陈光
合肥工业大学建筑工程专业毕业，拥有 20 年建筑设施管理和信息化领域的专业经验，在 FM/BIM 领域的研究颇有造诣。目前主要担任光铭 FMBIM 研究院首席研究员，为企业不动产与设施空间管理、建筑设施管理信息化领域提供专业咨询。任吉林建筑大学客座教授，撰有专著《现代企业空间管理》《FM、BIM 与 BLC》，主持翻译《BIM 的关键力量》；兼任华中科技大学 BIM 研究中心研究员，参加编写《BIM 总论》一书。参与过多项 FM-BIM 软件平台项目的开发实施，拥有中国区唯一的ARCHIBUS 个人资深专家称号，担任 ARCHIBUS 大学中国区负责人。任上海市政府投资项目世博会博物馆 BIM 项目专家组成员、南方航空集团 BIM 集成平台项目的专家组组长。
建筑产业互联网算力的提出
随着我国城市化进程的加快和基础设施的不断完善，建筑业规模与日俱增。据国家统计局数据，近十年来，我国建筑业总产值规模增长一倍以上，在 2021 年达到 29.3 万亿元。由图 1 可以看出，近些年来我国建筑业生产总值与国家生产总值占比略有下降，但仍保持在 25% 以上。同时据阿卡迪全球建筑资产财富总数（Arcadis Global Build Asset WealthIndex）报告分析可以发现，在过去的 30 多年，中国工程建造取得了瞩目成就，早已超过美国成为全球建筑资产规模最大的国家。
我国建筑业经过几十年的高速发展，对于新建建筑的需求已大幅降低，但对于既有建筑的安全运营维护提出了更高的要求。在以往的工程建设中，“重速度、轻质量”的建造模式，加上建筑产品使用周期长、成本高、易受自然环境侵蚀、材料老化以及基于复杂结构荷载下的疲劳效应等特点，都为工程质量埋下了重大安全隐患，稍有不慎，便会带来巨额的人员财产损失。
（建筑业生产总值占比）
现阶段国内外对于工程项目维护和对结构的安全评估相关研究主要集中在隧道、地铁、大跨度桥梁等一系列大型公共基础设施建设上，针对此类项目的结构健康监测研究和实施成本巨大。对于小型工程或住宅类建筑而言，无法对其结构实施有效的安全状态评估和精准监测。其次，中国还存在大量的村民自建房屋，此类房屋没有经过专业性的结构安全设计，是由村民委托施工队或自行组织施工建造而成，用以解决或改善自身的居住需求。在城市化进程中，出于各种因素的考量，部分城市的村民自建房尚未完全拆除，进而演变成了城中村的管理模式。部分自建房被用作经营性房屋出租或出售，更有甚者在没有经过结构验算的情况下擅自加盖楼层，为人民的生命财产安全带来了巨大的安全隐患，如湖南长沙 4 月 29 号自建房倒楼案例。2020 年住房和城乡建设部牵头对全国自建房开展了安全隐患摸底排查工作，目前我国已登记在案的就有 2 亿多户自建房，涉及 50 多万个行政村，部分省份自建房统计结果如表 1 所示。综上所述，现阶段如何把工作重心从工程建设转变到对工程的安全运营维护，以更低的成本做到对每一幢建筑（尤其以无设计图纸、无结构验算标准和无建造年限的自建房为主）的安全状态进行实施评估和精准监测，是亟需深入思考的问题。
（部分地区自建房排查统计数据）
随着我国“新基建”概念的提出以及“十四五”规划的陆续展开，以数字化、智能化为代表的新一代信息技术正在与各行各业产生深度交融，进而服务于“数字强国、网络强国”的战略发展目标。建筑业作为传统行业，需要从第一性原理的角度出发，思考信息技术该如何服务于行业的建造管理模式。尤其在现阶段计算机算力、网络通信速率等不断提升的情况下，如何有效利用计算机算力资源来解决传统建造管理模式下无法或难以解决的问题。基于此，本文从第一性原理的角度出发，探讨数字化发展背景下，如何通过建筑产业互联网算力的精准投入来解决以自建房为代表的大规模小型建筑无法实施有效监管和安全评估的问题。
建筑产业互联网算力相关定义
为了便于讨论建筑结构安全评估中需求的互联网算力，本文需要进行相关的定义。建筑结构的工作实际是涵盖现实作业和虚拟作业两部分。从建筑结构的全生命周期来讨论，现实作业主要表现为施工，虚拟作业则贯穿全生命周期，主要体现在前期规划和设计，而运维阶段将现实作业和虚拟作业结合在一起。现实作业中施工阶段要解决的核心问题包含重力（Gravity）、空间框架（Frame）、面积效用（Utility）；虚拟作业需要处理的核心指标是算力（Computing Power），包含规划、设计算力；运维阶段则需要同时考虑重力和算力之间的关系。
值得说明的是，重力是一个常常被忽略的指标，而对于建筑的面积、高度、造价、荷载、能耗等都通过重量进行线性或者非线性的换算。重力可被认为是第一性原理下的第一性指标。重力和算力，都有传统的定义，本文进一步把它延伸定义成一种面积效用。
1. 面积效用U定义
U=G* F
这里 U 是指房屋的建筑面积效用，狭义上可指能获得收益的建筑面积，广义上指建筑设施能够给人类生活生产带来包括遮风挡雨在内的各类效用；G是指房屋的物理重力，由设计荷载和自重决定，广义上可以扩展到由于重力因素而带来的效应；F是指房屋空间架构，以自建房为例，大都是砖混结构αzh或框架结构αk j，该参数属于自建房的设计参数，鉴于大量的自建房可能没有相关的设计信息存留，该数据可通过相关的统计数据进行分析，广义上可以扩展到能够满足人类生活的空间架构效用，比如空间面积就是由建筑材料的重力在某种空间架构下围合出来的。值得说明的是该公式中 * 并不一定表示乘法，而是某种待论证的数学关系，面积效用是由G和F互相作用而生成的。当考虑的建筑结构变得复杂时，该公式需要进行适当的参数定义和调整。
2. 算力重力比R定义
R=Cp/G
这里R是指算力重力比；G是指算力；G是指房屋的物理重力。算力包含 5 个方面：一是计算速度；二是算法；三是大数据存储能力；四是通讯能力；五是云计算服务能力。在新基建的背景下，分布式算力网络正被构建成为一种全新的网络架构，可以预料到今后，算力Cp 会持续增长，而且可能是呈现指数级增长；而相比之下，全社会的建筑需求开始下降，于是整体的重力G增长缓慢，同时还需要考虑新型轻质材料和构造体系的广泛应用，以及建筑工业化的持续推进，单位面积 / 体积的重力会不断降低，因而算力重力比R会越来越大。
3. 算力重力比指标R的意义
按照上述的定义，重力G可以较为简易地获得，而算力Cp 的指标可以用某个固定周期建筑领域内的计算机硬件计算量总和表示。以云计算厂家为例有标准的公式进行计算，个人电脑算力也可以用时长来换算，工程项目所需的算力可依据工程量来换算。相比计算一幢楼的算力，整个建筑产业的算力较容易统计，因此算力重力比目前比较适用于宏观的产业分析，因而本文推荐R值作为衡量建筑业发展趋势的一个重要指标，旨在分析建筑业算力的发展水平。若需要对单一建筑分析，可根据建立同类建筑的数字化的 benchmarking 模型来进行对标，同时统计算力投入和重力产出计算算力重力比，进而衡量该建筑R 值所处的行业的水平。
4. 面积效用U和算力重力比R之间的关系
房屋空间架构F 中的αzh或αk j参数属于设计参数，可以转化为规划、设计阶段的算力，这样面积效用 U与算力重力比R之间的关系出现。
U=G* F(RLoD）
算力重力比R 的下标LoD 表示重力算力比计算的详细程度（Level of detail）。LoD 原属于计算机图形领域的一个专业术语，后期为了更有效地利用算力资源，获得更好的处理速度，应用于BIM 的工程信息层次分级。本文将 LoD 扩展为重力算力比的计算层次分级。
其中，对于诸如自建房案例的分析，该公式包含以下潜在含义：
（1）面积效用U 最大化：当空间架构F可以通过算力重力比R正确解决重力G问题的时候，由空间投影而成计算面积效用U可以带来收益最大化；本案例中即表现为业主对商户的租金，以及商户对用户的收费。
（2）面积效用U 损失：当空间架构F 未能通过算力重力比R解决重力G问题，可能使得结构出现异常（裂缝、失稳等），出现面积效用U一定程度的损失；本案例中即表现为倒楼之前的裂缝引发业主和商户的担忧，于是去就寻找结构鉴定公司出报告。
（3）面积效用U归零：当空间架构F 完全不能通过算力重力比R解决重力G 问题，出现极端情况楼层坍塌，面积效用U归零。本案中，还由于重力与倒塌后空间架构的存在，导致现场成为相当于地震灾害救援的复杂现场。
长沙自建房倒楼分析
以湖南长沙 4 月 29 号自建房倒楼为例分析，在倒楼之前建筑结构已经出现了裂缝，然而鉴定公司并没有进行实质的算力投入。遗憾的是该自建房从建立之初（0 层到 6 层），前期缺乏对应的算力Cp 投入（指前期设计）取而代之的是自建房的经验做法，从而导致算力重力比R 值的低下但不是零值，但此时空间架构F 可以通过算力重力比R 正确解决重力G问题。但到后期自建房加建（从 6 层变为 8 层）没有进行算力的投入（指加建设计），一方面重力G增加，R值没有实质的改变，一开始空间架构F 勉强可以通过原有的算力重力比R解决重力G问题，但是随着后期建筑裂缝的出现改变了空间框架F，而此刻并没有进行对应的算力重力比R的增加（指鉴定监测算力投入），最终导致当空间架构完全不能通过算力重力比R解决重力G问题，出现极端情况楼层坍塌，面积效用U归零。
综上，提高建筑业互联网的算力重力比指标值至关重要。在一些高算力任务如既有建筑结构安全数据采集、可计算式的存储城市级的结构数据、大规模仿真计算既有建筑的结构安全、房屋剩余寿命分析、房屋事故时快速模拟建立救灾方案，通过提高算力重力比R的值，建筑结构的安全和对应的救援措施可以得到充分的保障，实现对结构安全状态的实施评估和精准监测。（作者单位：彭添，中建二局第二建筑工程有限公司技术中心、光铭 FMBIM 研究院高级研究员；陈光，深圳市建设科技促进中心高级顾问；刘志威，深圳大学土木与交通工程学院）
