施工現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用探討

張建偉

(中核龍安有限公司，浙江 臺(tái)州 318000)

“十三五”期間具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的BIM軟件在工程上推廣使用及智能化綜合管理全過(guò)程的集成應(yīng)用，逐步改變了傳統(tǒng)項(xiàng)目監(jiān)管的手段，使施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、質(zhì)量、投資(成本)控制更高效；合同、職業(yè)安全與環(huán)境、信息管理更規(guī)范[1]。通過(guò)人、機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提供過(guò)程趨勢(shì)預(yù)測(cè)和專家預(yù)案，實(shí)現(xiàn)工程施工可視化、智能化管理，為建設(shè)工程項(xiàng)目帶來(lái)更精準(zhǔn)的科技化管理手段，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)工程項(xiàng)目的增值[2]。

1 施工現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求

1.1 項(xiàng)目動(dòng)態(tài)發(fā)展的需求

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，各行業(yè)對(duì)工程項(xiàng)目的需求逐漸改變，大型、超大型施工項(xiàng)目逐漸成為主流，包括大型核設(shè)施廠房、重型水利構(gòu)筑物、大跨度橋梁、大型鐵路工程等項(xiàng)目的數(shù)量日趨增多[3]。諸如此類的大型項(xiàng)目具有施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面大、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、施工質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，由此導(dǎo)致日常施工安全質(zhì)量管理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控難度較大，工程建設(shè)指揮部門對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工安全情況、施工人員的操作規(guī)程、工程施工進(jìn)度的監(jiān)管缺乏有效、直觀、合理的手段。傳統(tǒng)的“人管人”方法難以實(shí)現(xiàn)高效管理，施工現(xiàn)場(chǎng)重要物資、材料的監(jiān)控看管往往力不從心，人員配備壓力較大，且管理效果不佳[4]。

1.2 國(guó)家政策的導(dǎo)向

目前日本、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家建筑行業(yè)發(fā)展較為發(fā)達(dá)，其管理體系也較為成熟，BIM、信息管理等建筑行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用比較超前，質(zhì)量、安全、成本、工期管理、監(jiān)督措施落實(shí)到位，項(xiàng)目精細(xì)化施工程度較高。為了整體提高國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的管理水平，近年來(lái)國(guó)家大力支持建筑施工企業(yè)轉(zhuǎn)型，積極推廣應(yīng)用BIM、信息化管理等新技術(shù)來(lái)優(yōu)化施工管理水平[4]。廣東等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)布的“廣州市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步提升建設(shè)工程施工精細(xì)化管理工作方案的通知”中鼓勵(lì)四新技術(shù)應(yīng)用，要求施工單位向現(xiàn)代化企業(yè)過(guò)渡，加快實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、科學(xué)化、品質(zhì)化、精細(xì)化轉(zhuǎn)變。

1.3 社會(huì)科技發(fā)展的必然趨勢(shì)

現(xiàn)階段，隨著智能建筑電氣安裝技術(shù)、無(wú)人駕駛智能攤鋪機(jī)、高層智能建筑物防雷施工技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的施工安全智能監(jiān)管系統(tǒng)等新型智能施工工藝措施、智能施工機(jī)械、智能施工監(jiān)管設(shè)備等方面的技術(shù)日益成熟，都標(biāo)志著工程施工管理應(yīng)向現(xiàn)代化發(fā)展，5 G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新基建領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展更是為施工現(xiàn)場(chǎng)信息化管理提供了可能。

2 施工現(xiàn)場(chǎng)智能化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與應(yīng)用

2.1 應(yīng)用實(shí)例

2008年三一重工股份有限公司開發(fā)了“工程機(jī)械產(chǎn)品加工數(shù)字化車間系統(tǒng)的研制與應(yīng)用示范項(xiàng)目”，并在2012年投入使用，成為亞洲最大的智能化制造車間。其采用的數(shù)字仿真和三維作業(yè)指導(dǎo)視頻為現(xiàn)場(chǎng)提供了技術(shù)支持并提升了員工的作業(yè)技術(shù)水平，通過(guò)自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化應(yīng)用將傳統(tǒng)的離散制造型轉(zhuǎn)為了混流裝配型，降低了人工成本，提升了設(shè)備生產(chǎn)制造能力。通過(guò)智能化系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)用，在不增加設(shè)備投入的情況下，其總裝車間同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過(guò)2000臺(tái)以上，同比產(chǎn)值新增60億元以上，很好的應(yīng)對(duì)了工程機(jī)械企業(yè)多品種、高效率、高質(zhì)量、低成本方面的壓力與挑戰(zhàn)[5]。

蘇錫常南部高速主體工程采用水泥土攪拌樁進(jìn)行軟基處理，由于地質(zhì)勘查覆蓋范圍有限，無(wú)法精確地判斷施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況，地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，在施工過(guò)程中監(jiān)控主要采用水泥噴漿記錄儀和測(cè)量控制技術(shù)，不能及時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)和實(shí)時(shí)調(diào)整施工工藝參數(shù)，造成樁的質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致施工成本增加。而采用智能監(jiān)控系統(tǒng)并運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)施工設(shè)備上多種感應(yīng)器件對(duì)施工過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、多終端監(jiān)控管理，將分散管理的集中化，節(jié)約了人工成本和設(shè)備維護(hù)成本，使經(jīng)濟(jì)效益非常明顯提升[6]。

太原南站的改造工程是一項(xiàng)涉及多專業(yè)、工序復(fù)雜、質(zhì)量要求高的國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目。為保證工程的順利開展，引入了BIM、RFID技術(shù)等智能技術(shù)。通過(guò)BIM技術(shù)快捷、及時(shí)和精準(zhǔn)的特點(diǎn)和RFID非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，實(shí)時(shí)獲得各種數(shù)據(jù)資料，在施工階段運(yùn)用智能網(wǎng)絡(luò)管理和預(yù)加載的預(yù)警策略，使項(xiàng)目管理人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操控現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目的智能化管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題減少返工，表現(xiàn)出了定量的實(shí)施效果[7]。

由中建集團(tuán)承建的深圳國(guó)際會(huì)展中心，圍繞人、機(jī)、料、法、環(huán)等關(guān)鍵要素，結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、BIM等技術(shù)以及智能化采集設(shè)備，建設(shè)智慧工地平臺(tái)。集成各參建單位的日常管理數(shù)據(jù)，建設(shè)安全質(zhì)量管理模塊、進(jìn)度管理模塊、BIM5D管理模塊、物料驗(yàn)收模塊等11個(gè)模塊，通過(guò)整合終端應(yīng)用集成現(xiàn)有系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)目部管理范圍內(nèi)的生產(chǎn)、質(zhì)量、安全、經(jīng)營(yíng)等目標(biāo)執(zhí)行監(jiān)控，減輕現(xiàn)場(chǎng)工作量、幫助管理決策并進(jìn)行智慧化建設(shè)[8]。

2.2 智能化典型應(yīng)用方向

2.2.1 人員管理

針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)施工分包單位多，人員復(fù)雜等特點(diǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)勞務(wù)實(shí)名管理系統(tǒng)(見圖1)，對(duì)勞務(wù)工人開展實(shí)名制登記。主要在現(xiàn)場(chǎng)出入口等位置布置閘機(jī)、攝像頭，并利用智能安全帽與大門閘機(jī)聯(lián)動(dòng)來(lái)自動(dòng)識(shí)別人員出入并記錄考勤情況；實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)務(wù)工人員的年齡、地域、工種、分包單位等具體信息，與實(shí)名制系統(tǒng)連用則自動(dòng)辨別未進(jìn)行安全教育、黑名單等不良人員，防范用工風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行合同、培訓(xùn)、工資的發(fā)放監(jiān)管。

圖1 勞務(wù)實(shí)名制系統(tǒng)Fig.1 Real name system of labor service

此外，在施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)布置的定位設(shè)備、智能安全帽，對(duì)人員在現(xiàn)場(chǎng)的軌跡信息、位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)了解，保證現(xiàn)場(chǎng)人員與危險(xiǎn)區(qū)域的實(shí)時(shí)提醒。項(xiàng)目管理者可以通過(guò)更準(zhǔn)確地判斷勞務(wù)工人性質(zhì)、作業(yè)安全性、勞務(wù)分派合理性等問(wèn)題，保障正規(guī)勞務(wù)工人的利益，確保工程順利進(jìn)行。

2.2.2 機(jī)械設(shè)備管理

施工現(xiàn)場(chǎng)存在著大量的機(jī)械設(shè)備，如塔吊、升降機(jī)、卸料平臺(tái)等，基于這些設(shè)備的監(jiān)控主要是通過(guò)相對(duì)應(yīng)的傳感器來(lái)實(shí)時(shí)采集機(jī)械的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)將數(shù)據(jù)上傳云端平臺(tái)，平臺(tái)再進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控與管理[9]，見圖2。

圖2 塔吊管理系統(tǒng)Fig.2 Tower crane management system

利用塔吊防碰撞、吊鉤可視化等應(yīng)用，一方面通過(guò)視頻識(shí)別司機(jī)身份避免非專業(yè)人員操作塔吊；另一方面通過(guò)重量、幅度等傳感器，避免超載超限等不安全行為并實(shí)時(shí)預(yù)警；可通過(guò)平臺(tái)配置不可操作的區(qū)域，進(jìn)行超限區(qū)域的限速限行，來(lái)保障群塔作業(yè)的安全防護(hù)。

2.2.3 物料管理

施工現(xiàn)場(chǎng)存在大量的鋼筋、水泥、砂漿等施工原料，如何準(zhǔn)確把控物資數(shù)量來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)配一直是企業(yè)的一個(gè)管理痛點(diǎn)?，F(xiàn)階段隨著技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有一些諸如智能地磅(見圖3)、AI點(diǎn)數(shù)等智能化的應(yīng)用來(lái)幫助企業(yè)進(jìn)行物資驗(yàn)收、出入庫(kù)管理，并利用芯片技術(shù)來(lái)對(duì)材料進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位，通過(guò)攝像頭對(duì)材料堆場(chǎng)進(jìn)行可視化管理。

總之，利用軟硬件結(jié)合，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)手段，對(duì)大宗物資的進(jìn)出場(chǎng)稱重進(jìn)行全方位的管控。從而排除人為因素，堵塞管理漏洞，提供多樣而及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析來(lái)支持管理決策，從而達(dá)到節(jié)約成本提升效益的目的。

圖3 智能地磅Fig.3 Intelligent weighbridge

2.2.4 施工技術(shù)管理

施工圖紙的設(shè)計(jì)與更改影響整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的過(guò)程，前期利用BIM建?？蓪?duì)二維的技術(shù)圖紙來(lái)進(jìn)行三維的設(shè)計(jì)(見圖4)，并可以建模來(lái)檢查施工場(chǎng)地布置的合理性，從而優(yōu)化場(chǎng)地布置。

現(xiàn)在比較常見的則是利用BIM技術(shù)對(duì)土建、安裝、鋼結(jié)構(gòu)等各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬，并可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需求動(dòng)態(tài)模擬場(chǎng)內(nèi)機(jī)械設(shè)備的布置及其運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)一些重要的工序進(jìn)行動(dòng)畫三維模擬以及通過(guò)VR來(lái)進(jìn)行技術(shù)體驗(yàn)與方案交底，從而對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化與改善，減少在施工過(guò)程中存在的錯(cuò)誤可能性[10]。

圖4 BIM建模Fig.4 BIM modeling

2.2.5 環(huán)境管理

在施工現(xiàn)場(chǎng)、無(wú)人機(jī)或巡檢機(jī)器人上安裝PM2.5、揚(yáng)塵、噪音等環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工地的各種環(huán)境狀況。然后將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至智慧云平臺(tái)，云平臺(tái)通過(guò)分析各個(gè)區(qū)域的環(huán)境狀況來(lái)進(jìn)行預(yù)警，進(jìn)而聯(lián)動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)對(duì)高污染的區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)處理，以此來(lái)滿足“綠色施工”的需求。

2.2.6 安全質(zhì)量管理

現(xiàn)階段比較常見安全質(zhì)量巡檢系統(tǒng)，主要是以危險(xiǎn)源的辨識(shí)與監(jiān)控、安全隱患的排查與治理、危大工程的識(shí)別與管控為主要業(yè)務(wù)。典型的應(yīng)用就是系統(tǒng)根據(jù)施工進(jìn)度自動(dòng)制定巡檢計(jì)劃，巡檢人員發(fā)現(xiàn)安全質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)移動(dòng)端APP拍照上傳到系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)下發(fā)給責(zé)任區(qū)域內(nèi)問(wèn)題相關(guān)的安全員、質(zhì)量員、工長(zhǎng)等相應(yīng)負(fù)責(zé)人，整改人整改完成后上傳相應(yīng)的整改照片記錄，管理員隨時(shí)隨地線上審查批示，直到問(wèn)題整改通過(guò)審核，一個(gè)隱患問(wèn)題才可以算正式清除。

整個(gè)流程支持全員參與安全管理，對(duì)施工過(guò)程中的人、物、環(huán)境的行為與狀態(tài)進(jìn)行具體的管理與控制，通過(guò)“事前預(yù)防”“事中管控”的方式杜絕事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

通過(guò)上述應(yīng)用對(duì)比分析，當(dāng)前建筑工程領(lǐng)域確實(shí)需要大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、BIM、5 G等新技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)工程管理的變革。現(xiàn)階段基于施工智能化的發(fā)展仍處于探索階段，施工過(guò)程的管控也只存在于施工現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)個(gè)的“點(diǎn)”上，隨著5 G、BIM、AI等新技術(shù)日益成熟并滿足工程建設(shè)的需要，智能化施工將是未來(lái)一個(gè)大的趨勢(shì)。

未來(lái)，隨著施工現(xiàn)場(chǎng)智能化設(shè)備的應(yīng)用將能實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)范化、科學(xué)化、品質(zhì)化、精細(xì)化管理，大型工程項(xiàng)目在智能化應(yīng)用方面也將更加完善。促使施工現(xiàn)場(chǎng)的管理由“點(diǎn)—線—面”進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而讓施工現(xiàn)場(chǎng)能夠更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更深入的智能化，大大提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的工作效率，有效實(shí)現(xiàn)目標(biāo)執(zhí)行與風(fēng)險(xiǎn)管控，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)管理智能化、信息化、智慧化，從而提高項(xiàng)目及公司的效益。