随着社会进步和科技发展，建筑物逐渐呈现大型化、功能复杂化、造型和建筑技术多样化的特点，超高层和超大跨度建筑成为代表建筑科学技术发展水平的重要标志之一，而传统的建造方式和管理模式已不能满足复杂结构的要求。

　　 智慧建造作为一个新兴概念最初由杨宝明提出 ^[1]，即保证整个建造过程高效利用各项资源，实现低碳节能与利用先进的信息技术手段实现整个建造过程的智慧化。对建筑工程实行智慧化管理，推动新兴信息技术与建筑业的融合是国家政策明确提出的要求 ^[2,3]。2015年发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》指出，到2020年末实现BIM(building information modeling)与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用，推动智慧建造各项技术的快速发展。2016年发布的《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》旨在推动信息技术与建筑业发展深度融合，指出着力增强BIM、大数据、智能化、移动互联网、云计算、物联网等信息技术集成应用能力，建筑业数字化、智能化取得突破性进展。住建部发布的《建筑业发展“十三五”规划》指出需大力推广智能建筑，推广普及智能化应用 ^[4]。

　　 智慧建造以BIM、物联网、移动互联网、云计算、大数据5大关键技术手段为支撑，以深化设计与优化、工厂化加工、精密测控自动化安装、动态监测、信息化管理为5大应用场景，实现建造过程的高度信息化、协作化与管理精细化 ^[5]。自智慧建造的概念被提出后，许多企业、研究机构与学者对其进行摸索尝试与应用研究，提高建造过程的信息利用率。在此之前，已有学者从BIM、物联网、移动互联网、云计算、大数据5大关键技术集成的角度探讨智慧建造的应用与发展情况 ^[6]，但是很少有学者从实际建造过程的关键应用角度阐述智慧建造的研究现状。因此，本文总结智慧建造的内涵，基于文献调研分析智慧建造关键技术热度与趋势，结合智慧建造5大应用场景，提出智慧建造的4大关键应用内容并阐述研究现状，最后讨论面临的问题与今后发展方向。

　　 建造业作为最古老的产业之一，建造方式的发展经历了3个阶段(见图1):(1)传统建造方式技术方法和管理理念过于传统，忽视对资源环境的保护，浪费人力物力，在施工及管理上存在很大缺陷;(2)智能建造方式基于互联网信息化工作平台的管控，按照数字化设计的要求，在既定时空范围内，通过功能互补的机器人完成各种工艺操作;(3)智慧建造方式是智能建造发展的更高级阶段，在智能建造的基础上，赋予机器人随机应变、逻辑思考、处理施工现场各类问题的能力 ^[7]。

　　 由于智慧建造近几年才在我国被提出，且各学者对智慧建造的内涵有不同理解，因此还未对智慧建造形成一个统一定义。不同学者或政府机构对智慧建造的定义为 ^[1,8]:(1)2010年，上海鲁班软件股份有限公司董事长杨宝明认为智慧建造有2层含义，即产业的和谐发展与让行业武装先进的数字神经系统;(2)2012年，智慧工地首席科学家王要武认为智慧建设理论是以BIM、物联网等先进技术为手段，以满足工程项目功能性需求和不同参与方个性化需求为目的，构建项目建造运行的智慧环境，通过技术和管理创新对工程项目全生命期进行改进和管理的一种全新工程项目管理理论;(3)2017年，日本学者提出Smart Construction即智能化施工，通过采集信息、自动分析数据，然后通过算法有针对性地制订工程方案，以辅助甚至无人控制时的工程机械;(4)2017年，英国基础设施和项目管理局认为智慧建造是一种新的现代建造方法，提供从传统建筑业到制造业的转变思路，并支持工厂化生产和装配化建造;(5)2018年，杭州新中大科技股份有限公司总裁韩爱生认为智慧建造4.0即企业级项目管理与数字工地一体融合，企业级项目管理与BIM融合，移动化管理、智能化感知，信息云共享、大数据分析;(6)2018年清华大学教授马智亮认为智慧建造目的是提高建造过程的智能化水平、减少对人的依赖、实现安全建造，并实现性价比更高、质量更优的建筑，手段是充分利用智能技术和相关技术，表现形式是充分利用智能化系统;(7)2019年郑州航空工业管理学院教授杨德钦认为智慧建造以项目信息门户为共享平台，以建造技术、人工智能和数据技术为手段，立足于项目全生命周期，营造项目建造和运维智慧化环境，通过技术创新、信息集成和管理优化，对项目全过程实施有效管理。

　　 本文对智慧建造的概念表述为:结合全生命周期和精益建造理念，利用先进的信息技术和建造技术，对建造全过程进行技术和管理创新，实现建设过程数字化、自动化向集成化、智慧化的变革，进而实现优质、高效、低碳、安全的工程建造模式和管理模式。但是，智慧建造的概念不是一成不变的，随着人工智能、VR、5G、区块链等新兴信息技术的涌现并应用至工程实践，将产生更多智慧创新应用成果，不断丰富智慧建造的内涵 ^[8]。

　　 截至2018年12月，用与智慧建造相关的7个关键词intelligent site,AI,virtual prototype and simulation,construction site layout,intelligent management,VR,real-time control，选择SCI期刊中工程管理领域4本发文量较多的期刊Journal of computing in civil engineering,Computer-aided civil and infrastructure engineering,Automation in construction,Journal of civil Engineering and management进行检索。根据检索到的文献数量统计不同关键词文献所占比重，这在一定程度上反映关键词热度、趋势及智慧建造领域最新的研究方向与进展。

　　 近5年4本期刊不同关键词文献所占比重如图2所示，包含real-time control,construction site layout,intelligent management,virtual prototype and simulation 4个关键词的文献数量最多，而包含AI,VR,intelligent site关键词的文献数量最少，从一定程度上反映智慧建造领域最新的研究方向与进展。

　　 为了解某段时间内不同关键词文献发文量的整体趋势，设计如图3所示的折线图，以2000年为起始年份，统计4种期刊在不同时间段内包含各关键词的文献数量。可将文献分为3类:(1)数量多且发文量呈逐年增长趋势的文献;(2)数量少且发文量呈逐年增长趋势的文献;(3)数量少且发文量没有增长趋势的文献。第1类文献关键词为real-time control,construction site layout,intelligent management;第2类文献关键词为intelligent site,virtual prototype and simulation;第3类文献关键词为AI,VR。

　　 通过以上分析得知研究热度最高的4个关键词为real-time control,construction site layout,intelligent management,virtual prototype and simulation，其中real-time control译为实时控制，在建造过程中以对人员、材料、机械设备等实时定位为基础才能实现实时控制的要求;其他3个关键词分别译为施工现场布局规划、智能化管理、虚拟仿真。由此提出智慧建造领域—施工要素在现场的定位、施工布局优化、信息化管理、动态监测4个关键应用，与研究热度最高的4个关键词相对应。智慧建造的应用离不开BIM、物联网、大数据、云计算、移动互联网等关键技术的支撑，不同技术间相互独立又相互联系，且关键应用往往不依赖于单一技术手段，如图4所示。

　　 对施工现场的管理包括人、机、料、法、环5大要素，其中人员、材料和机械设备是现场移动性很强的部分，因此，在不同的无线网络中快速、准确、稳定获取3种要素位置信息的定位技术已成为当前研究热点。目前常见的定位技术包括蓝牙、射频识别(RFID)、Wi-Fi、Zig Bee、超宽带(UWB)、GPS、视觉定位等，各种定位技术有自身的优势与局限性，如表1所示。

　　 蓝牙、射频识别、Wi-Fi、Zig Bee等定位技术由于信号辐射范围等原因，目前主要用于室内 ^[9,10,11]，而对于范围大、环境恶劣、干扰因素众多且具有危险性的施工现场需寻求更合适的定位技术，以适应不同的定位需要。

　　 1)人员定位贝鲁特美国大学的Khoury等 ^[12]开发并评估3种不同的无基础设施跟踪系统，包括基于惯性的、基于视觉的及基于惯性和视觉融合的跟踪系统，用于跟踪建筑工地移动人员。验证性试验表明基于惯性和视觉融合的跟踪系统，通过低频视觉输出矫正了高频惯性输出，从而确保比前2种方法获得更高的定位精度。

　　 密歇根大学的Yang等 ^[13]利用基于视觉传感器的上下文感知计算技术，开发移动应用程序BIMap，该程序利用物理平面图作为有形用户界面，图纸的各部分被识别为自然标记，移动人员可在移动设备的相机视图中指出平面图中的特定位置，从而在三维BIM模型中进行人员定位。

　　 2)材料定位2015—2017年，韩国科学技术高级研究所的Choi等团队致力于预制构件精确定位的研究。通过基于视觉的6-DOF位移估计方法，测量位于构件中相机与平面标记的相对位移，将每个传感器模块的每个数据通过无线技术传输到主计算机，并通过蒙特卡罗定位(MCL)算法有效估计大型建筑构件的总位移 ^[14,15]。

　　 伦敦金士顿大学的Sardroud等团队结合射频识别(RFID)、全球定位系统(GPS)和通用分组无线电系统(GPRS)技术，开发一种强大的便携式数据收集工具，通过定位和跟踪材料生产、运输、施工3阶段，可准确实时获取信息，并支持数据存储、共享和重复使用 ^[16]。

　　 3)机械设备定位美国新泽西州立大学的Gong等 ^[17]利用UWB跟踪系统实现混凝土内部振动器的精确定位，开发可视化程序以实时显示振动力的时空分布，从而为振动器操作人员提供混凝土固结质量的实时反馈，并识别振动缺陷。

　　 国立屏东科技大学的Ko团队 ^[18]开发基于3D-Web-GIS的建筑物体及机械设备RFID定位感知系统，利用模拟退火法稳定搜索过程，梯度下降方法减少误差，以及3D-Web-GIS系统可视化分析对象位置，并通过试验证明提出的方法比其他定位方法更快、更准确稳定。

　　 施工现场布局规划(CSLP)即确定工地中临时设施、仓储区、车间等对象的整体最优位置，以最大限度地减少行走距离和维护现场安全。施工现场布局规划是一个决策过程，该决策过程可分为3阶段:制定方案的设计阶段、对方案的评估和选择阶段及方案实施阶段 ^[19]，如图5所示。

　　 1)制定方案的设计阶段即通过确定不同优化目标(单个或多个)，选择不同信息输入方式(手动或自动)，运用不同优化算法生成最优的施工现场布局规划方案。确定优化目标的常用公式是 ^[20]:

　　 式中:d_ij和f_ij分别代表2个设施i和j间的距离与行程次数;n代表设施总数。

　　 单目标优化的最小化施工成本往往决定施工现场布局 ^[21]。其他典型单目标包括总距离 ^[22,23];场地布置考虑物料搬运、设施安装施工费用及设施间距关系等 ^[24]。多目标优化包括建筑成本外的目标，如安全 ^[25,26]、总势能 ^[27]等。不同研究人员使用的目标函数类型有很大不同。

　　 场地布局规划模型分为静态模型、分阶段模型和动态模型3类 ^[28]，其中，动态模型需输入设施数量、类型、尺寸及每个设施具体停留时间等信息，手动输入效率低下，因此，许多学者研究信息的输入方式，提高效率与实用性。

　　 Tommelein等 ^[29]开发了Move Plan动态布局工具，带有图形用户界面，为活动关系输入、生成优化施工现场布局。Su等 ^[30]开发了基于地理信息系统的建筑工地材料布局评估工具，该工具以资源加载进度为输入，计算建筑工地材料持续时间。

　　 在优化算法的运用上，Ning等 ^[25]改进蚁群优化算法，通过多目标优化模型设计施工场地布局，找到一种权衡布局，既降低成本，又提高安全水平。Adrian等 ^[31]利用试验设计方法确定遗传算法、粒子群算法和蚁群算法3种元启发式算法最优参数，使设施选址约束下的建设成本和交互成本之和最小化。

　　 2)对方案的评估和选择阶段东北财经大学的Ning等 ^[19,32]结合直觉模糊集理论与基于相似度的排序偏好技术，建立直觉模糊多属性决策模型与安全风险评估模型，帮助现场管理者更准确、全面地评估不同场地布局方案。

　　 Razavialavi等 ^[33]提出一种新的场地布局质量评价方法，由功能评估阶段、成本评估阶段和价值评估阶段组成，定性、定量地选择最理想布局。

　　 现代工程项目的科学管理决策建立在准确、及时、全面掌握的工程项目信息中，因此，信息化管理是必然的发展趋势，也是智慧建造过程不可或缺的一部分。但目前建筑施工信息化水平滞后，许多学者也在积极寻求解决方案。

　　 清华大学的张建平团队多年来致力于BIM信息化管理研究，通过建立BIM4D模型，实现对项目施工阶段进度、成本的动态管理和实时监控 ^[34]，并成功应用于钢构桥梁 ^[35]、地铁 ^[36]等项目。近年来，随着新兴信息技术的发展，张建平团队研究BIM与云计算、物联网、大数据等技术的集成应用 ^[37]，推动工程数据的积累，提高工程信息化管理水平。

　　 在理论研究中，周宇光 ^[38]总结当前项目管理模式，探讨项目管理信息化中存在的问题与现实需求，建立一套项目管理信息化实施方案。

　　 李英攀等 ^[39]寻求BIM技术与云计算的有机结合，研究建立基于Cloud-BIM的绿色施工信息化管理框架。

　　 在工程应用中，许多学者从施工过程产生的各种信息出发，实现对项目的风险管理 ^[40]、供应链管理 ^[41]、质量与缺陷管理 ^[42]、工作空间优化 ^[43]等，从而实现项目信息化管理，提高工程质量并辅助管理者决策。

　　 杨红岩等 ^[44]搭建项目管理信息系统并成功应用于天津周大福金融中心项目，实现项目的精细化与信息化管理。

　　 对工程项目4大管理———质量管理、安全管理、进度管理、成本管理进行相应的动态监测，以全局掌控项目发展变化情况。

　　 1)大型体育场馆结构健康监测Teng团队 ^[45,46]开发结构健康监测系统，在施工过程和运营阶段监测结构温度与位移，并成功应用于深圳万科中心和深圳湾体育场，根据监测数据评估结构性能，为相关工程监测提供参考。

　　 2)施工进度监测通过基于几何和外观的推理方法 ^[47]、基于计算机视觉的算法 ^[48]、近距离摄影测量技术 ^[49]等实时监控、更新和控制施工现场的进度状态。部分学者通过实时比较计划状态与现场实际状态监测施工进度 ^[50,51]。

　　 3)安全监测Cheung等 ^[52]利用传感技术采集现场环境中的不安全因素，如粉尘、有毒气体等，将监测结果可视化于BIM模型中进行实时预警，提高施工安全管理效率。

　　 Sakhakarmi等 ^[53]研究脚手架失效案例分类方法，并利用机器学习方法可靠地预测安全状况，实现对复杂脚手架结构的实时监测。

　　 随着智慧建造的提出与在建筑领域应用的不断探索，已有许多学者针对智慧建造的各关键应用做出突破。通过对建筑工地上人员、材料、机械设备及动态复杂的室内建筑环境进行定位，可准确获取各对象的实时位置，实现管理中心对项目宏观上的整体把控管理与微观上的精准控制;施工现场布局优化提高现场布局的合理性和科学性，极大提升施工过程的工作与管理效率，节省成本并提高进度;动态监测是获取施工过程信息的重要途径，管理者通过动态监测及时了解和掌握项目全局变化情况，做出高效决策;项目信息化管理使工程信息资源得到开发和充分利用，使资金、人员、材料等得到合理配置，从而提高项目决策与管理水平。

　　 尽管智慧建造表现出巨大的应用潜力，智慧建造相关技术也发展迅猛，但相关研究总体上仍处于初级阶段，上述研究多是理论架构或小规模试验验证，少见工程的大规模普及应用，总结相关原因如下。

　　 1)基础理论、标准、体系不完善由于智慧建造是一个新兴概念，从智慧建造的概念内涵到应用标准再到框架体系多由个别学者自行建立，在业内还没有形成一套标准化实施流程;另外，也缺少出台相关的针对性标准规范，如基础性标准、技术标准、评价标准等，一定程度上导致了智慧建造发展缓慢。

　　 2)以单点应用为主，缺乏技术的集成化应用尽管新兴信息技术发展迅速，建造技术日渐成熟，但就目前的建造过程来看，多是单一技术的研究应用，缺乏多种技术的相互融合或信息技术与建造技术的集成应用;目前信息化技术往往针对建造过程的某一环节，或参与建造的某一专业，或项目运行周期的某一阶段进行应用，缺乏从单点应用到整体应用的过渡。

　　 3)以局部的系统平台为主，缺乏子系统间的集成目前已出现一些局部化的智慧建造系统平台，如智慧工地平台、安全监控平台、信息化管理平台等，但各系统平台间数据资源得不到及时的沟通传递共享，无法形成完整、可靠的数据集，进而制约工程项目的整体信息化水平。

　　 针对上述问题，展望智慧建造的发展，将包括但不限于以下几点。

　　 1)基础理论和框架体系的突破智慧建造涉及全生命周期理论、项目管理理论、精益建造理论等，需在以上理论的基础上形成针对智慧建造的理论创新，并搭建包含BIM技术、物联网、大数据、云计算、移动互联网相互渗透融合的智慧建造整体框架。虽然随着科技的发展，智慧建造内涵不会一成不变，但相关基础理论和框架体系的突破会为后续研究提供理论依据。

　　 2)新兴信息技术一体化集成应用各新兴信息技术间既相互独立又相互联系，BIM技术是工程建造信息最佳的传递载体，物联网通过感知获得丰富的数据源，大数据分析处理工程建造过程产生的海量数据，云计算提供便捷的访问共享资源池计算模式，移动互联网提供实时交换信息途径。在未来，5G技术、人工智能、区块链等技术也将为智慧建造提供技术支撑。各项技术的交叉融合可真正实现建造过程由数字化、自动化向集成化、智慧化的变革。

　　 3)形成智慧建造一体化系统平台未来将有更多的局部化系统平台涌现出来，从而提高对整个建造过程的覆盖度;各系统平台间通过相关数据接口可实现资源的共享与系统间的集成，进而形成智慧建造一体化系统平台。

　　 智慧建造一词自提出以来，一直受到业界的广泛关注，相关文献发表数量持续增长。本文对业内智慧建造不同的定义进行整理，在此基础上提出笔者对智慧建造内涵的理解;还通过统计工程管理领域4本权威SCI期刊智慧建造相关文献数量，分析智慧建造领域最新的研究方向与进展。本文还考察近百篇有关智慧建造研究的文章，从施工要素在现场的定位、施工现场布局、信息化管理、动态监测4个不同关键应用的角度对文献进行分类与整理，分析当前智慧建造领域的技术突破与实际应用情况，并针对智慧建造发展瓶颈提出相应解决方案。这些研究对提高建造过程中的信息利用率，推动智慧建造各项技术的快速发展具有重要意义。基于以上综述与讨论，可以看出智慧建造仍处于初级阶段，基础理论仍待突破，集成化应用仍有很大发展空间。尽管如此，智慧建造关键技术的快速发展及国家的大力推动必将促进智慧建造的蓬勃发展。