实现智能建造的核心要素是“人”（包括企业）。改革总是由一个人或企业的最初构思开始，这就是所谓的智能（智慧），但为实现其构思，还需要许多力量的参与。从构思、规划、调查、设计、施工到维护管理都依靠人，利用规则，通过现场实施来实现，这是建设业的底层逻辑。目前的社会，实现智能建造的工具是多种多样的，如众所周知的AI、IoT、ICT、机器人、传感器、VR、AR、MR（混合现实）、3D 扫描、3D 打印等，都开始普及和应用，所有的工具都需要通过人的使用才能发挥其效果。
反之，进化的技术通过人的使用也会创造出新的技术、新的产业、新的价值，这意味着人的设想能够改变人的认知和活动，成就了所需的技术。新的技术和新的价值又激发了人的智慧和技能，这两者是相互依靠、相互促进的。
这里指的“人”，是指具有知识和技能的人。因此，要想充分发挥智能建造的作用，最重要的是要培育能够积极为实现这个智能建造的创新型的人才。培育人才是实现基础设施智能建造的关键，强化各级人才的培育是当务之急。
智能建造是由企业实施的，没有企业的活力，也就没有智能建造，如何激发企业的活力，与培育人才同等重要，要在制度上和管理上予以重视。
因此，从现场水平到实现智能建造，要运用各式各样的创新技术，使现场指挥者、业主、承包商等有关各方融合在一起，形成一个目标一致的团队，激发隧道产业的活力（竞争力）是非常重要的。
2. 形成有魅力的智能化的建设现场
基础设施的智能建造是一个物理空间和网络空间高度融合的建设生产系统——信息-物理系统（CPS）。建设现场泛指系统中的每一个环节。其中，施工现场是建设现场的主体，智能建造就是利用5G、云服务、各种传感器等媒介，操作、控制施工现场的一切生产活动，见图1-1。智能建造的现场应以适应新时代要求的面貌出现，应立足减少人的移动，构筑能够及时利用数据的技术和赋予现场技术人员新的生产力这三个角度，使现场数据和信息可以实现边采集边处理边利用，让有关业务的实施变得简单且便利，实现良好、有效率的工程过程管理，提高行政管理的水平和智能化程度，能够迅速地应对灾害、及时恢复，最终形成新的现场生产力。现场的智能化包括建设现场网络化、建设数据管理一元化、现场作业可视化、施工管理远程化和信息化施工5个方面。健全、构筑以5G 基站为基础的现场网络系统（图1-2），为实现智能建造提供坚实的环境和可靠的保证。不管是大环境（云服务、5G），还是小环境（企业的活力），目前完全具备了实现建设现场网络化的条件。网络化可以多种形式出现，视现场的具体情况选定，但要注意其数据的共享性。注：MEC-边缘计算；LiDAR-激光雷达；CORE UPE-核心网用户面功能；LAN-局域网；LTE-移动宽带技术。建设数据管理一元化是指基础设施的设计、施工、研究成果、经验等数据信息标准统一、数据质量高、可读性好，数据统一管理，可以最快速度地提供给决策者及有关各方。利用5G 等信息技术构筑三维模型和数据信息共享的环境是非常重要的。数据信息从数据传输、共享走向数据管理的时代，数据技术也从数据收集、处理、利用、废弃、管理向智能和知识化方向进化。目前，建设数据信息存在不同的系统/ 平台进行管理，一元化管理后，数据管理系统集合了项目所有资料进行统一管理。项目相关方均可根据自身权限进行共享、检索和再利用。图1-3 以T-CIM（3D 模型的数据一元化）为例，展示了数据共享系统中的内容、相关方、数据渠道和数据利用。该系统包含了以下功能：工程基本数据管理功能；揭示板功能；日程管理功能；合同协议类编制功能；工作流功能；纸面文件管理功能；工程文件等输出、保管功能；线上电子交付功能；远程临场支持功能；数据、系统协作功能。目前，以VR、AR 为首的数据可视化技术陆续应用。图像、影像设备的精度和解析度显著提高，5G 技术使数据通信环境显著改善，无人机等有关技术的复合利用更拓展了可视化技术的应用，能极大提高作业管理的安全性。可视化技术是实现智能建造的基础技术之一，提高对可视化技术的认识、利用非常重要。可视化的目的，不仅是让你看到洞内的作业状况，更为重要的是，根据看到的情况，指挥下一步如何做？如对隧道数百米内的作业区间的重型机械和临时设备的配置进行管理（图1-4）。今后的建设现场会变成什么样子？这是我们需要思考的问题。从目前的发展趋势看，可能与现代化工厂一样，一个中央控制室或远程指挥、控制隧道内外的全部作业（图1-5）。一个新的建设生产、管理系统正在形成，远程操作和控制已经成为技术发展的主流。随着无人机（UAV）和搭载ICT 的施工机械的开发和普及，特别是无人机技术的利用开发，改变了过去的量测方法和检查方法。ICT 施工机械分为机械制导（MG）和机械控制（MC）两类。其中，机械制导是在施工机械上搭载传感器和全球导航卫星系统（GNSS）等位置量测装置，把机械位置和设计数据提供给操作人员进行开挖操作，施工精度与操作人员的操作技术有关，而机械控制则是机械自身可根据设计数据自动控制，按设计数据完成开挖，提高了开挖的精度。信息化施工不单纯指利用ICT 机械施工，而是在测量、设计、施工、成形管理、检查的各过程中全面利用信息化技术。利用信息化施工实现了“高效、安全、环保”（图1-6）。俗语说得好“没有规矩，不成方圆。”推行智能建造首先要立规矩，这里的规矩指的是平台、系统采用的相关标准（规则）。目前，一些国际组织和国家都在编制有关基础设施智能建造的规则（规范、基准、指南、要领等），来规范基础设施智能建造技术的发展。其中ISO 19650 是一整套关于在基础设施的全生命周期中使用智能建造数据建模进行数据管理的国际标准。德国隧道协会2019 年5 月发布的《隧道工程中地下结构BIM 的数字设计建筑和运用的建议》，旨在推动BIM 在隧道工程中的应用。基于这一建议，隧道BIM 工作组已经开始规范地下工程的建模要求，以便标准化到试点项目。该标准解释了对模型结构的基本理解，并为典型隧道对象和相关对象信息提供统一的描述，提出了一种对象编码的基本结构，用于对项目中的单个对象进行明确的识别。以德国为主的BIM 联盟先后发布了《掘进机（TBM）隧道4.0》（2016）、《BIM 隧道及地下结构的数字化设计》（2019）、《建造和运用》（2019）等标准及指南。挪威是最早以模型为基础进行地下空间建设的国家之一。挪威数字化隧道的关键是施工驱动、隧道和软件开发人员之间的密切合作，以及来自客户和承包商的项目管理。挪威隧道工程的数字化产业研究开发已经进行多年，挪威隧道协会（NFF）在其中发挥了积极的推动作用。2018 年，NFF 发起成立了数字化隧道工作组（DigiTUN），其主要目的是收集经验、制定共同实践规划，研究与隧道工业数字化有关的项目。DigiTUN 工作组的第一个项目是编制出版了《挪威隧道的数字化》，本书从实用角度出发，分享了挪威隧道数字化中获得的知识。全书分为三个部分：第一部分回顾了基于模型的最重要的学科，涉及工程和构建阶段；第二部分介绍了三大隧道业主和承包商的现状和未来展望；第三部分介绍了挪威地下项目和成功应用的数字处理技术的相关案例。书中提及的数字化学科按围岩条件、围岩支护、生产数据、机器操作、防水和防冻、技术设施、环境监测进行划分。日本编制的《智能建造指南》共10 篇，包括桥梁、隧道、大坝等。该指南历经多次修改，公布了适用于建设生产管理系统各阶段的基准、要领（表1-2）。数据平台是利用数据收集、积累、变换、利用数据的基础平台（图1-7）。其中，数据收集是利用各式各样的数据源/ 数据服务器收集数据的过程；积累是把收集的数据保存的过程；变换、利用是进行数据加工的过程。目前，对于数据平台的范围理解不一，有的把实现这些功能的一部分称为平台，也有的是指基础平台上加上数据可视化利用。总之，数据平台以统一的形式进行数据整理，有助于快速决策和业务优化，减少重复工作。数据平台内部构造各式各样，根据需求设计。例如数据按钮式的数据表示、目录检索、进行浏览的接口、根据外部系统要求的自动公开的应用程序接口（API）以及预览和视觉化功能等。智能建造的数据平台是以基础设施数据平台为基础，集成了社会共享数据框架中相关数据，在三维模型上，将项目过程中新的数据集成在数据管理系统中，用以促进数据的流通和利用，见图1-8。图1-10 是日本国土交通部构筑的数据平台示例。该平台将三维地图上三维数据和地层数据三维视觉化，用API 把有关国土的数据和人、物的移动等经济活动的数据以及气象等自然现象的数据导入，集成在国土交通平台上，可用同一接口登录、检索、显示、下载等，实现数据的一元化管理，进而实现复合的解析，用可视化辅助做出决策。山岭隧道的IoT 平台（IoT-Smart-CIP）是用于山岭隧道施工的平台，以提高安全性和生产效率为目的。它集成了容易取得的人、机械、环境的数据，并据此开发出各种自动管理系统，实现开发系统间的数据协作和共享（图1-11）。为培育和利用具有智能建造相关知识和技术的人才，需把智能建造的人才培育作为人力资源开发（Human ResourceDevelopment，HRD）的一环，由各级组织、教育机构等实施，学习未来需要的知识和技能。为此，首先要确立智能建造知识体系和学习目标，见表1-3、表1-4，作为长期性和系统性的工作。培育和选拔人才是智能建造的关键要素，也可能会是最重要的要素。其次要建设用于人才培育的实习基地和现场实践基地，人才的培训在于利用环境的实操，并配以真实环境的研修和实习，如图1-13 所示。本文节选自《矿山法隧道智能建造技术》（关宝树 关向群 编著，人民交通出版社，2024年）。本书更多精彩内容将陆续发布，敬请期待！作者自序丨关向群：陪父亲写书——《矿山法隧道智能建造技术》背后的故事
