佳文推荐(26)：智能建造全景图：4S框架、六大战略与未来三条主线
发布时间：2025-11-14 09:28
摘要
这是一篇面向“智能建造”全景的综述。文章用“计量+信息”双路径梳理研究版图：一方面做文献计量来刻画规模、热点与地理分布；另一方面做信息分析来抽取实施路径、关键技术与应用主题。作者把智能建造的发展凝练成六大战略——标准化、数字化、智能化、协同化、绿色化、定制化；并给出与之呼应的 “4S”关键技术框架：Smart sensing & devices、Signal transmission & communications、Software with computational intelligence、System integration for decision-making。在应用层面，主题覆盖设计-施工-运维全生命周期直至城市尺度；在挑战上，明确了三条未来主线：面向工程的数字孪生云平台、人-机-环境交互、以及在“双碳”目标下的高可持续性。一句话总结：这篇综述既是“地图”，也是“路线图”。
图 1 智能施工的思维导图
引言
建筑业是全球最不数字化的行业之一，叠加劳动力短缺，必然带来工期、成本、质量与决策等一揽子问题。为补技术鸿沟，行业正引入BIM、AI、IoT、机器人等，以转向自动化与数据驱动。文中给出一个可操作的定义：智能建造是软硬件+传感网络+云平台+计算单元的系统组合，强调自感知、学习、分析、决策与执行，同时兼顾以人为本、韧性与可持续。作者也点破已有综述的不足：视角偏窄（聚焦某一技法）、过度强调AI本身（忽略新兴信息技术的协同）、以及理论与体系化建设滞后，于是提出四个明确问题：现状、实施路径、热门主题、挑战与方向。这一逻辑为后文的“计量—技术—应用—未来”四段式结构埋下了钩子。
方法论与“实验”（Methodology & Experiments）
首先进行了数据集构建。作者从WOS、Scopus、IEEE三库检索，限定1998–2022年的英文期刊论文（Article），用“AI/数字化×建造/土建”两类关键词布尔组合；去重与人工筛查后，保留8924篇，作为“母样本”。这一步尽量兼顾覆盖度与质量控制，为后续统计与可视化打地基。
图 2 年度发表的相关论文数量
接着是计量画像。年度发文呈三阶段跃升，2015年后进入爆发期；关键词共现网络聚成八大簇（如“机器/深度学习”“AI&数据分析”“区块链&BIM”“IoT&传感网络”“云计算&安全”“智慧建筑/家庭”“智慧城市&大数据”等），而Smart City与IoT是出现频率最高的两个词，紧随其后的是Machine/Deep Learning——这从侧面说明“城市—建筑—工地—设备”的全链路数字化已成为主战场。国家/地区分布上，中国、美国、英国、西班牙、韩国位列前五，中国以29.82%样本占比居首，与政策推动与人才/技术供给有关。
图 3 关键词共现网络
然后是实施路径的双视角。理论视角落实到“六大战略”，讲清从“造法”到“做法”的跃迁：标准化带来过程与构件可复制，数字化实现信息实时与平台化，智能化把计算力与算法引入决策，协同化重塑人—机—物—环的耦合，绿色化把能耗/排放纳入优化目标，定制化以生成式/参数化设计驱动个性化供给。技术视角则是“4S”：前端感知、网络传输、中枢软件智能、系统级集成闭环，并辅以优缺点清单（如传感器部署与可靠性、5G/物联的极端环境传输、机器/深度/强化学习的可解释性与算力成本、以及系统集成的全生命周期打通难点）。
最后是应用谱系的“六主题”，把八个技术簇落到工程场景：数字化设计与自动化（BIM协同、拓扑优化、生成式设计，既加速出图也校核合规）；装配式与模块化建造（新材料与供应链协同、精确装配与三维点云质检并进）；智慧工地的安全与自动化（IoT/CV/MR/机器人组成的“感-传-析-控”闭环，人员行为与设备风险的联动预警）；智慧运维（从结构健康监测到区块链×BIM/IoT的可信数据与合约机制）；智慧建筑（BEMS、深度/强化学习的能耗—舒适双优化，扩展到智慧医院/园区/工厂等复合业态）；智慧城市（以数字孪生为核心，打通感知—传输—数据管理—应用四层架构，面向交通、物流、社区、医疗等多域联动）。这些主题共同构成“点—线—面—体”的落地逻辑：从构件与设备，到建筑与工地，再到园区与城市。
图 10 预制和模块化建造案例
结论
计量“实验”的几个硬结论其实很直白：研究规模爆发、热点高度聚焦、场景迅速外溢。爆发意味着方法论与工具链已成熟可用；热点集中在IoT×AI×BIM的交汇带，说明行业共识在形成；而从建筑内走向城市级，代表系统集成的价值正在被放大。更重要的是，作者从数据里“抠”出三条未来主线：其一，用数字孪生+云把碎片化工具纳入统一工程平台；其二，让人-机-环境形成闭环交互而非单向算法；其三，在碳达峰/碳中和约束下，推动清洁能源、可再生/可回收材料、近零能耗建筑协同演进。
图 14 人机环境交互的实现过程
图 15 实现碳达峰和碳中和的支持措施