与方的利益共同体，基于数字化平台实现了管理与采购前置，在降低项目成本的同时加快了项目进度，提升了项目收益。
4. 交易方式的变革：从“要我诚信”向“我要诚信”
当前建筑行业的交易较多依赖于双方的合作历史、第三方的推介或是供应方的品牌，交易周期长，成本高，风险也比较大。未来应用大数据、区块链等技术，将参与各方在项目全生命周期的信息全部上链，形成新的信用担保，构建数据驱动的数字征信体系，降低交易成本、减少风险，保障各方权益。融资、采购、招投标、销售、租赁等交易场景都可从“要我诚信”向“我要诚信”的方向加速演进。
5．生产方式的变化：从实体建造到数字孪生建造
在传统的工程建设中，项目各阶段相对割裂、缺乏协同，设计阶段未充分考虑到施工的可实施性与运维阶段的实用性，造成大量返工、延期和成本超控。在数字时代，未来每个房子将“建两遍”，先全数字化虚拟建造一遍，再工业化实体建造一遍。在虚拟建造过程中，参建各方通过数字建筑平台进行智能设计、虚拟生产、虚拟施工和虚拟运维的全过程数字化打样，交付设计方案最优，实施方案可行，商务方案合理的全数字样品。再通过基于数字孪生的精细化到工序级的精益建造，在物理世界中建造出工业级品质的实体建筑，做到项目浪费最小化、价值最大化，将建造提升到现代工业级精细化水平。
建筑产业的数字化转型将是一个不断发展演进的过程。根据不同典型特征及应用场景，数字建筑可以划分为四个不同的等级。典型特征上主要考量数字技术和生产者之间的关系，以及技术进步对于生产力的影响。典型场景上则从设计、建造和运维三个阶段的不同应用场景进行区分。从这两个维度出发，数字建筑将经历“工具辅助-融合发展-智能主导-智慧替代”的发展阶段。具体而言，数字建筑的成熟度可以划分为如下等级：
L1等级以工具辅助为典型特征，数字化作为生产工具，辅助产业的发展，数字技术的积极作用虽然已经有所显示，但主要创造性活动仍然由人来完成。该等级下，BIM正向设计、数字项目管理（BIM建造+数字工地）、BIM运维等是典型应用场景；
L2等级以融合发展为典型特征，数字化成为新的生产力，数字技术不断成熟，与生产者之间产生协同效应，促使生产力水平快速提升。在设计阶段以虚拟设计与建造（VDC）为典型应用场景，建造与运维阶段以数字孪生为基础，将实现精益建造、预防性运维、主动响应式服务等典型应用场景；
L3等级以智能主导为典型特征，随着数据量的持续增长及人工智能的逐步发展，数字技术显示出更多的智能化特性，开始在创造性工作中占据主力位置。该等级主要实现混合现实（MR）智能辅助设计、智能建造、智能运维等应用场景；
L4等级以智慧替代为典型特征，人工智能将赋能设计、建造、运维等阶段实现全面自治，极大地满足人们需求，建筑产业实现全面数字化。该等级主要包括智慧设计、智慧建造、智慧运维等应用场景。
鉴于不同等级的核心场景成熟所需要的技术与模式不同，其具体落地的时间也将有所差异。通过阶段的划分，可以清晰地展现成熟度的演进路径及步骤，以当前产业现状为起点，按照数字建筑赋能成熟度的不同，可以将各阶段的典型业务场景划分到不同的成熟度阶段。
在数字化转型的平稳起步阶段（N1），BIM运维与数字项目管理（数字工地）将首先实现，为产业数字化转型打下业务基础；
在快速发展阶段（N2），L1等级的BIM正向设计、数字项目管理（BIM建造），L2等级的虚拟设计与施工、智能制造，L3等级的MR智能辅助设计场景将初步落地实现；
在优化提升阶段（N3），L2等级与L3等级的场景完全实现，L4等级的智慧建造（无人工厂）场景也已经成熟；
在成熟落地阶段（N4），L4等级的智慧设计、智慧建造（无人工地）、智慧运维将最终落地，标志着建筑产业的转型完成。
数字建筑业务场景的落地，不是某一项技术可以独立支撑的，也不是简单地多项技术的集成应用，而是一项极其复杂的系统性工程，需要总体规划、循序渐进地发展。因此，数字建筑需要数字化基础设施的支撑，推动产业数字化转型迭代升级。数字建筑平台作为建筑产业互联网平台，将是落实数字建筑行业战略的重要支撑。通过数字建筑平台，将构建起通往数字孪生世界的“铁公基”，推动建筑产业全过程、全要素、全参与方的数字化、在线化、智能化，构建项目、企业和产业的平台生态新体系，从而推动以新设计、新建造、新运维为代表的产业升级，助力实现让每一个工程项目成功的产业目标。
（选自数字建筑白皮书2020）
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