建筑工程智慧工地的構(gòu)建探討

秦成龍

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

在科技快速發(fā)展的背景下，集成化的管理模式對比傳統(tǒng)管理模式，可以更好的滿足現(xiàn)代化管理的需求。建筑工程智慧工地可以有效解決傳統(tǒng)工地管理模式的不足，它以工地現(xiàn)場應(yīng)用為基礎(chǔ)，在橫向上促成各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的協(xié)同化，在縱向上實(shí)現(xiàn)了不同管理級(jí)與應(yīng)用級(jí)的信息傳遞。建筑工程智慧工地的構(gòu)建可以使得管理者借助各種傳感器以及監(jiān)控設(shè)備對施工現(xiàn)場實(shí)施全方位的管控，進(jìn)而有效管理施工現(xiàn)場的人員、機(jī)具、物料等要素。與此同時(shí)，在信息收集與匯總的基礎(chǔ)上，管理者還可以借助平臺(tái)分析各類數(shù)據(jù)，并針對現(xiàn)有管理的不足有效調(diào)配資源，提高施工效率。

2 建筑工程智慧工地的架構(gòu)體系

可以將建筑工程智慧工地的總體架構(gòu)劃分為應(yīng)用層、支撐層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層以及現(xiàn)場感知層四個(gè)層級(jí)，管理人員可以在現(xiàn)場感知層借助APP應(yīng)用、Web網(wǎng)頁以及現(xiàn)場LED顯示大屏實(shí)時(shí)了解施工相關(guān)數(shù)據(jù)，把握有關(guān)動(dòng)態(tài)。智慧工地的構(gòu)建推動(dòng)了工地的智能化、信息化以及可視化發(fā)展。

3 建筑工程智慧工地的構(gòu)建途徑

在建筑工程智慧工地的構(gòu)建過程中，構(gòu)建集成管理模式是核心所在。所謂集成管理即借助先進(jìn)技術(shù)將工地施工過程中的各種要素相互關(guān)聯(lián)并有機(jī)整合。針對傳統(tǒng)工地中存在的碎片化現(xiàn)象嚴(yán)重、現(xiàn)場監(jiān)管力度不足、物資管理方式陳舊、人材機(jī)等管理不到位等問題，建筑工程智慧工地應(yīng)構(gòu)建統(tǒng)一化管理平臺(tái)，并將第三方應(yīng)用集成于平臺(tái)中以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的拓展，同時(shí)應(yīng)考慮工地管理的功能需求，在平臺(tái)下構(gòu)建智能監(jiān)控系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、機(jī)械管理系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)以及目標(biāo)管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)，并基于集成管理技術(shù)將上述系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

3.1 智慧工地管理平臺(tái)的構(gòu)建

在集成管理模式下，管理人員的核心任務(wù)為將已有資源進(jìn)行一體化整合，并積極尋找各類資源間的動(dòng)態(tài)平衡，在應(yīng)對現(xiàn)場變化的同時(shí)達(dá)成管理目標(biāo)。一般情況下應(yīng)構(gòu)建智慧工地信息管理平臺(tái)。

1）平臺(tái)集成內(nèi)容

智慧工地管理平臺(tái)可將各類子系統(tǒng)統(tǒng)籌管理，并在平臺(tái)之上構(gòu)建統(tǒng)一的管理界面、數(shù)據(jù)庫以及業(yè)務(wù)流程。智慧工地管理平臺(tái)包含物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)以及BIM技術(shù)平臺(tái)，并可以擴(kuò)展集成傳感器、硬件設(shè)備以及第三方軟件。

2）平臺(tái)業(yè)務(wù)內(nèi)容

在平臺(tái)中系統(tǒng)管理員應(yīng)對不同級(jí)別的用戶設(shè)置不同的權(quán)限，以保證不同管理功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)應(yīng)運(yùn)用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息共享，使得不同級(jí)別的用戶之間可以高效溝通。此外，平臺(tái)的界面設(shè)計(jì)還應(yīng)該滿足施工現(xiàn)場不同階段的施工要求，應(yīng)利用軟件與硬件實(shí)時(shí)記錄施工過程數(shù)據(jù)，再利用云平臺(tái)予以分析和傳輸。

3.2 現(xiàn)場智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建

智慧工地系統(tǒng)從硬件設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)一步基于數(shù)據(jù)實(shí)施對施工現(xiàn)場人員、機(jī)具、物資、環(huán)境等要素的控制。

1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)借助布置于現(xiàn)場的攝像頭將現(xiàn)場實(shí)時(shí)情況進(jìn)行圖像采集、儲(chǔ)存并傳輸，確保管理人員可以全面透徹的認(rèn)知現(xiàn)場。同時(shí)，還可以通過人工智能主動(dòng)分析數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場的安全隱患逐一識(shí)別，進(jìn)一步啟動(dòng)報(bào)警接收以及發(fā)送功能，從而確保施工現(xiàn)場人員與機(jī)具的安全。

2）環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)

在“四節(jié)一環(huán)?！钡氖┕ぴV求下，為有效收集工地的溫濕度、風(fēng)力風(fēng)向、噪音以及粉塵等環(huán)境要素情況，應(yīng)將感應(yīng)器與智慧工地管理平臺(tái)集成，及時(shí)收集上述環(huán)境要素的信息，進(jìn)一步將霧炮機(jī)、報(bào)警器、噴淋等設(shè)備與智慧工地管理平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)現(xiàn)場噪音超標(biāo)時(shí)，報(bào)警器自動(dòng)報(bào)警；當(dāng)PM2.5超標(biāo)時(shí)，霧炮機(jī)及噴淋等設(shè)備自動(dòng)開啟并有效降塵。

3.3 工地人員管理系統(tǒng)的構(gòu)建

工地人員管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將無線通信、數(shù)據(jù)收集、人臉識(shí)別、人員活動(dòng)狀態(tài)檢測等相關(guān)模塊有效集成，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至工地管理平臺(tái)。工地人員管理系統(tǒng)的構(gòu)建途徑如下。

1）實(shí)名制管理

在工人進(jìn)場之前應(yīng)開展人員實(shí)名制信息收集，并將有關(guān)信息輸入系統(tǒng)，其后向工人發(fā)放一卡通以及智能安全帽。通過一卡通，工人可以在現(xiàn)場用餐、洗浴、購物等。同時(shí)，APP應(yīng)用、Web網(wǎng)頁以及現(xiàn)場LED顯示大屏還可以實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場內(nèi)部工人數(shù)量、工人的進(jìn)出場時(shí)間、各工種人數(shù)等。

2）人員培訓(xùn)管理

在工地人員管理系統(tǒng)中還集成了安全教育學(xué)習(xí)平臺(tái)，工人在平臺(tái)上的學(xué)習(xí)主要包含如下兩類：其一，在進(jìn)入工地之前，工人應(yīng)在平臺(tái)上學(xué)習(xí)工地特征、勞動(dòng)紀(jì)律、安全技術(shù)措施以及操作規(guī)程等內(nèi)容，參加入場教育且考核合格后才能正式進(jìn)入工地；其二，進(jìn)入工地的工人需在平臺(tái)上在線學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)更新的內(nèi)容，在日常學(xué)習(xí)中不斷增加知識(shí)儲(chǔ)備、提高職業(yè)操守。

3）監(jiān)控管理

在進(jìn)入工地時(shí)，工人應(yīng)佩戴專屬安全帽，并在人臉識(shí)別技術(shù)的檢測下方可進(jìn)入工地閘機(jī)口；在工人施工作業(yè)時(shí)，管理人員可以借助智能安全帽中植入的智能芯片及時(shí)了解工人所處位置及其活動(dòng)軌跡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。

4）考勤管理

在工地人員管理系統(tǒng)的管理下，工人每進(jìn)出現(xiàn)場一次即打卡一次，因此可以將每個(gè)工人的工作時(shí)間以及進(jìn)出場時(shí)間詳細(xì)記錄，同時(shí)可以利用植入芯片查看每個(gè)工人在施工作業(yè)時(shí)的活動(dòng)軌跡，使得考勤記錄更加科學(xué)、準(zhǔn)確，進(jìn)而防止勞資糾紛的發(fā)生。

5）用工分析

工人的數(shù)量、位置、活動(dòng)軌跡等數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)更新至智慧工地管理平臺(tái)，通過平臺(tái)的進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析，管理者可以統(tǒng)籌性的把握工人的分布狀況以及工作狀態(tài)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，管理者可以借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，掌握施工現(xiàn)場的勞動(dòng)力分布熱點(diǎn)以及用工峰值，進(jìn)一步妥善安排現(xiàn)場不同工種的工人數(shù)量，將生產(chǎn)力最大化提高、將窩工損失最大化減少，在保證施工質(zhì)量、進(jìn)度和安全目標(biāo)的同時(shí)將工地耗用的人力降至最低。

3.4 工程物料管理系統(tǒng)的構(gòu)建

一般來說，工程物料管理系統(tǒng)需與視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成，并在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，實(shí)施對于物料的全面動(dòng)態(tài)管控。

1）物料采購管控

將工程物料管理系統(tǒng)與BIM平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)一步將BIM平臺(tái)中的模型導(dǎo)入工程物料管理系統(tǒng)，系統(tǒng)識(shí)別模型后快速生成準(zhǔn)確的物料需求量清單，克服了人工統(tǒng)計(jì)方式存在的速度慢、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性低等問題。相關(guān)工作人員可以依據(jù)物料需求量清單擬定物料采購計(jì)劃，并依據(jù)計(jì)劃在平臺(tái)上完成線上下單，進(jìn)一步在平臺(tái)上實(shí)時(shí)了解物料的物流狀態(tài)。

2）物料驗(yàn)收管控

在物料驗(yàn)收環(huán)節(jié)，平臺(tái)可以大幅度提高稱重物料的過磅效率，實(shí)現(xiàn)車牌自動(dòng)識(shí)別，并將原始單據(jù)、質(zhì)量證明等關(guān)鍵材料拍照留證；也可以利用移動(dòng)APP實(shí)施對非稱重物料的收料，例如實(shí)施對非稱重物料的采購、調(diào)入、直入直出等。此外，還可以利用移動(dòng)APP快速盤點(diǎn)工地物質(zhì)，克服了傳統(tǒng)手動(dòng)盤點(diǎn)效率低、耗時(shí)長、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差等不足。

3）物料現(xiàn)場管控

將視頻監(jiān)控與工程物料管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)施監(jiān)控物料的存放情況。具體來說，應(yīng)依據(jù)施工現(xiàn)場平面圖存儲(chǔ)物料，在物料存放區(qū)布設(shè)電子標(biāo)識(shí)牌，并依據(jù)存取情況及時(shí)更新電子標(biāo)識(shí)牌。同時(shí)，應(yīng)基于平臺(tái)反饋的物質(zhì)存取數(shù)據(jù)將物料的數(shù)量以及成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算。此外，當(dāng)現(xiàn)場實(shí)施抽檢或突發(fā)異常情況時(shí)，應(yīng)調(diào)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，查看監(jiān)控錄像，進(jìn)而實(shí)施對于物料的全面現(xiàn)場管控。

3.5 機(jī)械設(shè)備管理系統(tǒng)的構(gòu)建

1）機(jī)械設(shè)備監(jiān)控

在工地安全管理范疇中，保證機(jī)械設(shè)備的安全至關(guān)重要，因此，機(jī)械設(shè)備管理系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，利用攝像頭和各類傳感器收集現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用微電子技術(shù)、高精度定位等技術(shù)以及無線通信技術(shù)將現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)更新至智慧工地管理平臺(tái)，機(jī)械設(shè)備操作人員及安全員通過平臺(tái)即可了解機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)工作信息以及運(yùn)轉(zhuǎn)情況，實(shí)現(xiàn)了對于機(jī)械設(shè)備的全過程跟蹤。

2）機(jī)械設(shè)備信息管理

機(jī)械設(shè)備管理系統(tǒng)可以將工地機(jī)械設(shè)備的品種、數(shù)量、型號(hào)、維護(hù)保養(yǎng)情況、運(yùn)轉(zhuǎn)情況、管理及操作人員信息一一統(tǒng)計(jì)并記錄在案，并將上述信息實(shí)時(shí)匯總至智慧工地管理平臺(tái)，確保機(jī)械設(shè)備信息管理的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

3）施工電梯管理

通過在施工電梯植入的人臉識(shí)別模塊有效驗(yàn)證操作人員，避免閑雜人等操作施工電梯；通過在施工電梯內(nèi)設(shè)置的高清顯示屏，方便操作人員及時(shí)了解施工電梯運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并實(shí)時(shí)監(jiān)控施工升降機(jī)；通過在施工電梯內(nèi)植入的警報(bào)器，對于操作人員的違規(guī)操作及時(shí)制止并發(fā)出警報(bào)，確保施工電梯的安全使用。

4）施工塔吊管理

通過在塔吊植入的人臉識(shí)別模塊有效驗(yàn)證操作人員，避免閑雜人等操作塔吊；通過在塔吊上布設(shè)的感應(yīng)器及時(shí)將起重量、起重力矩、起升高度、回轉(zhuǎn)角度、幅度、風(fēng)速、倍率等關(guān)鍵信息予以收集，便于操作人員把握塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。當(dāng)感應(yīng)器識(shí)別到塔吊吊裝重量超標(biāo)或者風(fēng)速過大時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)便于操控人員采取應(yīng)急措施。對于群塔作業(yè)的情況，通過在塔吊吊鉤部位布設(shè)高清攝像頭，確保操作人員了解吊運(yùn)范圍，避免相鄰塔吊大臂發(fā)生碰撞。

3.6 工程目標(biāo)管理系統(tǒng)的構(gòu)建

1）目標(biāo)計(jì)劃管理

通過構(gòu)建BIM模型，將施工耗材、施工時(shí)間以及施工成本等信息集成于BIM模型當(dāng)中。借助BIM軟件模擬施工過程，進(jìn)而確定建筑工程的安全、質(zhì)量、成本、進(jìn)度目標(biāo)，同時(shí)合理布局施工平面并將施工資源優(yōu)化配置，進(jìn)一步擬定科學(xué)的施工計(jì)劃并制定合理的施工方案。

2）計(jì)劃執(zhí)行監(jiān)控

借助視頻監(jiān)控全面把握施工現(xiàn)場的管理及作業(yè)情況，統(tǒng)籌把握四大目標(biāo)，在確保安全的前提下，盡可能的提升質(zhì)量、縮減成本、縮短工期。具體來說，①可以借助人工智能技術(shù)，由平臺(tái)自主分析圖像，將施工現(xiàn)場人的不安全狀態(tài)以及物的不安全狀態(tài)逐一識(shí)別并予以預(yù)警。例如臨邊洞口防護(hù)不足、工人高空作業(yè)安全措施不到位等不安全狀態(tài)。②借助平臺(tái)實(shí)時(shí)對比施工實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度，當(dāng)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度存在過大偏差時(shí)，應(yīng)及時(shí)制定糾偏措施并予以落實(shí)。③有效控制施工過程中的具體操作，借助人工智能技術(shù)，由平臺(tái)自主分析工人作業(yè)圖像，及時(shí)識(shí)別工人的違規(guī)操作并予以反饋。④利用平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控物料的存取情況和工人的作業(yè)情況，有效減少材料浪費(fèi)的情況，并降低窩工現(xiàn)象發(fā)生的概率。

3）目標(biāo)統(tǒng)籌管理

工程目標(biāo)管理系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的支撐下，收集并分析歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)有信息，考慮到建筑工程涉及的內(nèi)容復(fù)雜、工種繁多，因此工程目標(biāo)管理系統(tǒng)應(yīng)注重管理工作的協(xié)調(diào)性，充分考慮施工現(xiàn)場安全、進(jìn)度、質(zhì)量、成本管理四大目標(biāo)存在的對立統(tǒng)一關(guān)系，權(quán)衡其中的利弊。在目標(biāo)管理過程中借助BIM模擬施工、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段，分析各類施工影響要素、不斷尋找四大目標(biāo)之間的平衡點(diǎn)，本著統(tǒng)籌管理的原則落實(shí)對于四大目標(biāo)的動(dòng)態(tài)控制。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國已有部分建筑工程嘗試構(gòu)建智慧工地，但在實(shí)踐過程中仍然存在著諸多不足，具體如下：①施工企業(yè)的人才類型大多集中于工程管理與技術(shù)型人才，在信息管理人才方面較為缺少。②智慧工地的構(gòu)建前期會(huì)耗用大量的資金，對于企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)壓力。③國內(nèi)尚未制定智慧工地的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，且智慧工地構(gòu)建的有關(guān)技術(shù)尚且不成熟。在未來，隨著業(yè)內(nèi)對于智慧工地的不斷認(rèn)可，越來越多的企業(yè)會(huì)加入到智慧工地的研究與實(shí)施中來。在國內(nèi)人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，智慧工地涵蓋的內(nèi)容將會(huì)越來越廣泛，新型智能機(jī)器作業(yè)將逐步取代傳統(tǒng)的人工作業(yè)，且智慧工地的管理模式將從對于“人、機(jī)、料、法、環(huán)”的管理轉(zhuǎn)變?yōu)閷τ谥R(shí)和數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理。在智慧工地的推廣過程中，建筑工程的施工效率將會(huì)大幅度提升、工地安全將得到最大化保障，最終將促成國內(nèi)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。