行業(yè)必看！智能建造數(shù)字化平臺(tái)的最新研究

原文發(fā)表于《科技導(dǎo)報(bào)》2025年第 9 期 《智能建造數(shù)字化平臺(tái)相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展 》

智能建造數(shù)字化平臺(tái)作為建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐，在建筑信息模型（BIM）、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等核心技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了突破性發(fā)展。《科技導(dǎo)報(bào)》邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覐南嚓P(guān)研究總體特征、相關(guān)研究現(xiàn)狀和平臺(tái)案例分析3個(gè)維度對(duì)2010—2023年的相關(guān)研究進(jìn)行分析，提出存在問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)發(fā)展提出建議。

建筑行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著重要的支柱地位，對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著不可替代的作用。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展步入新常態(tài)，建筑行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇也日益突出。在轉(zhuǎn)型升級(jí)的道路上，智能建造成為推動(dòng)建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)力。

智能建造是運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和智能化系統(tǒng)來(lái)提升建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中的效率、質(zhì)量和可持續(xù)性的方法。目前已有研究人員針對(duì)智能建造及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。這些研究為工程領(lǐng)域推動(dòng)智能建造，提供了寶貴的理論依據(jù)。然而，鮮有研究從智能建造數(shù)字化平臺(tái)的視角對(duì)智能建造的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行綜述。為此，我們以智能建造數(shù)字化平臺(tái)為出發(fā)點(diǎn)，全面分析與該領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)研究現(xiàn)狀，并從技術(shù)層面和已有平臺(tái)案例層面對(duì)研究成果進(jìn)行深入剖析，分析目前存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 智能建造數(shù)字化平臺(tái)研究總體特征

為系統(tǒng)、全面地把握國(guó)內(nèi)外對(duì)智能建造數(shù)字化平臺(tái)的研究現(xiàn)狀，分別在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）及Web of Science（WOS）中檢索有關(guān)智能建造數(shù)字化平臺(tái)的論文。2010—2023年關(guān)于智能建造數(shù)字化平臺(tái)相關(guān)文獻(xiàn)每年的發(fā)文數(shù)量如圖1所示，該圖可以直觀地表現(xiàn)出近年來(lái)對(duì)于智能建造數(shù)字化平臺(tái)的研究趨勢(shì)。

圖1 年度發(fā)文量趨勢(shì)

聚焦于智能建造數(shù)字化平臺(tái)的研究熱點(diǎn)，從圖2、圖3國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖中可以發(fā)現(xiàn)智能建造相關(guān)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等是研究的熱點(diǎn)。這些技術(shù)的集成應(yīng)用提高了建筑項(xiàng)目的效率和質(zhì)量。此外，智能建造數(shù)字化平臺(tái)的數(shù)字管理也是研究熱點(diǎn)之一，通過(guò)上述相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)融合與數(shù)字化管控。

圖 2 國(guó)內(nèi)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖

圖 3 國(guó)際關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖

2 智能建造數(shù)字化平臺(tái)相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀

基于上述結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)檢索到的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行篩選，以獲取與平臺(tái)相關(guān)技術(shù)的文獻(xiàn)。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)智能建造數(shù)字化平臺(tái)中主要應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)包括BIM技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等。其中，對(duì)BIM技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究文獻(xiàn)較多，高達(dá)80%以上。

2.1 BIM技術(shù)在平臺(tái)中的應(yīng)用

BIM是建設(shè)項(xiàng)目和設(shè)施的數(shù)字化表達(dá)，這一概念標(biāo)志著建筑領(lǐng)域的革命性技術(shù)進(jìn)步，可視為繼計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)之后的又一重大進(jìn)展。它實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑行業(yè)的范式轉(zhuǎn)變，從簡(jiǎn)單的圖形表達(dá)轉(zhuǎn)向更為綜合的數(shù)據(jù)模型，同時(shí)也從二維的表現(xiàn)方式過(guò)渡到了三維。目前，BIM技術(shù)在智能建造數(shù)字化平臺(tái)中的應(yīng)用取得了巨大的進(jìn)展，正在逐步改變著建筑行業(yè)的面貌。

例如，金季嵐提出了以BIM為紐帶，在構(gòu)建相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上，搭建建設(shè)信息資產(chǎn)管理平臺(tái)（圖4），對(duì)建設(shè)項(xiàng)目全過(guò)程的信息進(jìn)行采集、流轉(zhuǎn)、沉淀，通過(guò)建立BIM模型關(guān)聯(lián)機(jī)制，將模型與設(shè)計(jì)資料、內(nèi)業(yè)資料、清單文件、施工進(jìn)度等信息關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的可視化定位及動(dòng)態(tài)、在線化管理。

圖4 融合BIM的建設(shè)信息資產(chǎn)管理平臺(tái)架構(gòu)

包勝等開(kāi)發(fā)了一款基于云技術(shù)的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)（圖5），該平臺(tái)引入了創(chuàng)新的核心理念，旨在將工程建設(shè)所需的大量設(shè)計(jì)資料和信息存儲(chǔ)在云端。

圖5 基于云技術(shù)的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)

由此可見(jiàn)，BIM技術(shù)作為數(shù)字化集成交付的重要基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字化建模、全過(guò)程管理、智能化決策支持和信息化協(xié)同作業(yè)等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目的數(shù)字化集成交付提供了必要的技術(shù)支持和手段。

2.2 云計(jì)算技術(shù)在平臺(tái)中的應(yīng)用

云計(jì)算（cloud computing）是分布式計(jì)算的一種，指的是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無(wú)數(shù)個(gè)小程序，然后通過(guò)多個(gè)服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。基于云計(jì)算技術(shù)，可以使智能建造數(shù)字化平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理計(jì)算能力大幅提升，從而提高現(xiàn)場(chǎng)管理的速度以及擴(kuò)大管理的范圍。在當(dāng)今智能建造的領(lǐng)域探索中，云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用尤為突出，尤其在其與BIM技術(shù)的緊密結(jié)合上呈現(xiàn)出顯著的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

Sacks等提出并闡述了一種新的BIM模式（圖6），稱為“CBIM”。該平臺(tái)利用BIM+云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)。CBIM的目的是促進(jìn)設(shè)計(jì)之間的多方協(xié)作，使目前保持跨領(lǐng)域模型一致性所需的大部分輔助工作自動(dòng)化。

總體而言，云計(jì)算技術(shù)為平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持和基礎(chǔ)設(shè)施，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與共享、計(jì)算資源和處理能力、協(xié)同作業(yè)與遠(yuǎn)程訪問(wèn)、安全性和可靠性等方面，促進(jìn)了建筑行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展。

圖6 “CBIM”平臺(tái)架構(gòu)

2.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)在平臺(tái)中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能建造數(shù)字化平臺(tái)中的應(yīng)用可以極大地提高建筑行業(yè)的效率、安全性和可持續(xù)性。大數(shù)據(jù)分析可用于監(jiān)測(cè)建筑工地的各種參數(shù)，如工人活動(dòng)、設(shè)備性能、材料使用情況等。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，可以預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題，及早采取措施，降低風(fēng)險(xiǎn)，提高工程進(jìn)度；還可幫助智能建造數(shù)字化平臺(tái)優(yōu)化資源分配，包括人力、設(shè)備和材料。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，確保資源最佳利用，減少浪費(fèi)，提高效率；大數(shù)據(jù)技術(shù)有助于了解和管理能源使用情況，減少能源浪費(fèi)，提高建筑能效，對(duì)可持續(xù)建筑和綠色建筑實(shí)踐至關(guān)重要。綜上所述，大數(shù)據(jù)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的數(shù)字化集成交付提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析和應(yīng)用能力，可以幫助建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化管理和優(yōu)化建筑運(yùn)營(yíng)。

3 北京城市副中心智能建造數(shù)字化平臺(tái)案例分析

以北京城市副中心智能建造數(shù)字化平臺(tái)為例，這些技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)，助力政府投資項(xiàng)目的數(shù)字化集成交付與管理。北京城市副中心智能建造數(shù)字化平臺(tái)是通過(guò)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、BIM數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)分析和區(qū)塊鏈等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)級(jí)數(shù)字化平臺(tái)，以期達(dá)成政府投資項(xiàng)目的數(shù)字集成交付與管理。該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)交換與共享、項(xiàng)目管理、協(xié)同設(shè)計(jì)、在線審批和仿真評(píng)審等功能，從而打造一個(gè)功能完備的數(shù)字化應(yīng)用生態(tài)，促進(jìn)技術(shù)、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的跨項(xiàng)目流通共享，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的高效執(zhí)行和管理。

該平臺(tái)具有如下3項(xiàng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。

1）提出適用于我國(guó)政府投資項(xiàng)目的數(shù)字集成交付模式。創(chuàng)新提出引入數(shù)字化技術(shù)的解決思路，通過(guò)與現(xiàn)有政策制度相配套的系統(tǒng)性改進(jìn)，將傳統(tǒng)“鏈?zhǔn)健表?xiàng)目組織方式變?yōu)椤碍h(huán)狀”集成交付，構(gòu)建完整的、適用于我國(guó)政府。

2）研發(fā)產(chǎn)業(yè)級(jí)數(shù)字化平臺(tái)支撐數(shù)字集成交付。提出面向產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化資源供給與配置邏輯，利用信息化技術(shù)手段，研究搭建數(shù)字集成交付產(chǎn)業(yè)級(jí)平臺(tái)，促進(jìn)技術(shù)、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)跨項(xiàng)目流通共享，為政府投資項(xiàng)目中進(jìn)一步應(yīng)用提供支撐。該平臺(tái)的架構(gòu)如圖7所示。

圖7 “智能建造數(shù)字化平臺(tái)”產(chǎn)業(yè)級(jí)架構(gòu)

3）建設(shè)數(shù)字集成交付在政府投資項(xiàng)目中應(yīng)用的示范項(xiàng)目。從審批提效、投資管控、決策支持、變更消除、進(jìn)度優(yōu)化、資源調(diào)度等方面，綜合分析實(shí)現(xiàn)成效，驗(yàn)證該創(chuàng)新模式解決“三超”等問(wèn)題的可行性，平臺(tái)數(shù)字化集成交付流程如圖8所示。

圖8 “數(shù)字化平臺(tái)”數(shù)字集成交付項(xiàng)目實(shí)踐流程

4 存在的問(wèn)題

研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段智能建造數(shù)字化平臺(tái)具有促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)融合、信息高效協(xié)同、保護(hù)數(shù)據(jù)資產(chǎn)安全、企業(yè)降本增效、催生新產(chǎn)業(yè)等優(yōu)勢(shì)，但仍然存在缺陷需要繼續(xù)完善。

1）現(xiàn)階段智能建造數(shù)字化平臺(tái)相關(guān)應(yīng)用局限于項(xiàng)目層面，受技術(shù)條件和個(gè)人能力影響較大，相關(guān)案例研究也多為點(diǎn)狀的“盆景”式應(yīng)用，且研究多分散在不同建設(shè)環(huán)節(jié)，缺乏站在行業(yè)角度，通過(guò)產(chǎn)業(yè)化思維將技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)模整合的產(chǎn)業(yè)級(jí)智能建造數(shù)字化平臺(tái)。

2）智能建造數(shù)字化平臺(tái)研究和開(kāi)發(fā)缺乏普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)。不同的研究團(tuán)隊(duì)和公司使用不同的技術(shù)和方法，標(biāo)準(zhǔn)化的缺乏意味著在不同平臺(tái)之間共享和集成數(shù)據(jù)變得復(fù)雜，限制了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

3）智能建造涵蓋了多項(xiàng)重要技術(shù)，包括BIM、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生等，然而，目前研究的重點(diǎn)主要集中在BIM、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)方面，導(dǎo)致其他相關(guān)技術(shù)的研究相對(duì)較少，這在一定程度上限制了領(lǐng)域的全面發(fā)展，建筑全生命周期應(yīng)用未能得到實(shí)現(xiàn)。

4）數(shù)據(jù)隱私也可能限制數(shù)據(jù)的共享和使用，智能建造數(shù)字化平臺(tái)處理大量敏感數(shù)據(jù)，包括建筑設(shè)計(jì)、計(jì)劃和施工數(shù)據(jù)。確保這些數(shù)據(jù)的安全性和隱私是一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

5）BIM模型作為未來(lái)數(shù)字化集成交付的標(biāo)的物，其本身也是一種數(shù)據(jù)資產(chǎn)。而大多數(shù)平臺(tái)缺少數(shù)據(jù)資產(chǎn)交易功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)資產(chǎn)交易伴隨而來(lái)的就是面臨數(shù)據(jù)資產(chǎn)定價(jià)、質(zhì)量、版權(quán)等問(wèn)題。

5 展望

針對(duì)上述不足，支持項(xiàng)目全生命周期數(shù)字化集成交付的產(chǎn)業(yè)級(jí)智能建造數(shù)字化平臺(tái)可以著重從以下方面取得進(jìn)展。

1）多功能需求。智能建造數(shù)字化平臺(tái)應(yīng)具備協(xié)同工作、應(yīng)用軟件共享、應(yīng)用軟件實(shí)訓(xùn)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)交易、虛擬仿真服務(wù)等功能。

2）標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性提升。未來(lái)的發(fā)展應(yīng)該著眼于建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，以確保各個(gè)智能建造數(shù)字化平臺(tái)之間可以互相操作。這將促進(jìn)更廣泛的數(shù)據(jù)共享和集成，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。

3）多技術(shù)融合。智能建造數(shù)字化平臺(tái)應(yīng)綜合應(yīng)用各種智能建造相關(guān)技術(shù)，以使平臺(tái)適應(yīng)各種領(lǐng)域，并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，促進(jìn)不同領(lǐng)域之間的經(jīng)驗(yàn)交流和技術(shù)共享。

4）數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)。智能建造數(shù)字化平臺(tái)需要更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)機(jī)制，防止數(shù)據(jù)泄露和未經(jīng)授權(quán)訪問(wèn)。

5）數(shù)據(jù)資產(chǎn)交易。智能建造數(shù)字化平臺(tái)需具備數(shù)據(jù)資產(chǎn)交易功能，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的便捷交易，簡(jiǎn)化交易流程，確保交易的合法性。

智能建造數(shù)字化平臺(tái)在推動(dòng)數(shù)字化建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用，對(duì)提高建筑行業(yè)的效率、質(zhì)量和可持續(xù)性至關(guān)重要。政府、行業(yè)從業(yè)者和技術(shù)提供商需要共同努力，以確保數(shù)字化建筑行業(yè)朝著創(chuàng)新、智能化和可持續(xù)的未來(lái)發(fā)展。

本文作者：曾勃、馬智亮、李帥勇、曲寒冰、孟凡銀、趙琉濤

作者簡(jiǎn)介：曾勃，清華大學(xué)土木工程系，北京市通州區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼⒅悄芙ㄔ欤获R智亮（通信作者），清華大學(xué)土木工程系，教授，研究方向?yàn)楣こ绦畔ⅰ⒅悄芙ㄔ臁IM技術(shù)、IPD和數(shù)字化精益建造。

文章來(lái) 源 ： 曾勃, 馬智亮, 李帥勇, 等. 智能建造數(shù)字化平臺(tái)相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 科技導(dǎo)報(bào), 2025, 43(9): 84?92.

內(nèi)容為【科技導(dǎo)報(bào)】公眾號(hào)原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)載
白名單回復(fù)后臺(tái)「轉(zhuǎn)載」

《科技導(dǎo)報(bào)》創(chuàng)刊于1980年，中國(guó)科協(xié)學(xué)術(shù)會(huì)刊，主要刊登科學(xué)前沿和技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域突破性的研究成果、權(quán)威性的科學(xué)評(píng)論、引領(lǐng)性的高端綜述，發(fā)表促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、完善科技管理、優(yōu)化科研環(huán)境、培育科學(xué)文化、促進(jìn)科技創(chuàng)新和科技成果轉(zhuǎn)化的決策咨詢建議。常設(shè)欄目有院士卷首語(yǔ)、科技新聞、科技評(píng)論、專稿專題、綜述、論文、政策建議、科技人文等。

友情鏈接

中國(guó)科協(xié)之聲

中國(guó)科協(xié)官方公眾平臺(tái)。傳播科協(xié)聲音，凝聚價(jià)值共識(shí)，弘揚(yáng)創(chuàng)新文化，展示科協(xié)形象。