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新基建—建筑数字化产业发展新机遇

发布时间:2020-09-17 20:17:24

 

新基建—建筑数字化产业发展新机遇

汪丛军1,2,李国建1,2,邹胜3

1 中亿丰建设集团股份有限公司,2 苏州市产业技术研究院融合基建技术研究所,3 中恒数字建造技术(苏州)有限公司)

 

引言:

20204月,国家发改委首次明确 新基建的范围,主要包括信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施三方面的建设5G、人工智能、物联网、大数据中心等为标志的信息基础设施,将成为整个新基建的技术基础及未来产业、技术革命的前提。融合基础设施是深度应用互联网、大数据、人工智能等技术,支撑传统基础设施转型升级,有望成为国家重点投资的领域,起到拉动国民经济发展,稳定全社会生产就业水平,促进传统基础设施全行业数字化转型,为全社会生产生活提供智能高效的基础设施服务。

  

1 新基建概述

新型基础设施(简称新基建)是以新发展理念为引领,以技术创新为驱动,以信息网络为基础,面向高质量发展需要,提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。

2018年底召开的中央经济工作会议首次提出5G、人工智能、工业互联网等新型基础设施建设的概念和定位,新基建涵盖了5G基站建设、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网,特高压,城际以及城轨交通,涉及了七大领域和相关产业链。

之后的短短两年时间里,中央政府共发布相关政策27项,全国23个省市地方政府共发布政策179项,总体投资规模超过34万亿。可以说,新基建是国家和地方政府政策最关注的领域。[1]

2020420日,国家发改委明确新基建范围,包括信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施[2]

20205月,上海出台《上海市推进新型基础设施建设行动方案(2020-2022),立足于数字产业化、产业数字化、跨界融合化、品牌高端化,坚持新老一体、远近统筹、建用兼顾、政企协同,提出了指导思想、行动目标、4大建设行动25项建设任务、8项保障措施,形成了上海版新基建”“35,初步梳理摸排了这一领域未来三年实施的第一批 48 个重大项目和工程包,预计总投资约 2700 亿元。上海版新基建方案明确了具有上海特色的新基建四大重点领域:以新一代网络基础设施为主的新网络设;以创新基础设施为主的“新设施”建设;以人工智能等一体化融合基础设施为主的“新平台”建设;以智能化终端基础设施为主的“新终端”建设。[3]

 

2 融合基础设施与建筑业数字化转型升级

基础设施(Infrastructure是指为社会生产和居民生活提供公共服务的物质工程设施,是社会赖以生存发展的一般物质条件。不仅包括公路、铁路、机场、通讯、水电煤气、能源等公共设施,即俗称的基础建设,还包括教育、科技、医疗卫生、金融、卫生、体育及文化、防卫防灾安全等社会事业,即社会性基础设施[4]基础设施是建筑业的主要组成部分,占全社会固定资产投资的30%左右,一直是我国经济发展的支柱行业

融合基础设施,简称融合基建,是互联网、大数据、人工智能等信息技术深度应用于传统基础设施融合形成新的基础设施形态,是传统基础设施转型升级的主要方向,除国家发改委提到的智能交通基础设施、智慧能源基础设施外,还涉及其他传统基础设施领域,例如智慧市政设施、智慧公共设施、智慧学校、智慧医院、智慧园区等[56]。可以说,融合基础设施是传统基础设施行业与新一代信息技术深度融合、无限组合形成的交叉产业领域。

 

1 融合基础设施技术与产业全景图

融合基建是基础设施工程的数字化和智能化发展到高级阶段,融合应用而产生的创新产业,与新一代信息技术、工程数字化、智能化工程有密切的关系,是三者融合创新而成的产业。

2 融合基础设施四个发展阶段

 

3 融合基础设施技术分析

新技术催生新基建,推动传统基建的智慧数字化融合升级,为融合基建发展提供了新的机遇。

1)建筑信息模型(BIM)技术

建筑信息模型(BIMBuilding Information Modeling)是利用楼房、路桥、工厂等建筑资产可共享的数字化表达,促进设计、建造和运营流程,为决策提供可靠基础。BIM技术在建筑行业的应用已逐渐步入注重应用价值的深度应用阶段,并呈现出与项目管理、云计算、大数据等先进信息技术集成应用的“BIM+”的特点,正向着多阶段、集成化、多角度、协同化、普及化应用五大方向发展。

 

3 BIM技术

2)城市信息模型(CIM)技术

城市信息模型(CIMCity Information Model)是以城市信息数据为基数,建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体。与传统基于GIS的数字城市相比,CIM将数据颗粒度细化到城市单体建筑物内部的一个机电配件、一扇门,将传统静态的数字城市升级为可感知、动态在线、虚实交互的数字孪生城市,为城市敏捷管理和精细化治理提供了数据基础。

4 CIM技术

3)人工智能技术

人工智能是通过计算机模拟人的思维过程和智能行为,从而使得计算机实现更高层次的应用,具备数据挖掘、机器学习、认知与知识工程、智能计算等应用能力。据预测,机器人技术、人工智能和物联网可以将建筑成本降低多达20%。工程师可以穿上虚拟现实护目镜,并将迷你机器人送入正在建设的建筑物中,跟踪工作进展。此外,AI被用于规划现代建筑中的电气和管道系统的布线、开发工作场所的安全系统等。

5 人工智能及机器人技术

4)物联网(IoT)技术

物联网将无处不在的末端设备和设施通过各种无线或有线通讯网络实现互联互通,从而提供实时在线监测、定位追溯、远程控制、安全防范、远程维保等管理和服务功能,实现高效、节能、安全、环保的“管、控、营”一体化。

5)新一代通导遥技术

5G通信技术:利用5G高速率、低时延、大连接的特性,将智能工厂、智慧出行、智慧医疗、智慧家居、智慧金融等多种应用场景融合。通过NB-IoT等水电气热等无线智能计量表具,实现建筑能耗精准计量分析;通过现场无线智能控制设备,实现建筑暖通空调、给水排水等远程监控和集成管控等,实现工地远程自动化操控、工程机械设备远程操控等,解决工程机械领域人员安全难以保障、企业成本居高不下的难题。

导航定位技术:利用高精度、高可靠定位、导航特点,实现市政管理工程车辆、建筑废弃物运输车辆、混凝土搅拌运输车等车辆监控和调度,实现超高层建筑形变监测、城市轨道交通线路地面沉降监测等应用。利用短报文通信能力,支持城市黑臭水、城市河流移动监测等数据短报文通信;智慧城管、城市交通等指挥调度。

高精度室内定位技术:室内定位系统能实现对人员或物资定位,提供2D/3D实时位置显示、轨迹跟踪与回放、电子围栏、寻呼报警、行为分析、视频联动、智能巡检、电子点名与智能考勤等功能,支持室内导航、物业管理、安全监控、人员管理、地下管廊巡检、室内外导航一体化等应用。

航空航天遥感技术:军//商高分卫星已发射超过20颗,数据获取手段和速度增长超越了以往任何一个时期。遥感大数据具备多传感、多分辨、多时相、多要素“四多”的特点,能够实现大范围区域中桥梁设施等目标要素全自动提取,广泛应用城市规划、设计和管理等环节。

无人机技术:无人机可以搭载可视摄像头、红外探测器、多光谱和高光谱传感器、光探测和测距(LiDAR)、惯性测量单元如陀螺仪和加速度计、以及测量电流、磁场和声压的传感器等,可应用于包括建筑和太阳能电池板检查、保险评估、农业用地监控、电视和媒体、采矿、测绘和测量、资产检查、紧急情况服务、房地产等。

建筑信息模型(BIM)、城市信息模型(CIM)、人工智能、物联网、云计算、大数据、边缘计算、虚拟与增强现实、新一代通讯(5G)、新一代导航(RS/GIS/GPS)、区块链等新一代信息技术,与传统基建工程相组合,将得到融合基建的几十种应用场景,贯穿于基建工程的规划、设计、建造、管理、运维及更新的全生命周期过程,实现基建工程的网络化、数字化、智能化、虚拟化、透明化、可视化和精准化,让城市建设由老基建向新基建转变。

 

4融合基础设施产业分析

融合基建产业的本质目的是通过数字、信息、智能赋能传统的基础设施,让传统基础设施具备更好的性能,给用户提供更加的使用体验。

融合基金产业的主要领域位于基础设施及建筑的数字化与信息化集成,包括数字建筑咨询、软件信息化研发、硬件物联系统集成等。融合基建产业链是横跨硬件与软件、建筑管理与人员管理的复杂综合性领域,产业的上游端包含物联设备、信息基础设施等产品;产业的下游主要是基础设施行业,包括市政、交通、医院、学校、政府、机场等公共建筑,同时还要包含着大量智能化工程,产业的中游主要是以系统集成能力为主。

融合基建产业主要有三个领域组成,第一层设备层技术产品,称为智能硬件,要负责数据的采集和感知;第二层是数据层,主要由软件系统组成,负责数据的存储、管理和分析,以应用的快速开发与管理;第三层是应用,是面向建筑产业链上各个业务需求及业务场景,提供的集成化数据服务。

6 融合基建产业链系统组成

2019年,我国基础设施投资规模超过10万亿[7],按照行业目前万分之三的数字化平均投入水平,融合基建产业规模超过3000亿,未来几年增速将保持在10%以上。相信,随着新一代信息技术的发展普及,其发展速度将远远超过基建投资的平均水平。

 

5发展对策和建议

在国家大力发展“新基建”背景下,我国传统基础建设大范围发展进入转型升级时期,在这个时间节点上发展融合基建产业,既具有技术创新的高度,又具有产业规模的广度,符合当前经济发展和科技发展的趋势,具有非常广阔的发展前景。

1)新基建要与传统基建结合,才能达到稳经济的目的。

融合基础设施产业总体属于建筑数字化产业,是传统建筑业行业中的高新技术领域,深耕于基础设施传统行业,同时又具备新一代信息技术及智能化技术的高端技术研发,只有两者结合才能够发展好相关产品及产业。

20205月召开的国务院常务会提出,各地政府要按照党中央、国务院部署,加快信息网络等新型基础设施建设,以“一业带百业”,在抵抗疫情及国际贸易争端背景下,实现“稳发展”、“稳就业”。

2)立足传统基建需求场景,集成创新。

融合基建产业领域的主要创新方式是集成创新,将传统工程基础设施领域的数字化需求,与人工智能、物联网、大数据等新一代信息技术结合,创造出新技术、新产业、新模式。

融合基建技术从应用场景上来说高达上百种,从技术的角度来说,可分为三层:第一层是数据采集与感知层,具体技术涉及BIM建模、CIM建模、智能感知物联装备,相关装备涉及安全、安防、能源等领域;第二层是数据中台层,主要是BIMCIMIoT等数据的存储、分析、展现及应用开发支持,偏系统软件层;第三层是应用技术集成层,根据基础设施各阶段的管理需求,定制业务管理系统,称为智慧应用系统。


7 融合基建共性技术

融合基建涉及的技术门类很多,但具有共同的三层技术架构层,通过技术组合与集成,具有三个主要共性技术方向,分别是BIM-CIM数据中台技术、设施安全领域智能物联装备技术、数字孪生建筑智慧运维技术等,这些技术方向是建筑数字化产业发展的必要技术支撑。

3)注重数据在工程全生命周期的应用,将产业领域由建造阶段延伸至后期运维服务。

融合基础设施产业技术主要服务的对象是工程基础设施项目、园区及城市,覆盖规划设计、施工与运维全生命周期过程。


图8 融合基建产业全景图

融合基建涉及到大量的应用场景,产品覆盖工程基础设施的规划、设计、建造和运维全生命周期,工程设施全生命周期过程当中的建设方和运维方由不同的企业担任相关角色,从而构成大量碎片化的运营需求,比如设计方对于协同设计、虚拟仿真软件的需求,施工方对于智慧工地、数字化项目管理的需求,业主方对于智慧建筑、智慧园区等各类综合运营管理的需求,政府方对于规划、绿色节能、安全监控等各类需求,以及产业链上各类型的机电、结构、暖通等公司对于一些向领域数字化应用的需求,需要从不同的客户角度出发,提供针对性的、来自产业链上下游生态供应厂商的产品与服务。

4)产品与服务方式,将以“产品+服务”的组合解决方案为主。

融合基础设施产业主要服务方式是“产品+服务”,即以软硬件产品及系统集成服务、数字咨询服务等组合成完整的解决方案,为工程基础设施提供数字化服务。

基于众多的应用场景和需求,结合融合基建领域相关的新技术,产业化项目机会众多,包括建筑数据中台、数字孪生建筑智慧运维、城市基础设施安全智能装备、绿色建筑数字化管理、数字孪生园区、智能建筑网关、智慧工地、城市安全与能源仿真、BIM-CIM数据引擎、建造机器人等,行业单位及团队可以根据自身的技术基础,选择合适的方向,为市场提供各类产品及解决方案服务,推动融合基建产业全面发展,从而实现建筑数字产业全面升级。

 

参考文献

[1] 刘畅,王蒲生.“十四五”时期新兴产业发展:问题、趋势及政策建议[J].经济纵横,2020(07):77-83.

[2] 秦玲.国家发改委明确“新基建”主要包括三方面[J].中国设备工程,2020(09):2.

[3] 上海:《上海市推进新型基础设施建设行动方案(20202022)》发布[J].城市规划通讯,2020(10):10.

[4] Definition of infrastructure | Dictionary.com. www.dictionary.com. [2020-06-13] (英语).

[5] 赵丽.如何加快传统基础设施向“新基建”融合基础设施转变[J].互联网天地,2020(06):24-27.

[6] 丁烈云. 智能建造推动建筑产业变革[N]. 中国建设报,2019-06-07(008).

[7] 清华大学中国经济思想与实践研究院(ACCEPT)宏观预测课题组,李稻葵.中国宏观经济形势分析与前瞻[J].改革,2020(01):5-29.

 

作者简介

汪丛军,博士,198010月出生,1998-2007年同济大学本科至博士毕业,目前担任中亿丰建设集团数字建造研究院院长,中恒数字建造(苏州)有限公司首席技术官CTO,苏州市产业技术研究院融合基建研究所常务副所长;曾担任中国建筑学会结构分会计算机专委会委员,上海市BIM应用推广委员会专家,上海市土木学会学会计算机专委会委员。

 

荐稿人李嘉军

审稿人:施骞