人工智慧＋建造，傳統產業的新未來
作者：Eve Cole
更新時間：2024-11-22 17:48:01
在當今時代，數位技術與傳統產業日益融合，智慧建造將引領建築和基礎設施領域更新升級。智慧建造是指將人工智慧、物聯網和建築資訊模型整合於建築建造過程中，以提高建築專案的安全性、品質和永續性，實現建築專案全流程降本增效。近年來，由於建築工程設計和施工要求愈加複雜，傳統建築業面臨許多挑戰。而智慧化的解決方案，能幫助傳統施工過程實現效率與品質的全方位提升。可以說，採用智慧建造解決方案，不僅是一種選擇，更是一種必要——提高效率、降低成本，促進建築環境的生態和經濟永續發展。 1.智慧建造讓建築更安全、更有效率、更永續智慧建造為建築業注入了新的技術發展動能，也將揭開建築業創新、高效、安全的發展新篇章。智慧建造技術帶動傳統建造業走入更先進的以技術驅動的建造流程，或將徹底改變建築物的設計、建造和維護方式。事實上，建築資訊模型技術在傳統建築領域早有應用，即透過創建虛擬3D模型，建構包含建築物的所有基本訊息，進而改善規劃和設計方案、加強各專案團隊合作、促進更協調和高效的施工過程。物聯網整合技術是透過在建築工地安裝物聯網設備和感測器，進行即時數據收集，以增強預測性維護、減少停機時間、提高整體效率。這項技術也為智慧建造的技術拓展配備了節能、廢棄物管理和施工安全等系統。人工智慧和機器學習的出現，也進一步改變了傳統建築業格局。主要技術包括：自動執行專案任務、對潛在風險進行預測等。無論是自動物料運輸車，還是砌磚機器人，建造機器人都已在智慧建造領域獲得越來越廣泛的使用，降低了傳統建造產業因勞動密集任務而造成的風險。同樣在智慧建造領域廣泛應用的，還有無人機技術。它能隨時對建築工程進度進行即時航拍並擷取影像，監控、辨識施工潛在安全風險。數位孿生技術將智慧建造推向了新高度。透過創建實體建築的數位副本，專案團隊可基於即時監控、場景測試等，為建築運營提供科學決策與數位解決方案。相關技術的快速發展，來自人們對建築永續性的持續探索，特別是在應對全球氣候變遷挑戰的背景下，智慧建造採用綠色技術和永續材料，諸如綠色建築、節能設計、新型建築材料等，都已應用於建築實踐的最前線。總之，智慧建造發展與相關技術的動態融合，為更安全、更有效率和永續的建築實踐鋪平了道路。智慧建造技術創新發展改變了傳統的建造方法，帶來了一系列好處，例如增強安全性、提高建造效率、提升永續性等。在安全方面，智慧建造透過各類感測器和物聯網設備，進行即時風險偵測和大數據分析，最大限度地減少建築工地的事故。例如，智慧穿戴設備可以監控第一線工人的身體狀況，並在緊急情況下發送警報，以確保施工人員的人身安全與施工安全。在效率方面，智慧建造借助建築資訊模型和人工智慧軟體等數位工具，有效縮短了專案時長。資訊模型的數位視覺化功能，可全面提升前期設計效率，避免設計偏差。在維運階段，模型能將建造過程資訊延續到營運階段，為建築全生命週期的資訊化管理提供科學保障。數位孿生技術透過即時數據更新，將虛擬世界和實體世界的狀態與營運統一到數位資訊系統，進而提高虛擬世界的即時資訊回饋效率。在永續性方面，智慧建造透過多種技術創新手段為環境保護作出了重要貢獻。節能設備、綠建築材料和自動化廢棄物管理系統等技術可大幅減少對環境的影響，透過降低能源消耗、減少廢棄物排放和提高資源利用效率等舉措，有效保護自然資源和減少碳足跡。此外，建築3D列印技術、預製建造等創新技術的應用，也有效減少了資源浪費，並提高了材料利用率。在筆者看來，相較傳統建造，智慧建造解決方案的技術優勢明顯，是建築業未來發展轉型的根本動力。 2.智慧建造的應用價值和有效性正在凸顯智慧建造是一個新鮮事物，成功案例雖不多，但是每個案例都具備一定典型性。透過進行個案研究，可以管窺其應用價值和有效性。邊緣（Edge）：位於荷蘭阿姆斯特丹的“邊緣”，是世界上可持續性建築的成功案例之一，獲得了世界著名的綠色建築評估方法認證——英國建築研究院環境評估方法為其打出98.4%的高分評價。這主要來自於該建築的全週期整合化智慧技術的加持。 「邊緣」設置了整體結構的物聯網感測器網絡，可以根據相應數據的回饋對照明、溫度等進行智慧調控，優化能源使用並調整工作空間的能源使用成本。 「邊緣」的另一個核心功能，是開發了針對該建築的智慧型手機應用程式。該應用程式能夠充當用戶的個人助理，將工作空間和工作日程進行資訊共享並提供解決方案。例如，「邊緣」能夠根據上班早高峰情況為使用者規劃最優地下車庫入口位置，並引導停放離工作區域下方最近的停車位。 「邊緣」沒有設置固定的員工辦公區域，而是採用更靈活的方法——該程序會根據員工當天日程安排分配工作空間，可提供坐式辦公桌、站立式辦公桌、獨立工作間、會議室、陽台座位等選項。當員工對工作空間有特別需求時，應用程式會透過物聯網感測器對空間環境進行智慧調整，以達到員工滿意的光線和溫度等。 「邊緣」的永續性建築設計概念使其成為在減少碳足跡方面取得突出成果的環保建築之一。 「邊緣」也倡導一種新的工作方式與理念，即透過使用新型資訊科技來重塑工作性質和工作空間。在提升能源使用效率上，「邊緣」太陽能板產生的電力不僅超過了建築物使用電量，還能將剩餘電量進行反向輸電。這棟建築的示範性超越了低碳環保的基本概念，是智慧建造全生命週期的成功實踐，因此，「邊緣」為智慧建造運維階段的永續性創新，提供了一個成功的實踐案例。垂直森林（Bosco Verticale）：建於義大利米蘭的“垂直森林”，由義大利設計師斯坦法諾·博埃里設計，試圖透過融合全新的建築設計概念與智慧建造技術重新定義城市生活。 「垂直森林」是建築物和植物共生的生態系統，其外牆上有兩萬多種植物，包括樹木、灌木和多年生植物。植物種類選擇及其佈局均為精心規劃，並根據建築物朝向和高度對植物進行合理佈局與空間設置，以創造最佳的小氣候條件。為了維持垂直森林生態系統的可持續性，設計團隊利用建築物的循環水開發了一個複雜的灌溉系統。這種設計有助於緩解城市熱島效應、改善小氣候、節省能源。此外，植被為陽光提供了天然的過濾器，並吸收二氧化碳和可吸入微粒，有助於創造更健康的生活環境。 「垂直森林」的核心在於建造了一個智慧家庭自動化系統，提高了住宅的舒適度和可持續性——可根據居民的特定需求和當前天氣狀況調控照明、溫度和通風等。 「垂直森林」展現了智慧建造在創造永續環境、改善生活品質方面的成效。它不僅僅是一棟建築，更像是一個不斷發展的生態系統，詮釋瞭如何將建築物與各種技術和自然環境融合，並試圖展現未來城市的生活方式。 3.智慧建造仍面臨諸多挑戰與限制需要說明的是，智慧建造雖優點很多，但也存在不少挑戰與限制。一個突出的問題是，智慧建造前期的投資成本較大，這對中小型公司意味著巨大的風險。同時，智慧建造過程中需要引進大量先進的硬體設備和智慧軟體，對員工提出了挑戰。此外，定期的維護成本和軟硬體升級都可能增加原有的投資成本以及維運費用。技術條件也是一個重大挑戰，建築運營數位化發展在很大程度上依賴於完善的網路基礎設施建設。任何非系統性故障或網路安全漏洞都可能導致重大損失。因此，確保系統的持續運作、資料完整性及系統安全性成為頗具挑戰的工作之一。智慧建造技術依賴穩定的網路傳輸，在基礎設施相對落後的地區，這成為一大限制。因此，地區間的發展不平衡限制了智慧建造技術的廣泛應用，限制了其普遍適用性。另一個困難來自傳統建築業內部。建築業是勞動密集產業，不少建築工人會擔心，智慧建造技術的廣泛應用，特別是智慧機器人的使用，會影響其工作。來自建築業內部的排斥會減緩智慧建造技術的進一步推廣，並導致相關延伸技術優化存在滯後性。最後，傳統的監管標準和法律能否適應智慧建造技術，同樣是現實挑戰。智慧建造需要使用無人機和機器人等技術，但現有的監管標準和法規可能無法完全涵蓋這些新技術。在智慧建造推廣過程中，會遇到各種挑戰，但科技不斷向前發展的趨勢不會改變。因此，我們應積極思考如何應對，以適應未來的發展需求。針對不同地區基礎建設的差異，我們可先確定項目優先級，專注發展具有投資潛力的智慧建造項目，為後續項目提供示範和經驗。在軟體和相關技術應用上，建議探索開源軟體和低成本替代方案，以最大限度地降低前期成本。同時，有效控制專案附加成本，可以考慮將智慧建造的非核心專案外包給第三方，從而為全週期專案提供具有成本效益的替代方案。對於來自產業內部的阻力，筆者認為，智慧建造產業雖然對傳統工作者的需求少了，但需要大量具備相關技術技能的高素質複合型人才。因此，首先應該與從業人員進行有效溝通，做好行業發展和變革原因的相關解讀，並提供必要且全面的新技能培訓，讓他們逐漸適應新技術對傳統行業的影響。其次，企業可以透過與大學或產業協會合作進行培訓，解決技能差距和人才短缺問題。此外，鼓勵企業進行內部培訓和繼續教育，以確保有足夠的專業人才來支持建築業順利轉型。另外，相關部門應修訂法律法規，以適應技術發展，特別是完善智慧建造相關數據和資訊保護的法規，確保公共安全並促進技術健康發展。可探索制定針對智慧建造技術的新監管標準，其中包括對無人機、機器人、無人操作設備等新技術的操作規範、安全要求和責任界定。同時，相關政府部門和產業組織應進行深度合作，結合國際經驗和本地實際情況，建立詳盡且切實可行的監管標準。例如，可以製定嚴格的環境評估標準，要求在專案啟動前進行詳細的生態影響評估；還可以設立具體的施工安全規範，如規定建築工地必須配備環保監測設備和施工噪音控制等措施，以確保智能機器人設備在施工過程中符合環保和安全要求。也應建立健全綜合性安全標準及規範，涵蓋技術設計、施工、維護等各環節，以做好技術應用全生命週期的安全保障。總之，智慧建造是建築業轉型的核心方向，將成為未來各類建造工程實現高效且永續發展的關鍵驅動力。在更廣闊的視野下，智慧建造技術的發展能進一步改變城市環境，為真正實現具有包容性、永續性的智慧城市建設奠定基礎。
