智能建造，我们自问几个问题：
基础设施的智能建造是什么意思？通俗地说，就是用智能的方法建造各式各样的基础设施。什么是智能的方法？就是利用人的智慧、技能的方法。随着技术的快速发展，人的智慧、技能、素质也随之提高。实际上，基础设施的智能建造，从很早就开始了，我们过去修建的各种类型的基础设施，经常提到的信息化施工、机械化施工等，都属智能建造的范畴，只不过那时候建造方法的智能化程度很低而已。在信息（数据）处理能力受限的当时，也只能如此。截至目前，我们已经进化到智能化、数字化社会，自然而然地，基础设施的建造，也要逐步进化到智能建造常态化的新时代。
从基础设施的智能建造技术定义来看，挪威把智能建造隧道称为数字化隧道（Digitalisation in tunnelling），而奥地利、比利时、法国、德国、意大利、新西兰、瑞士、西班牙、葡萄牙九国则称为建筑信息模型隧道（BIM in tunnel），日本则使用英文Intelligent Construction（简写为i-Construction） 或建造情报建模和管理（Construction Information Modeling / Management，CIM），尽管叫法不同，但实质是相通的，本书不加区分统称为智能建造。
近年来，世界各国都在鼓励和发展智能建造技术，日本2012 年提出利用三维模型（3D 模型）提高建设生产系统的效率和质量。智能建造不仅能够提高施工现场的生产效率，也能对基础设施的不同需求提供更精细的服务，并创造出新的价值。同时，由于生产效率的提高和劳动环境的改善，进一步提高了施工现场的安全性。
智能建造是一个在基础设施的建设生产全过程（测量、调查、设计、施工、维护管理）中，以三维模型（三维数据）为核心，以利用新技术、新材料、新工法为手段，以达成省人、省力、省时、省钱为终极目标的建设生产管理系统，如图1-1所示。在这个系统中，全过程利用三维模型是基础，其目标如下：
目标一：高质量、高精度的建设生产管理
①三维模型共享数据；②共识决策的迅速化；③通过构筑模型等编制最佳计划；④工期、进度管理的可视化；⑤设计、施工等数据一元化管理；⑥实现建设生产有效率的质量管理；⑦利用完成后的数据实现最佳的维护管理、资产管理。
目标二：高效率的基础设施全生命周期管理
①投资效果可视化（成本管理）的决策迅速化；②设计、施工、维护管理各阶段的数据顺利传递，实现合理的全生命周期；③设计、施工各阶段的效率化；④实现维护管理省力化。
目标三：基础设施价值链的扩大
①实现合理、实时的资产评价、资产管理；②构筑物的资产评价迅速化、省力化；③资产管理最佳化；④构筑物利用数据商品化；⑤与传感器连接扩大构筑物的服务；⑥利用大数据，人工智能（Artificial Intelligence，AI）等创建新产业；⑦与基础设施平台融合实现最佳的风险管理；⑧基础设施数据与构筑物连接；⑨实现城市水平的精准模拟。
智能建造系统基于可视化模型、数据和平台，以及社会资源和项目本身，贯穿了基础设施生命期全过程管理，借此可实现基础设施建设的数据共享、可视化、远程化、精确化和效率化，推动了行业的升级。
在智能建造系统中，首先是构筑智能建造平台。该平台由三维模型加上数据框架和应用框架组成，是工程多个阶段和多个子系统的集成。在模型基础上附加了各种数据，数据是基础。其次在这个平台上技术的多种应用，是一个利用数字化技术，如数据、图像、虚拟技术等解决建设生产中的具体问题。最后，是全过程项目管理和资产管理的综合应用，如数字孪生技术。
图1-2为集成的智能建造平台示例。
图1-2 集成的智能建造平台示例
注：L5G-本地5G；Wi-Fi-无线网络通信技术。
图1-3为施工管理中利用虚拟现实（Virtual Reality，VR）的多点虚拟管理技术进行远程管理的示例。
智能建造的最大特征是以三维模型及三维数据为核心技术，贯穿建设生产管理全过程，图1-4表示了建设生产全过程三维模型的利用。
图1-4 智能建造建设生产全过程三维模型的利用
注：ICT-Information and Communications Technology（信息与通信技术）。
因此，现在的技术与过去以二维图纸为基础的建造系统截然不同，其比较见表1-1。
表1-1 过去的技术与现在的技术的比较
智能建造的第一个特征是充分利用AI、ICT、大数据等数字化技术，通过数字化转型（Digital Transformation，DX）带来的企业变革，实现了新技术的应用，将传统的生产建设系统转变为智能的建造系统。在信息化技术的加持下，智能建造实现了可视化、无人化、远程化、施工模拟、孪生模型管理、全体信息共享等，使得生产建设系统发生了革命性的变革。
智能建造涉及的数字化技术是多种多样的，按工作过程的不同阶段，利用相应的数字化技术，图1-5汇总了智能建造数字化技术概貌。
图1-5 智能建造数字化技术概貌
注：MMS-Mobile Mapping System（移动量测系统）；RPA-Robotic Process Automation（机器人流程自动化）；GNSS-Global Navigation Satellite System（全球导航卫星系统）。
图1-6 智能建造系统的全貌
1.3 三维模型、数字化施工和智能建造
一般来说，智能建造系统的基础是三维模型，按照生产过程的各阶段划分为设计、施工、竣工和维护管理不同水平的三维模型，不同水平模型在各自阶段起到了不同的作用。设计模型是各水平模型的基础，其余水平模型中的内容和信息数据随着建设进程不断追加。如设计模型中的重点数据是地形数据和初步设计数据；施工模型中的重点数据是开工测量数据和施工图设计数据；竣工模型中的重点数据是施工数据（位置、规格、品质、数量）和维护管理设备的数据、现场传感器数据等。
图1-7列举了三维模型在不同阶段下的利用概貌。
智能建造使建造生产系统发生了巨大的变革。
山岭隧道设计具有动态性的特点。理想情况下，三维模型下的设计可全方位、多角度展示所需的设计信息。地质调查智能化提高了设计前期输入的准确性；开挖过程中的实时数据及时反馈回设计，在高效的协作平台上，设计变更变得及时，对危险的地质状况而言，无疑争取了宝贵的时间。
数字化施工在向智能化和虚拟化发展。
智能建造过程中，系统能自动检测运行状态，出现变化时能自动调整其参数，以达到最佳状态和具有自组织力，并充分利用信息化技术，实现构件加工或工程建造过程的智能化。如作业流程中基于人工智能（AI）学习判断技术、智能化的施工机械和机器人、可穿戴智能设备等，借助软件支持以及数据交互、云端交互，与施工环境紧密结合，给施工方式带来很大变革。同时，具有可联网能力的移动终端，通过搭载各种操作系统应用于施工过程，可实现实时查阅图纸、施工方案、三维设计模型、VR 交底、辅助安全管理，使施工管理水平显著提升。就山岭隧道而言，仅AI 学习的智能诊断、远程操作及智能化的安全管理就给生产建造带来了巨大的价值。
虚拟化指采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机的支持下，实现计算机群组协同工作，集成施工活动中的人工、材料、物流、设备等多方面的信息参数，将所有的信息参数转化为计算机数据，并将这些数据信息可视化呈现，使观察者可以更直观地发现并解决施工技术问题。
简单来说，虚拟化技术使建造变成了两次建造，即“虚拟+ 真实”。通过三维信息模型，在施工开始前检查施工项目的设计计划，并分析、模拟和优化施工方法；建立详细的进度计划和构造方法，提前发现问题，解决问题，以获得最佳的设计和构建方案，并通过可视化技术显示复杂的区域。虚拟施工（是指实际建造过程在计算机虚拟世界的高仿真在线，Virtnal Construction，VC）主要目的是评价设计和施工的合理性，解决“这样组织施工是否合理”的问题。其不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟的，因此可为工程施工提供有益的经验。通过虚拟施工技术，业主、设计方和施工方可以在策划、投资、设计和施工之前看到并了解施工的过程及结果，如图1-8所示。
综上，可以看到，虚拟施工可以增加沟通和协作，减少返工；早期规划确保按计划施工；提高施工安全性；提升工程预算准确性；节省资金；简化构筑物的后期运维，提高客户满意度。虚拟施工技术被应用于施工的全过程。
2013 年，德国政府成立了“大型建筑项目改革委员会”，并以“先虚拟建造，再实体建造”的10 点计划作为总方针，极大地促进了数字化施工技术的发展。融合BIM、物联网等的数字化建造技术，目标是建造速度更快（缩短工期），施工效率更高，建造成本更少（降低工程建造和后续维护成本）。
在项目管理方面，数字化技术带来了数字化进度优化、材料采购管理和物流跟踪、工程量统计、项目协同平台、无纸化协同管理平台和施工数据集成管理平台。基于数据共享与协同管理，实现了建造过程的三维可视化管理、进度模拟、智能监测与评估、智能化控制、智能化安全管理等。数字化技术在项目管理中的应用应重视以下四个方面。
在模型编制过程中，通过分阶段确认编制的成果，确保质量。在几何模型外，要特别注意需要加载的信息数据内容。要牢记三维模型的意义在于是集成了数据的几何模型，是一切智能化、虚拟化、协同化，甚至产业化的基础。
各阶段模型确认中包含（但不限于）以下内容：
（1）编制模型的目的和要求是否明确？
（2）模型编制中有关各方权责义务成果交付等的合同条款是否适用？
（3）是否充分确认了设计条件，设计成果符合设计条件的要求？
（4）交付的模型成果定义是否合适（如模型的详细度、数据信息等）？
阶段确认的工作流程见图1-9，数据信息确认的要点可采用表1-2记录。
图1-9 阶段确认的工作流程
表1-2 数据信息的要点
当二维图纸转变为三维模型，这就出现了一个巨大的载体，可以容纳各种建造数据。生产阶段，不同子系统，供相关方共享。生产建设系统就可以不仅仅局限在施工现场，而是扩展到这个模型，出现虚拟设计和建造（VDC）——事前的仿真模拟。先行于过程提前输入和研究的工作，可大幅度提高建造效率（图1-10）。
在智能建造中，因为模型的存在，智能建造的模拟技术、可视化技术等在设计和施工阶段，对方案优化、专业碰撞、钢筋配置核查、辅助工法选择、施工步骤核查等提供了很大的帮助，可防止后期工程中产生规格变更，减少返工，实现提高工程质量和缩短工期的目的。在维护管理阶段，三维模型携带了前期所有相关的数据信息，大大提高了设备设施的日常检查、维修、灾害应对的效率。
多作业并行处理是指在各部门间数据共享基础上的数据处理（图1-11）。智能化技术处理数据的能力远远超过传统的生产建设系统，特别是大数据的同步计算和分析，提供了更多有价值的信息，进而为施工方案提供了更多的可能性，同时减少了对人工的依赖。多作业并行处理提高了生产效率，降低了生产成本，极大地提升了项目管理的确定性。
图1-11 并行处理概貌
智能建造中，设计采购施工一体化的总承包模式（EPC）常用到多作业并行处理。当设计阶段反映了施工承包商的能力和经验，可进一步提高施工质量。当设计阶段反映了维护管理者的经验，维护管理中会对材质和薄弱环节特别关注。同时，设计施工阶段中，积累对维护管理有用的数据，可大大提高维护管理效率。
PDCA 循环（质量管理的四个阶段，即P-计划，D-实施，C-评价，A-改善）始于传统的全面质量管理，逐步发展成为解决问题的一套科学程序。通过PDCA 分析现状，发现问题；分析问题中各种影响因素，识别主因；给出解决措施并执行；检查执行结果是否达到了预定的目标；把成功的经验总结出来，制定相应的标准；把没有解决或新出现的问题转入下一个PDCA 循环去解决。图1-12展示了PDCA 循环概貌。
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