基于精益管理理念的數(shù)字工地建設(shè)探析

涂文通

（福建省煙草公司三明市公司）

1 引言

我國的傳統(tǒng)建筑行業(yè)中一直存在著的生產(chǎn)效率低、資源消耗高、資源利用率低、能耗大、對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息工程技術(shù)在各個領(lǐng)域的延伸和應(yīng)用，同時為響應(yīng)國家“十三五”規(guī)劃的對于建筑業(yè)經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀建筑等工程目標(biāo)，打造數(shù)字化工地建設(shè)已經(jīng)成為目前建筑施工領(lǐng)域的新目標(biāo)和要求。建立和完善數(shù)字工地是目前建筑行業(yè)重點(diǎn)研究課題。

2 數(shù)字工地的現(xiàn)狀

2.1 數(shù)字工地概念

“數(shù)字工地”是指數(shù)字化、虛擬的工地。數(shù)字工地通過信息技術(shù)手段將工地施工相關(guān)信息按一定邏輯進(jìn)行重新組織，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對工地動態(tài)變化的信息監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)輕松定位、查詢和分析工地信息。在建筑工程項目的施工現(xiàn)場為每一位從業(yè)的人員配置智能移動設(shè)備，在工程的施工過程中，施工管理人員可以利用移動設(shè)備中的各類施工相關(guān)的APP應(yīng)用，實(shí)時了解工程項目的進(jìn)程，掌握施工現(xiàn)場的基本數(shù)據(jù)和工程資料，采集動態(tài)數(shù)據(jù)，在通過互聯(lián)網(wǎng)云端服務(wù)期將采集的信息在工程內(nèi)共享和傳播。通過這套數(shù)字工地系統(tǒng)，從現(xiàn)場施工人員到上級辦公管理人員都能夠了解和掌握施工場景、進(jìn)度以及施工過程中出現(xiàn)的緊急情況[1]。

2.2 數(shù)字工地類型

現(xiàn)有數(shù)字工地系統(tǒng)類型主要可分為信息收集、質(zhì)量監(jiān)督、信息管理三大類。信息管理類主要是利用現(xiàn)代化技術(shù)手段收集施工現(xiàn)場的圖片、視頻以及文字等資料。比如，某市的通過在建筑工地裝置高清攝像頭將施工過程以實(shí)時直播的形式投射在監(jiān)管人員的顯示終端上，管理人員可以通過視頻信息有效管理施工現(xiàn)場。質(zhì)量監(jiān)督類是指政府相關(guān)的工程質(zhì)量監(jiān)管部門通過聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對轄區(qū)內(nèi)的建設(shè)工程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。信息管理類是指政府相關(guān)管理機(jī)構(gòu)對施工過程中涉及的法律法規(guī)、相關(guān)政策以及突發(fā)情況進(jìn)行宏觀管理的系統(tǒng)。

3 數(shù)字工地建設(shè)的技術(shù)核心及現(xiàn)狀

建筑信息模型技術(shù)（BIM）是能夠?qū)崿F(xiàn)建筑信息的集成的技術(shù)手段，從建筑的設(shè)計、施工、運(yùn)行直至建筑全壽命周期的終結(jié)，各種信息匯總在信息數(shù)據(jù)庫中。設(shè)計團(tuán)隊、施工單位、設(shè)施運(yùn)營部門等各方人員可以基于BIM平臺進(jìn)行協(xié)同工作，有效提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本、以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前我國建筑業(yè)中已有多種信息化技術(shù)在工程建設(shè)中應(yīng)用，如射頻識別（RFID）、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等，但缺少BIM技術(shù)的利用。

4 基于BIM技術(shù)的數(shù)字工地管理和建設(shè)

4.1 數(shù)字化工地架構(gòu)及功能概述

數(shù)字化工地架構(gòu)一般包括數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字化管片管理系統(tǒng)以及數(shù)字化物資管理系統(tǒng)。其中監(jiān)控系統(tǒng)又包括門禁管理、視頻管理和人員定位等子系統(tǒng)。

1）數(shù)字化工地系統(tǒng)運(yùn)行原理

數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)在傳統(tǒng)的門禁、攝像監(jiān)控系統(tǒng)中融入RFID射頻識別技術(shù)，形成數(shù)字化人員定位考勤系統(tǒng)的數(shù)字化工地管理平臺。利用RFID人員定位系統(tǒng)可以實(shí)時掌握施工人員動態(tài)和位置，了解施工項目的安全情況，同時為施工安全提供了追溯可能，有利于施工安全預(yù)警和危險控制[2]。

2）數(shù)字化工地系統(tǒng)運(yùn)行過程

通過數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，在施工現(xiàn)場人員達(dá)到場地時，首先要進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的收集，對進(jìn)場的人員進(jìn)行基本數(shù)據(jù)記錄，包括姓名、戶籍、身份證號碼、聯(lián)系方式、保險情況、身體健康情況以及從業(yè)資格證等。在記錄和整理好人員基本信息后，對施工人員發(fā)放IC信息卡，并將記錄個人信息的芯片植入施工人員的安全頭盔上。

4.2 基于BIM的智慧工地管理體系組成

建筑施工現(xiàn)場的管理包括資源合理利用、結(jié)構(gòu)確定、進(jìn)度控制和工序調(diào)整等各個方面的內(nèi)容。通過建設(shè)數(shù)字工地系統(tǒng)體系可以將工程項目的重點(diǎn)放在核心功能的建設(shè)上，有利于項目工程高效、精準(zhǔn)的推進(jìn)。本文提出的BIM數(shù)字工地的體系架構(gòu)包括三個系統(tǒng)，分別是VR/AR精度施工子系統(tǒng)、Petri—Net動態(tài)施工子系統(tǒng)以及施工進(jìn)度子系統(tǒng)。

1） VR/AR精度施工子系統(tǒng)

開放的VR/AR精度施工子系統(tǒng)具有模擬現(xiàn)場實(shí)景的功能，通過計算機(jī)模擬技術(shù)建立虛擬現(xiàn)場，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場的精準(zhǔn)管理。。VR/AR精度施工子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)信息實(shí)時、高效、精準(zhǔn)的采集和反饋[3]。

2） Petri—Net動態(tài)施工子系統(tǒng)

Petri—Net動態(tài)施工子系統(tǒng)是在Petri數(shù)據(jù)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，借助數(shù)據(jù)豐富Petri數(shù)據(jù)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程動態(tài)管理。在主體工程中將某一工序過程設(shè)為Petri數(shù)據(jù)網(wǎng)中的有限位置集P，將變化率設(shè)置為變遷P，再根據(jù)具體情況將施工人數(shù)、施工時間等參數(shù)設(shè)定為變量。

3）施工進(jìn)度子系統(tǒng)

施工進(jìn)度子系統(tǒng)能夠利用BIM模型和建筑實(shí)體的數(shù)據(jù)信息修復(fù)不同環(huán)境條件下信息的隔離，實(shí)時管理工程進(jìn)度，反映工程動態(tài)信息。該子系統(tǒng)的設(shè)計基于高細(xì)節(jié)層次的BIM模型，分為感知層、傳輸層、應(yīng)用層及控制層。感知層主要運(yùn)用GIS技術(shù)，RFID射頻技術(shù)和GPS技術(shù)對施工現(xiàn)場進(jìn)行信息采集。傳輸層主要利用智能終端，借助互聯(lián)網(wǎng)和云計算平臺，實(shí)現(xiàn)施工信息的傳遞、共享和存儲。應(yīng)用層以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)為核心，搭建信息雙向流動通道。控制層一般基于工序進(jìn)程，操作人員在理解前三個層面的基礎(chǔ)上，針對數(shù)字工地上的安全風(fēng)險、進(jìn)度推進(jìn)進(jìn)行綜合管理。

BIM通過立體化建模能夠精確計算施工項目的進(jìn)程以及控制成本計算，在BIM平臺上通過整合相關(guān)資源信息可以合理安排工程資源?；贐IM平臺能夠?qū)崿F(xiàn)對施工現(xiàn)場環(huán)境智能化監(jiān)控，工程相關(guān)信息會全面地存儲在信息平臺中，從而實(shí)現(xiàn)對工地的實(shí)時監(jiān)控，有效杜絕安全事故的發(fā)生。

4.3 基于BIM技術(shù)的設(shè)計優(yōu)化模式

1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化

結(jié)構(gòu)優(yōu)化是保證建筑結(jié)構(gòu)安全性的必要條件。通過對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以使得建筑的受力結(jié)構(gòu)、材料選擇以及布局更加合理。目前主要采用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化法是以單一指標(biāo)為變量，經(jīng)過系統(tǒng)分析后得出不同結(jié)構(gòu)下的其他值的變量，通過比較找到最優(yōu)優(yōu)化方案。

2）能耗優(yōu)化

隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，建筑能耗控制具有重要意義。應(yīng)在建筑建設(shè)階段通過選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)，確定合適的能耗材料來提高建筑資源利用率。能耗優(yōu)化設(shè)計可以縮減建筑工程項目的成本，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.4 BIM技術(shù)在智慧工地建設(shè)中的應(yīng)用障礙及對策

在數(shù)字工地的建設(shè)過程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用是需要首要考慮的問題。BIM技術(shù)是數(shù)字工地建設(shè)的核心，是數(shù)字工地建設(shè)的必要前提。想要將BIM技術(shù)的最大化發(fā)揮出來就需要結(jié)合其他工程領(lǐng)域新技術(shù)。但從目前施工項目情況分析來看，BIM技術(shù)的應(yīng)用尚不成熟。

從技術(shù)角度分析，數(shù)字工地建設(shè)不但需要BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，更需要與其他現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)融合，因而需要加快BIM技術(shù)的二次開發(fā)和研究，重點(diǎn)培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人才。從宏觀管理角度考慮，工程項目的施工現(xiàn)場BIM技術(shù)開展情況不盡相同，部分主體對于BIM技術(shù)的重視程度不高。各方主體又是數(shù)字工地整體建設(shè)過程中不能夠缺少的環(huán)節(jié)，因而需要加快制定和完善相關(guān)制度和政策，提高BIM技術(shù)的宣傳力度，對各部分主體加以規(guī)范和鼓勵，推動BIM技術(shù)的順利開展。

5 結(jié)語

結(jié)合了先進(jìn)技術(shù)的BIM理念技術(shù)以問題為導(dǎo)向，將傳統(tǒng)建筑施工中的遇到問題、解決問題轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的主動發(fā)現(xiàn)/預(yù)防問題、解決問題，為數(shù)字工地建設(shè)提供了強(qiáng)大動力。在數(shù)字工地平臺的支持下，施工項目的相關(guān)管理人員和一線工作人員可以輕松實(shí)現(xiàn)同時對不同工地、多個現(xiàn)場的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，在一定程度上也直接推動了工業(yè)建筑施工技術(shù)的發(fā)展，推動了建筑行業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)前行。