政研觀察 | 從全球工程前沿看土建工程未來發展方向和趨勢

2024-04-11

習近平總書記指出,加快實現高水平科技自立自強,是推動高質量發展的必由之路。工程科技是改變世界的重要力量,工程前沿代表工程科技未來創新發展的重要方向。爲研判工程科技前沿發展趨勢,敏銳抓住科技革命新方向,中國工程院等聯合發布了《全球工程前沿2023》報告。報告凝練獲得187項全球工程前沿,研判重點工程前沿未來5~10年的發展方向和趨勢。根據前沿所處的創新階段,工程前沿分爲側重理論探索的工程研究前沿和側重實踐應用的工程開發前沿。其中,土木、水利與建築工程領域有10項研究前沿和10項開發前沿上榜,涉及結構工程、建築學、地質工程、交通工程、市政工程、水利工程、城鄉規劃與風景園林、測繪工程、土木建築材料、岩土及地下工程等學科方向。報告聚焦工程科技中具有前瞻性、先導性和探索性的主要研究和技術方向,對土建工程未來發展有重要影響和指導作用。

人工智能引領,提供新動能。人工智能正帶來範圍更廣、層次更深的變革。一方面,人工智能持續演進,成爲前沿性首要技術。例如,工程研究前沿Top1,“基于人工智能的結構損傷識别及性能預測”,旨在利用人工智能方法,從大量多源多模态數據中提取複雜的損傷特征模式,析出結構性能表征的關鍵參數,并基于實時數據的自我學習和強化機制,實現對結構損傷的準确識别及性能預測;工程開發前沿Top1,“排水管道漏損智能探測與修複技術”,旨在通過數字底座技術、智能探測技術、智慧評估技術、高效修複技術,實現排水管道的結構性缺陷識别和修複。另一方面,“人工智能+”行動開啓,廣泛提升應用價值。人工智能與工程技術加速融合,強有力地推動了基礎理論創新和産業化應用,正加快現實生産力提升。2024年政府工作報告提出,深化大數據、人工智能等研發應用,開展“人工智能+”行動。“人工智能+”首次寫進政府工作報告。人工智能在土建工程領域的廣泛應用将開啓新篇章。

交叉融合創新,發展新模式。當前,全球科技創新進入空前密集活躍的時期,跨界融合、交叉擴散、群體突破的特征日益明顯。一是學科交叉融合持續推進。人工智能、機器人、可再生能源等新技術加速向各領域滲透融合,邁向智能化、無人化、精準化、低碳化,催生全球科技和産業發展新模式。一方面,學科從單項創新到系統集成。通過技術集成、資源優化配置達成整體目标,呈現出顯著的創新特色。另一方面,學科從并行發展到交叉融合。科研領域出現多技術融合、齊頭并進的變革,前沿技術創新釋放聚合效應。二是研究前沿與開發前沿加速融合。如“在役道路、軌道與機場工程”,屬于工程研究前沿與工程開發前沿的共同範疇。傳統的“基礎研究-應用研究-開發試驗”創新鏈條呈現出非線性互動特征,研究前沿和開發前沿的界限不斷打破,研究前沿中有開發任務,開發前沿中有科學問題與理論研究,兩者呈融合發展趨勢。

現實應用驅動,拓展新格局。應用前沿深入發展,以應用場景爲驅動,以解決複雜問題爲導向。一是從技術研發到場景應用。如“城市曆史文化資源保護與利用的數字化技術體系”,将最新的智能化數字技術導入傳統的曆史文化資源保護與利用領域,提高資源保護工作的體系化、拓展曆史文化資源利用的廣度和深度。未來重點發展方向爲多源數據融合、風險監測感知、評估推演預警、空間規劃響應、價值傳播利用和規劃技術集成。二是多目标協同、多維度兼顧解決複雜問題。如“巨型地質災害鏈時空分布與智能化評估”,未來主要發展趨勢在于巨型地質災害鏈時空分布模式判别和災變機理明晰,并在此基礎上融合多源數據和智能算法預測地質災害鏈的發展趨勢、評估潛在的風險與影響,同時開發基于智能技術的地質災害鏈實時監測與早期預警系統,構建超大尺度巨型地質災害鏈智能化風險評估和防控決策體系。

以需求爲導向,提升新品質。需求是技術演進的根本動力,工程前沿的發展将更加聚焦滿足人民美好生活的新需要,更加聚焦滿足高質量發展的新需求。首先,工程前沿主要面向構建智能安全結構設施和拓展人類發展空間需求。例如,“基于人工智能的結構損傷識别及性能預測”“結構與工程系統全壽命抗災韌性”等前沿,面向智能安全結構設施;“安全韌性導向的高密度城市人居環境空間優化”“人工智能支持下的大型公共建築空間策劃生成技術”等前沿,面向高質量城市和空間環境。其次,持續在工業化、數字化、綠色化轉型下功夫,努力爲全社會提供高品質産品。例如,“裝配式構件與模塊化結構”等前沿體現了工業化轉型;物聯網、大數據、人工智能等技術的融合體現了數字化升級;“城市更新中的減碳方法與技術”“多源固廢制備負碳建築材料技術”等前沿展現了綠色低碳發展理念。

科技賦能發展,創新決勝未來。土建工程領域的每一個方向,都蘊含着無盡的可能和機遇。工程前沿趨勢的研判,對把握科技發展大勢,降低科技革命的不确定性,推動工程科技的創新發展具有重要意義。新的起點上,要緊緊抓住有利時機、用好有利條件,因地制宜發展新質生産力,加快推動建築業轉型升級和高質量發展。