智慧工地在綠色施工中的應(yīng)用研究

向廣旭，周衛(wèi)杰，錢海波，楊 偉，王 劍，周利陽（中國建筑第八工程局有限公司上海分公司， 上海 200135）

當(dāng)前我國建筑業(yè)飛速發(fā)展，環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等問題也日益突出，尤其是民用建筑施工質(zhì)量嚴(yán)重影響人們的生活環(huán)境和生活質(zhì)量。因此綠色施工的推廣與應(yīng)用顯得尤為重要[1]。以信息化、技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，推進(jìn)項(xiàng)目綠色施工的管理工作，實(shí)現(xiàn)建筑施工中的“四節(jié)一環(huán)?！钡哪繕?biāo)[2-3]，這一理念在當(dāng)下的環(huán)境產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略升級的大潮中愈發(fā)普遍。為推進(jìn)建筑施工的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化和信息化，智慧工地系統(tǒng)的概念[4]也就應(yīng)運(yùn)而生。智慧工地系統(tǒng)作為一種嶄新的項(xiàng)目一體化管理模式，是互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)建筑行業(yè)的深度融合。通過充分利用移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，圍繞人、機(jī)、料、法、環(huán)等各方面關(guān)鍵因素，智慧工地系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)建筑施工現(xiàn)場參建各方現(xiàn)場管理的交互方式、工作方式和管理模式，為建設(shè)集團(tuán)、施工企業(yè)、政府監(jiān)管部門等提供工地現(xiàn)場管理信息化解決方案[5-6]。智慧工地作為一種新的信息化管理模式可以有效促進(jìn)綠色施工的發(fā)展。

1 工程概況

某研發(fā)樓項(xiàng)目總建筑面積為 51 608.6 m2。該項(xiàng)目共有地下室 2 層，基坑挖深 11.2 m；地上 15 層，建筑高度為69.95 m。結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)形式。

該項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)陸家嘴金融區(qū)，地理位置重要，各類外部檢查頻繁，長期處于環(huán)保高壓態(tài)勢。同時(shí)，在綠色施工創(chuàng)獎方面，該項(xiàng)目需竭力爭取全國性的綠色施工示范工程的目標(biāo)。

2 智慧工地

2.1 總體框架

為適應(yīng)智慧建造的需求，某公司自研智慧工地系統(tǒng)。通過智能化技術(shù)手段，圍繞施工過程管理，建立互聯(lián)協(xié)同、智能生產(chǎn)、科學(xué)管理的施工項(xiàng)目信息化生態(tài)圈，并將此數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下與物聯(lián)網(wǎng)采集到的工程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析。提供過程趨勢預(yù)測及專家預(yù)案，實(shí)現(xiàn)工程施工可視化智能管理，從而實(shí)現(xiàn)智慧建造、綠色建造和生態(tài)建造。

智慧工地平臺的管理架構(gòu)分為 4 個(gè)方面：應(yīng)用層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層。應(yīng)用層指根據(jù)實(shí)際管理的維度，將業(yè)務(wù)分類納入不同的功能模塊進(jìn)行管理。平臺層指監(jiān)測的數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等進(jìn)行匯總、分析，形成可視化圖表。網(wǎng)絡(luò)層指運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。感知層指運(yùn)用多種傳感器實(shí)時(shí)回饋采集的數(shù)據(jù)以及及時(shí)抓取企業(yè)的數(shù)據(jù)庫信息等。智慧工地?cái)?shù)據(jù)平臺管理架構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 數(shù)據(jù)平臺管理架構(gòu)圖

2.2 用電管理

在項(xiàng)目的生活區(qū)、辦公區(qū)和施工區(qū)安裝智能電表，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控端口的用電量，將數(shù)據(jù)反饋給智慧工地管理平臺。系統(tǒng)自動進(jìn)行匯總和分析，形成可視化的圖表，如圖 2、圖3 所示。當(dāng)采集的數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)自動通過平臺對管理人員進(jìn)行報(bào)警提醒，管理人員可迅速定位排查，解決用電量異常的問題，控制用電的浪費(fèi)情況。當(dāng)功率過大超過負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)將自動切斷以保護(hù)用電線路，達(dá)到節(jié)約用電的目的。

圖 2 辦公區(qū)用電

圖 3 施工區(qū)用電

2.3 用水管理

與用電管理方式一樣，在項(xiàng)目的生活區(qū)、辦公區(qū)和施工區(qū)安裝智能水表。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控端口的用水量，將數(shù)據(jù)反饋給智慧工地管理平臺。系統(tǒng)自動進(jìn)行匯總和分析，形成可視化的圖表，如圖 4 所示。

圖 4 辦公區(qū)用水

智慧工地管理平臺可對項(xiàng)目當(dāng)前階段的整體用水量進(jìn)行分析，如圖 5 所示。方便現(xiàn)場的管理者評估當(dāng)前施工階段綠色施工的指標(biāo)完成情況。若有用水指標(biāo)超標(biāo)的情況，通過采集的數(shù)據(jù)了解水電能源消耗的癥結(jié)所在，控制項(xiàng)目的用水量。

圖 5 項(xiàng)目總用水量

當(dāng)采集的數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)自動通過平臺對管理人員進(jìn)行報(bào)警提醒，管理人員可迅速定位排查，解決用水量異常的問題，控制用電的浪費(fèi)情況。

2.4 材料管理

智慧工地管理平臺可進(jìn)行物料無人化和精細(xì)化管理。智慧工地運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)對進(jìn)場物料跟蹤管理。結(jié)合電子標(biāo)簽，對進(jìn)場大宗物資、機(jī)電設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)、PC 構(gòu)件等進(jìn)行物料跟蹤管理，對材料的計(jì)劃、點(diǎn)驗(yàn)、使用等各環(huán)節(jié)進(jìn)行信息記錄和實(shí)時(shí)共享。管理人員能夠根據(jù)材料實(shí)際需求量與計(jì)劃需求量進(jìn)行分析核算，找出材料超量的原因，通過信息化的措施高效地管控材料，減少物資材料的浪費(fèi)，如圖 6 所示。

圖 6 物料管理

2.5 環(huán)境管理

智慧工地管理平臺可實(shí)時(shí)監(jiān)控?fù)P塵、噪聲情況，如圖 7所示。一旦實(shí)時(shí)監(jiān)測的揚(yáng)塵或噪聲數(shù)據(jù)超標(biāo)，監(jiān)測系統(tǒng)終端發(fā)出警告。若揚(yáng)塵超標(biāo)，平臺會自動開啟噴淋設(shè)備，進(jìn)行噴灑降塵，當(dāng)揚(yáng)塵數(shù)據(jù)回歸正常，警報(bào)解除，噴淋關(guān)閉。智慧工地管理平臺提高了環(huán)境保護(hù)的智能化水平。

圖 7 揚(yáng)塵、噪聲管理

2.6 BIM 技術(shù)

（1）運(yùn)用 BIM 技術(shù)提前進(jìn)行場地布置。根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際條件，合理地進(jìn)行分階段場地規(guī)劃，使得機(jī)械、加工區(qū)、材料堆放等設(shè)置合理，優(yōu)化施工路線，提高場地利用率，達(dá)到節(jié)約用地和減少二次搬運(yùn)作用。分階段場地布置圖如圖 8 所示。

圖 8 分階段場地布置

（2）利用 BIM 技術(shù)檢查管網(wǎng)三維模型“碰撞”部位，查找不符合設(shè)計(jì)規(guī)劃的部位，提高工作效率，避免出現(xiàn)返工的現(xiàn)象，減少資源浪費(fèi)。BIM 管線碰撞檢測圖如圖 9 所示。

圖 9 BIM 管線碰撞檢測

（3）運(yùn)用 BIM 技術(shù)對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，同時(shí)對部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，既縮短了施工工期又能降低構(gòu)件加工出錯概率，減少返工現(xiàn)象。

利用 BIM 技術(shù)提高綠色施工的信息化水平，有效地減少建筑施工能耗。BIM 技術(shù)對綠色施工“四節(jié)一環(huán)保”的作用如表 1 所示。

表 1 BIM 技術(shù)在綠色施工中的應(yīng)用

3 結(jié) 語

智慧工地基于項(xiàng)目施工開發(fā)了一整套信息化系統(tǒng)和設(shè)施，大幅提高了綠色施工的管理水平。通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、可視化技術(shù)、信息管理等技術(shù)，智慧工地管理平臺可對施工現(xiàn)場的水電資源、物資、噪聲和揚(yáng)塵進(jìn)行有效管控。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果和大數(shù)據(jù)的過程趨勢預(yù)測，實(shí)現(xiàn)工程綠色施工的智能化管理，節(jié)約資源，降低環(huán)境污染。此外，BIM 技術(shù)的應(yīng)用為綠色施工提供了技術(shù)保障。其在場地布置、管線碰撞和深化設(shè)計(jì)階段都有著重要的作用，大幅提高了工作效率，并減少了返工的現(xiàn)象。