淺談智慧工地建設(shè)的應(yīng)用與發(fā)展

朱海濤 李傳磊

【摘要】建筑工地的管理涉及人員、車輛、物資等多個(gè)方面的要素，同時(shí)要為政府管理者、建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位、審計(jì)單位等提供全方位的信息服務(wù)。在智慧工地應(yīng)用過(guò)程中，每個(gè)建筑工地都存在共性管理事項(xiàng)，一般均圍繞設(shè)備管理、安全管理、環(huán)境管理及多方協(xié)同管理展開，實(shí)現(xiàn)對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、環(huán)境全要素的信息化，并通過(guò)GIS的形式進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)可視化、智能化的管理。在接入數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)展示、分析預(yù)警，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效監(jiān)管。期望此次研究能夠帶來(lái)一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】智慧工地;建設(shè);應(yīng)用發(fā)展? ? ? ? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.061

1、緒論

智慧工地是指綜合運(yùn)用BIM技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)技術(shù)和智能設(shè)備等信息化技術(shù)手段，聚焦工程施工現(xiàn)場(chǎng)管理，緊緊圍繞人員、安全、質(zhì)量等關(guān)鍵要素，建立信息智能采集、管理高效協(xié)同、數(shù)據(jù)科學(xué)分析、過(guò)程智慧預(yù)測(cè)的施工現(xiàn)場(chǎng)立體化信息網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)工地的智慧管理，提高工程管理信息化水平，逐步實(shí)現(xiàn)綠色建造和生態(tài)建造。不論在智慧工地的建設(shè)中采用何種新技術(shù)、新理念，都是圍繞實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目所有資源（包括人力資源、材料、機(jī)械等）的有效聯(lián)系和協(xié)同工作的目的而開展的，從理論上來(lái)說(shuō)，是完成不同系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一[1]。

2、智慧工地建設(shè)的應(yīng)用與發(fā)展分析

2.1 BIM模型在工地建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用

在前期規(guī)劃階段，針對(duì)建筑工地的實(shí)際情況復(fù)雜多樣等特點(diǎn)，借助BIM建模手段，施工場(chǎng)內(nèi)的功能分區(qū)的合理劃分、道路走向、特殊設(shè)備的布設(shè)等進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，保障人流、車流的有效分區(qū)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)井然有序地運(yùn)行。在設(shè)計(jì)管理方面，由于施工過(guò)程中發(fā)生的設(shè)計(jì)變更較為復(fù)雜、參與方較多等特點(diǎn)，借助BIM建模手段，針對(duì)業(yè)主、施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等參建各方協(xié)同處理設(shè)計(jì)變更，在平臺(tái)中進(jìn)行統(tǒng)一管理。實(shí)現(xiàn)變更方案和信息在線上流轉(zhuǎn)，可節(jié)省傳統(tǒng)模式下變更周期長(zhǎng)的問(wèn)題，同時(shí)在過(guò)程中產(chǎn)生的設(shè)計(jì)變更資料與BIM構(gòu)件綁定，用戶在BIM構(gòu)件上可以查看其設(shè)計(jì)變更記錄，或根據(jù)設(shè)計(jì)變更資料查看對(duì)應(yīng)的變更構(gòu)件。在施工管理方面，通過(guò)BIM管理平臺(tái)對(duì)施工組織和方案進(jìn)行可視化分析模擬，可以及時(shí)了解施工組織中的不合理之處。對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工工藝的4D模擬，可以減少施工過(guò)程的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)。藍(lán)色星球采用WBS與BIM構(gòu)件關(guān)聯(lián)的方式，可以將施工組織策劃精確到構(gòu)件級(jí)，平臺(tái)能根據(jù)關(guān)聯(lián)的WBS進(jìn)行自動(dòng)的4D施工模擬，并且同時(shí)產(chǎn)生相關(guān)的進(jìn)度和造價(jià)分析曲線。在進(jìn)度管理方面，在進(jìn)度管理中通過(guò)施工單位上報(bào)施工計(jì)劃（WBS）與實(shí)際進(jìn)度，監(jiān)理單位審核后，采用BIM模型直觀的展示出進(jìn)度現(xiàn)狀，配合來(lái)自于一手的基礎(chǔ)進(jìn)度信息（BIM模型的工程量+施工單位基于工作包的進(jìn)度上報(bào)）自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析形象進(jìn)度。在工程量管理方面，借助BIM模型數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的工程量，與實(shí)際使用工程量進(jìn)行對(duì)比，可以實(shí)現(xiàn)工程量的量化管理;經(jīng)實(shí)際工作驗(yàn)證，如混凝土BIM測(cè)算工作量與實(shí)際使用量誤差在1%左右;鋼結(jié)構(gòu)的制作可以根據(jù)BIM模型進(jìn)行建模，大大降低損耗。在項(xiàng)目運(yùn)維階段，利用BIM交底清單，主要針對(duì)設(shè)備運(yùn)維、設(shè)施管理、用戶服務(wù)等內(nèi)容展開，包括設(shè)施管理、安全及消防管理、BA系統(tǒng)管理、能源和空間管理及資料管理等，涵蓋了項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)智能化系統(tǒng)的接入可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)過(guò)程的遠(yuǎn)程操控[2]。

2.2在工地安全管控方面的應(yīng)用

人員安全管理方面：一方面通過(guò)智能視頻分析和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)生產(chǎn)區(qū)域精細(xì)化管理，基于視頻監(jiān)控的實(shí)時(shí)視頻對(duì)工作區(qū)域內(nèi)工作人員的安全帽的佩戴進(jìn)行實(shí)時(shí)抓拍，通過(guò)智能分析服務(wù)器對(duì)未佩戴安全帽的危險(xiǎn)行為可實(shí)時(shí)檢測(cè)和預(yù)警，告警信息、截圖都可以顯示，可以在現(xiàn)場(chǎng)部署音響、揚(yáng)聲器和實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng)給出報(bào)警提示。根據(jù)用戶的需求也可以將報(bào)警信息推送給相關(guān)管理人員，協(xié)助管理人員安全生產(chǎn)管理。智能安全帽分析系統(tǒng)主要有兩部分組成：視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和智能分析系統(tǒng)。另一方面，積極應(yīng)用窄帶物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)與傳感芯片技術(shù)，將其植入安全帽中，根據(jù)后臺(tái)設(shè)定的發(fā)送頻率向后臺(tái)發(fā)送定位數(shù)據(jù)信息，實(shí)施了解每個(gè)人員的實(shí)時(shí)位置信息，停留時(shí)長(zhǎng)信息，行動(dòng)軌跡信息等;當(dāng)人員長(zhǎng)時(shí)間停留或靠近未授權(quán)或危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信息，并可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的廣播系統(tǒng)進(jìn)行提醒，避免發(fā)生安全生產(chǎn)事故。特種設(shè)備安全監(jiān)控：借助布設(shè)在塔吊、升降機(jī)等特種設(shè)備上的重量、幅度、傾斜等物聯(lián)網(wǎng)傳感器，對(duì)塔吊的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)超重、超區(qū)域作業(yè)、超速度作業(yè)、惡劣天氣等影響施工安全的事件出現(xiàn)時(shí)，第一時(shí)間通知管理部門采取管理措施;借助人臉識(shí)別技術(shù)，規(guī)避非法人員操作，保障安全作業(yè)。重大危險(xiǎn)源安全監(jiān)控：通過(guò)視頻分區(qū)管理、煙霧傳感、有害氣體監(jiān)測(cè)等傳感設(shè)備，針對(duì)工地上重大危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)非授權(quán)人員進(jìn)入?yún)^(qū)域后，采用聲光報(bào)警方式提醒人員盡快離開;當(dāng)危險(xiǎn)源運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，各類傳感器第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警，提醒有關(guān)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處置。高支模安全監(jiān)控：借助高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器，通過(guò)對(duì)高支模模塊沉降、立桿軸力、桿件傾角，支架整體水平位移信息的高頻采集，根據(jù)模型計(jì)算，生成預(yù)警閾值，自動(dòng)觸發(fā)，自動(dòng)報(bào)警，提醒作業(yè)人員在緊急時(shí)刻撤離危險(xiǎn)區(qū)域，有效降低施工安全事故。深基坑安全監(jiān)控：通過(guò)布設(shè)在深基坑中的各種監(jiān)測(cè)儀器、監(jiān)測(cè)設(shè)備、無(wú)線傳感器，實(shí)時(shí)采集混凝土支撐應(yīng)力、錨索軸力、深層水平位移、基坑周邊沉降及水平位移、基坑周邊沉降、周邊建筑傾斜位移、地下水位監(jiān)測(cè)、鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型與回歸分析、差異分析等數(shù)理方法進(jìn)行數(shù)字建模，形成運(yùn)行態(tài)勢(shì)曲線圖表，并提供實(shí)時(shí)報(bào)警功能，可以對(duì)問(wèn)題工程進(jìn)行追蹤處理，落實(shí)工作責(zé)任，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程及周邊建筑、管線隱患，預(yù)防事故發(fā)生[3]。

2.3在工地環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

由于工地施工原因而產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題，嚴(yán)重影響工地施工工人及周邊居民的身體健康、破壞正常的城市環(huán)境，成為市民投訴熱點(diǎn)問(wèn)題，也是阻礙建設(shè)進(jìn)度的重要原因。利用揚(yáng)塵噪聲監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備，對(duì)工地內(nèi)的顆粒物（SPM）濃度和噪聲dB（A）進(jìn)行測(cè)定采集，同時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)噴淋降塵系統(tǒng)互聯(lián)，當(dāng)揚(yáng)塵超標(biāo)時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行降塵作業(yè);與現(xiàn)場(chǎng)車輛管控系統(tǒng)、施工管控系統(tǒng)互聯(lián)，當(dāng)噪聲超標(biāo)時(shí)，會(huì)自動(dòng)提醒司機(jī)或施工人員進(jìn)行降噪操作[4]。

2.4在施工遠(yuǎn)程管控方面的應(yīng)用

為了滿足建筑企業(yè)安全施工和集中管理的需求，兼顧政府監(jiān)督部門的監(jiān)管要求，利用視頻管控手段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的管控;實(shí)現(xiàn)攝像頭的分區(qū)管理，如周邊防控、水面防控、高空防控等。單體選擇、群體選擇監(jiān)控探頭在三維地圖上的單體化模型，高亮顯示，并關(guān)聯(lián)后續(xù)操作。選擇攝像頭并查看其監(jiān)控可視化范圍，在應(yīng)急處理或日常管理過(guò)程中，操作員可實(shí)時(shí)了解監(jiān)控死角。

3、強(qiáng)化智慧工地發(fā)展的措施

智慧工地的建設(shè)涉及多種專業(yè)交叉和多個(gè)部門的密切配合，是服務(wù)于建筑工程全生命周期和全產(chǎn)業(yè)鏈的新理念和新技術(shù)，離不開科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、相關(guān)政策的扶持和建設(shè)單位的開拓創(chuàng)新。要讓智慧工地的建設(shè)真正發(fā)揮提質(zhì)增效、節(jié)能減排、綠色環(huán)保的目的，需要采取相關(guān)措施，保證智慧工地建設(shè)的落地生效。（1）加大政策扶持力度。要推廣智慧工地的建設(shè)，首先需要政府部門出臺(tái)相應(yīng)的扶持政策，以政策和制度作為驅(qū)動(dòng)力，指導(dǎo)和規(guī)范智慧工地的建設(shè)，免除建設(shè)單位的部分負(fù)擔(dān)，解決建設(shè)主體單位的后顧之憂，讓智慧工地的建設(shè)過(guò)程更加順暢，建設(shè)路線更加清晰。（2）推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的完善。智慧工地的實(shí)施需要依靠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的約束，目前，相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還不完善，對(duì)智慧工地的建設(shè)造成一定的阻礙，建設(shè)成效不明顯，建設(shè)質(zhì)量參差不齊。（3）加強(qiáng)技術(shù)交流。對(duì)于開展智慧工地的建設(shè)單位而言，需要將與其他先進(jìn)單位的交流學(xué)習(xí)常態(tài)化，在交流學(xué)習(xí)的過(guò)程中，分享經(jīng)驗(yàn)，共同提高，碰撞出新的創(chuàng)新點(diǎn)，避免低質(zhì)量的重復(fù)研究和不良競(jìng)爭(zhēng)。（4）加強(qiáng)智慧工地研究的延續(xù)性。在智慧工地的研究中，應(yīng)避免大而全的研究方式，要著眼具體的研究方向，集中力量，切實(shí)解決問(wèn)題。在研究完一個(gè)問(wèn)題的同時(shí)，規(guī)劃好下一步的研究方向和內(nèi)容，讓智慧工地的研究越來(lái)越深入，越來(lái)越全面，在不斷吸納融合新技術(shù)的過(guò)程中，完善智慧工地的技術(shù)體系。（5）科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。不同工地的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件、建筑形式、參建方技術(shù)水平等存在巨大的差異，智慧工地的建設(shè)要避免同一實(shí)施方案在不同工地上的簡(jiǎn)單重復(fù)。要結(jié)合工地的實(shí)際條件，在早期做好規(guī)劃，注重技術(shù)的適用性和合理性，有效降低項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)[5]。

結(jié)語(yǔ)：

雖然智慧工地的應(yīng)用還存在很多挑戰(zhàn)，但是智慧工地的廣泛開展是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。如何讓智慧工地相關(guān)技術(shù)盡快落地，需要政府部門在政策上給與大力支持，同時(shí)也需要科研院所、建筑企業(yè)開展更多、更深入的研究，形成適用于我國(guó)的智慧工地技術(shù)體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓豫，孫昊，李宇宏，等.智慧工地系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)[J].科技進(jìn)步與對(duì)策，2018，35（24）：107-111.

[2]高遠(yuǎn)超，孫立坤.以“BIM+智慧工地”構(gòu)建數(shù)字化競(jìng)爭(zhēng)力[J].施工企業(yè)管理，2021（03）：81-83.

[3]陳歡，劉清穎，蘭竹新，于在洋，張旭春.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下構(gòu)建智慧工地平臺(tái)的有效方法[J].智能建筑與智慧城市，2021（02）：40-41+50.

[4]朱玲紅，龍一玢，朱浩.基于5G與大數(shù)據(jù)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)智慧工地平臺(tái)初探[J].江西通信科技，2020（04）：26-29.

[5]丘濤.智慧工地建設(shè)的數(shù)據(jù)信息協(xié)同管理研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2019.