地鐵智慧工地構(gòu)建研究及應(yīng)用分析

林梅

（青島市市政公用工程質(zhì)量安全監(jiān)督站）

1 智慧工地的內(nèi)涵

1.1 智慧工地的概念

智慧工地是以施工過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)管理為出發(fā)點(diǎn)，借助云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、建筑信息模型等各類信息技術(shù)，與建造技術(shù)融合，集成項(xiàng)目全生命周期信息，實(shí)現(xiàn)建造過(guò)程各利益相關(guān)方互聯(lián)協(xié)同、信息共享、安全監(jiān)測(cè)及智能決策的新型信息管理方式。

智慧工地建設(shè)的重要意義集中體現(xiàn)在推進(jìn)工程標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展、智能化決策以及施工現(xiàn)場(chǎng)工作效率的提高三個(gè)方面[1]。

1.2 智慧工地的范疇

“智慧工地”是基于建設(shè)工程項(xiàng)目管理、信息管理和計(jì)算機(jī)三個(gè)學(xué)科交叉整合的理念。

建設(shè)工程項(xiàng)目是指依法立項(xiàng)的新建、擴(kuò)建、改建工程。包括策劃、勘察、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、試運(yùn)行、竣工驗(yàn)收和考核評(píng)價(jià)等階段。

建設(shè)工程項(xiàng)目信息管理是通過(guò)有效的項(xiàng)目信息傳輸?shù)慕M織和控制為項(xiàng)目建設(shè)提供增值服務(wù)。

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，典型的多層分布式系統(tǒng)可劃分為3個(gè)層次。第一層為表現(xiàn)層，用于提供用戶界面，一般可通過(guò)Web界面或移動(dòng)客戶端實(shí)現(xiàn)。第二層為業(yè)務(wù)層，包含復(fù)雜的業(yè)務(wù)處理規(guī)則和流程約束，在中間層服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)智能感知、數(shù)據(jù)采集，需要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。第三層為數(shù)據(jù)層，用于數(shù)據(jù)的集成存儲(chǔ)。

2 智慧工地的構(gòu)建研究

2.1 智慧工地系統(tǒng)的架構(gòu)層次

智慧工地系統(tǒng)適用的項(xiàng)目需求不同，架構(gòu)層次劃分不同。建筑業(yè)典型的比較完整的智慧工地應(yīng)用架構(gòu)模式分為5層。智能采集層：對(duì)RFID、攝像頭、傳感器等施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通信層：由通信網(wǎng)絡(luò)組成。數(shù)據(jù)層：存儲(chǔ)項(xiàng)目中的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。應(yīng)用層：包含人員、成本、進(jìn)度、安全、質(zhì)量、環(huán)保、物料、設(shè)備等系列專業(yè)管理系統(tǒng)。用戶層：將應(yīng)用分析結(jié)果傳遞到用戶界面，包括項(xiàng)目端、企業(yè)端、行業(yè)監(jiān)管端。

2.2 智慧工地關(guān)鍵技術(shù)分析

2.2.1 BIM技術(shù)

通過(guò)建立虛擬的建筑工程三維可視化模型，并為這個(gè)模型提供與實(shí)際一致的信息庫(kù)，可幫助實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目全生命周期信息的集成，項(xiàng)目相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、設(shè)施運(yùn)營(yíng)及業(yè)主單位等各方人員進(jìn)行協(xié)同工作，借以提高工作效率、節(jié)省資源，實(shí)現(xiàn)建筑信息化與智能化[2]。

2.2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

智慧工地物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)各類傳感器、無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）、視頻與圖像識(shí)別、位置定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將施工相關(guān)物品與網(wǎng)絡(luò)相連接，進(jìn)行信息實(shí)時(shí)收集、交換和通信。

2.2.3 信息傳輸與處理技術(shù)

1）移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

是移動(dòng)通信技術(shù)、終端技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)融合的技術(shù)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)可以移動(dòng)，隨時(shí)隨地隨身訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

2）大數(shù)據(jù)技術(shù)

可以確保數(shù)據(jù)公共資源的合理分配，能夠?qū)⒏鞑块T的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)在同一平臺(tái)進(jìn)行整合利用，使各自之間的利益關(guān)系得到具體明確的體現(xiàn)[3]。

3）云計(jì)算服務(wù)

計(jì)算由多臺(tái)服務(wù)器分布式計(jì)算協(xié)同完成，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持的一項(xiàng)新技術(shù)，多人共享計(jì)算資源池（資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用軟件等），給更多用戶提供動(dòng)態(tài)和可擴(kuò)展的各種服務(wù)。

2.2.4 智能分析相關(guān)技術(shù)

1）機(jī)器學(xué)習(xí)

機(jī)器學(xué)習(xí)算法可對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)安全設(shè)置狀態(tài)識(shí)別、危險(xiǎn)行為識(shí)別、現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)事件預(yù)測(cè)等。

2）決策理論

不同的理論方法，如競(jìng)爭(zhēng)型決策分析、風(fēng)險(xiǎn)型決策分析等貫穿于整個(gè)建筑施工過(guò)程。

3）計(jì)算機(jī)模擬

建筑工程領(lǐng)域，可利用施工過(guò)程模擬，比較不同的施工組織安排，為合理的施工組織設(shè)計(jì)和工程進(jìn)度的管理與控制提供支撐。

4）虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是能夠讓用戶創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）是能夠把真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無(wú)縫”集成，并進(jìn)行一定互動(dòng)的技術(shù)。

VR技術(shù)可在實(shí)時(shí)收集施工現(xiàn)場(chǎng)信息的虛擬建筑模型中進(jìn)行用戶沉浸。AR技術(shù)可以利用實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)，對(duì)難以實(shí)時(shí)獲取的施工現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)充。

3 智慧工地的樣板建設(shè)

3.1 BIM技術(shù)應(yīng)用+智慧建造

3.1.1 工程概況

青島地鐵1號(hào)線為南北走向線路，全線共設(shè)地下車站41座，線路起至黃島區(qū)峨眉山路站終至城陽(yáng)區(qū)東郭莊站，形成了貫通青島市南北的快速軌道交通走廊。

3.1.2 應(yīng)用實(shí)踐

本項(xiàng)目機(jī)電設(shè)備安裝工程“智慧建造”，依托于地鐵1號(hào)線工程汽車北站、流亭機(jī)場(chǎng)站、廟頭站、文陽(yáng)路站四車站及區(qū)間，將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工全生命周期，主要應(yīng)用到的BIM措施有三臨布置、方案模擬、可視化技術(shù)交底 、工廠化預(yù)制、機(jī)房設(shè)備管線排布優(yōu)化、模擬設(shè)備運(yùn)輸通道、BIM平臺(tái)應(yīng)用等。

1）安全管理

①BIM+VR安全教育：讓施工人員感同身受，將高空墜物、機(jī)械傷害、觸電、火災(zāi)等場(chǎng)景通過(guò)VR的形式體現(xiàn)出來(lái)，讓施工人員更直觀、印象更深刻。

②三臨”規(guī)劃設(shè)置：通過(guò)場(chǎng)景漫游，提前發(fā)現(xiàn)安全隱患或者事故易發(fā)點(diǎn)，在施工之前有效減少不安全因素。

2）質(zhì)量管理

①可視化交底：BIM可視化交底采用動(dòng)畫形式，提高交底質(zhì)量。

②樣板方案模擬：工藝樣板墻BIM模型，直觀展現(xiàn)風(fēng)、水、電及砌筑裝修專業(yè)施工工藝標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖1）。

③管線調(diào)整排布

地鐵車站各專業(yè)管線多，排布復(fù)雜，利用BIM模型綜合調(diào)整排布，既滿足了空間要求，又整齊美觀，還可以在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上最大程度節(jié)省材料。

3.2 智慧工地集成平臺(tái)

3.2.1 工程概況

青島地鐵6號(hào)線一期工程，全線共設(shè)地下車站21座，起點(diǎn)為辛屯路站，終點(diǎn)為生態(tài)園站，貫穿西海岸新區(qū)中心城區(qū)。

3.2.2 應(yīng)用實(shí)踐

青島地鐵6號(hào)線的規(guī)劃以“打造地鐵示范性工程”為目標(biāo)，按照“安全、創(chuàng)新、綠色、智慧”的建設(shè)理念，融合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、BIM技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)，努力打造成為一條智慧地鐵線，創(chuàng)新引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

1）BIM技術(shù)應(yīng)用

在可研階段，地鐵6號(hào)線將城市線路規(guī)劃與周邊環(huán)境資料導(dǎo)入BIM信息化管理平臺(tái)，形成BIM選線設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)選線及方案比選。

在設(shè)計(jì)、施工階段，利用BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)方案，論證工程項(xiàng)目的可行性和合理性。推進(jìn)采用裝配式施工技術(shù)，BIM技術(shù)對(duì)裝配式縮短工期、節(jié)約投資的效應(yīng)立竿見(jiàn)影。

2）系統(tǒng)功能

①人員管理

?人臉識(shí)別系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)人臉抓拍、對(duì)比識(shí)別、實(shí)名制門禁、人臉數(shù)據(jù)庫(kù)管理和檢索。

圖1 工藝樣板墻BIM模型效果圖與成品對(duì)比

?人員履約管理

?在線教育培訓(xùn)管理

?勞務(wù)人員職業(yè)健康體檢，與“人臉識(shí)別系統(tǒng)”相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)人員身份識(shí)別、履約管理、入場(chǎng)教育、健康體檢情況在線查詢。

②現(xiàn)場(chǎng)管理

?風(fēng)險(xiǎn)管理：與BIM+GIS中的三維地質(zhì)模型相互關(guān)聯(lián)，實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)工程施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)臨近時(shí)做提醒、延誤時(shí)做提醒、前方地質(zhì)突變與異常等節(jié)點(diǎn)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管理。

?質(zhì)量安全管理：能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場(chǎng)存在的質(zhì)量安全隱患問(wèn)題進(jìn)行展示和預(yù)警提示。對(duì)整改完成情況進(jìn)行催辦、督辦直至整改閉合。

?視頻監(jiān)控：對(duì)監(jiān)控區(qū)域?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)違規(guī)動(dòng)作（安全帶掛鉤不規(guī)范、翻越圍欄、車行道進(jìn)人等行為）進(jìn)行自動(dòng)抓拍并推送至相關(guān)責(zé)任人，實(shí)現(xiàn)快速處理。

?人機(jī)定位調(diào)配系統(tǒng)：通過(guò)視頻監(jiān)控、人機(jī)定位等設(shè)備終端，實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)施工人員、運(yùn)輸機(jī)具的在崗、離崗時(shí)間、實(shí)時(shí)位置。對(duì)工程項(xiàng)目的人、機(jī)、料、法、環(huán)以及關(guān)鍵部位等信息進(jìn)行直觀、動(dòng)態(tài)、綜合的智能分析。

?大型設(shè)備安全管理：通過(guò)將大型設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)吊裝區(qū)域安全防護(hù)、防碰撞、超載、防偏斜等的預(yù)警、報(bào)警、銷警，自動(dòng)監(jiān)測(cè)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)、分析。

?出渣車管理：集成現(xiàn)場(chǎng)車輛門禁與視頻監(jiān)控，通過(guò)圖像識(shí)別分析，對(duì)未備案車輛以及未沖洗車輛，自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警提示。

?環(huán)境監(jiān)測(cè)：與“環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”相關(guān)聯(lián)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、PM2.5、風(fēng)力、風(fēng)向、噪音等環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行預(yù)警推送。

③VR安全教育培訓(xùn)系統(tǒng)

智慧工地運(yùn)用最先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)手段，開(kāi)設(shè)安全體驗(yàn)館，通過(guò)佩戴全套VR設(shè)備，讓工人掌握安全操作規(guī)程和緊急應(yīng)對(duì)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

智慧工地是信息化、智能化理念在工程領(lǐng)域的具體應(yīng)用，能夠促進(jìn)建筑業(yè)企業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，建設(shè)發(fā)展智慧工地意義重大，是智慧城市的重要組成部分。