淺析智慧工地的研發(fā)與應(yīng)用

李雨菲 洪景延

中國化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司 遼寧盤錦 124000

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，各地建筑工地的規(guī)模和數(shù)量不斷增加，管理難度隨之激增。而“互聯(lián)網(wǎng)+”的出現(xiàn)，對建筑工地的現(xiàn)場實時管理和精細化管理都有巨大的幫助。智慧工地是一種嶄新的工程全生命周期管理理念，通過運用信息化的技術(shù)手段和相關(guān)智能設(shè)備，集中收取、傳輸、分析、再生與利用項目基礎(chǔ)信息，采用人員勞務(wù)實名制、人員安全管理、施工進度監(jiān)督、現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控等功能，來提高企業(yè)管理效率和施工現(xiàn)場的處理決策能力，助力項目管理“耳聰目明”。

1 智慧工地的定義

所謂智慧工地，就是將工程領(lǐng)域與信息化高新技術(shù)有機結(jié)合的一種工程項目全過程的全新管理理念。主要是通過高新技術(shù)手段與信息化相結(jié)合，將一切已經(jīng)發(fā)生的或即將發(fā)生的過程和問題直觀地展現(xiàn)到管理人員的面前。通過物聯(lián)網(wǎng)、智能移動端設(shè)備及相關(guān)通訊技術(shù)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進行深度挖掘與分析，提供施工過程預(yù)測和專項工程預(yù)案，實現(xiàn)工程施工的可視化、數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)化的智能管理、遠程監(jiān)控管理，從而提高施工管理的精細化水平，并逐步實現(xiàn)各個工序的有序銜接和工程精細化管理。

智慧工地既重全局，更見于細節(jié)。其將更多的信息技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、虛擬與現(xiàn)實技術(shù)，并與人員穿戴、機械設(shè)備相結(jié)合，將這些技術(shù)有機融合，再進行數(shù)據(jù)的傳輸、積累和分析，形成智慧工地上的信息網(wǎng)。通過信息網(wǎng)，管理人員可清晰地看到工地各個角落勞務(wù)人員的出勤、位置、設(shè)備材料使用消耗等情況，再將這些數(shù)據(jù)加以處理來改進工程各系統(tǒng)組織、崗位及人員的交互方式，進而提高準(zhǔn)確性、效率、靈活性和響應(yīng)速度。并通過通訊技術(shù)將有效數(shù)據(jù)傳送到公司總部，使總部主管部門及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)在辦公室就可以對全國各地的工程項目情況，有極為直觀細致的了解。

2 智慧工地的前景

建筑行業(yè)是我國支撐經(jīng)濟持續(xù)增長的主要產(chǎn)業(yè)之一，近年來產(chǎn)值不斷上升，但是增長速度卻逐年下滑。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能設(shè)備、信息傳輸、大數(shù)據(jù)分析被應(yīng)用到施工現(xiàn)場，尤其智慧工地管理平臺將信息化與傳統(tǒng)建筑行業(yè)相結(jié)合后取得了良好效果。智慧工地依靠信息化搭建的管理平臺，運用移動終端、無線數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控攝像設(shè)備、衛(wèi)星實時定位，達成24h 不間斷監(jiān)控，最終實現(xiàn)質(zhì)量、安全、成本管控、進度等大數(shù)據(jù)化，從而提高施工現(xiàn)場的管理能力，同時也意味著項目精細化管理工作進入了大數(shù)據(jù)的信息化時代。數(shù)據(jù)顯示，2017 年我國工地信息化市場規(guī)模為79.1 億元，2018 年達到99.1 億元，同比增長24%。

當(dāng)前，我國建筑行業(yè)自動化不夠、管理人員較少、勞務(wù)人員較多，監(jiān)管困難，工地的人力、材料、機械設(shè)備都存在著嚴重的浪費，資源得不到有效利用。美國建筑行業(yè)研究院的報告指出，工程建筑行業(yè)的浪費和無效工作高達57%，而制造業(yè)僅為26%，因此建筑行業(yè)亟待提高效率、杜絕浪費。開展“智慧工地”建設(shè)是實現(xiàn)建筑業(yè)精細化管理的最有效措施，也就是說，“智慧工地”是可以大幅度提高工作效率，解決企業(yè)信息化管理最后一公里的問題。相比于傳統(tǒng)信息系統(tǒng)需要錄入大量數(shù)據(jù)而言，智慧工地的數(shù)據(jù)采集、分析和匯總更加高效準(zhǔn)確，其最終以保證人員安全、降低施工成本、按時完成工程、保證質(zhì)量、保護環(huán)境為目的。

3 智慧工地的作用與管理

建筑行業(yè)勞務(wù)人員較密集，較多的施工活動主要依靠人工完成，工程規(guī)模大且施工人員眾多的時候，管理難度也相應(yīng)提升。與其他行業(yè)相比，建筑業(yè)在很多方面存在明顯不足，尤其是在科學(xué)技術(shù)應(yīng)用方面，例如智能化、信息化、精細化、高效化等信息技術(shù)的應(yīng)用。由于經(jīng)濟全球化的快速成長，建筑業(yè)作為重要經(jīng)濟支柱之一，應(yīng)當(dāng)激流勇進、銳意創(chuàng)新，急需進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和建造模式變革，來進一步加強管理效率和降本增效。

以中國化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司為例，在部署實施勞務(wù)實名制管理系統(tǒng)之前，對于勞務(wù)人員的管理較為粗放，主要是通過項目人事部門自行統(tǒng)計，實時性和準(zhǔn)確率大打折扣，工時計算也難以保障，給項目綜合管理及企業(yè)品牌形象建設(shè)帶來了很大挑戰(zhàn)。后來，通過部署實施勞務(wù)實名制管理系統(tǒng)，規(guī)范管理勞務(wù)用工，保證勞務(wù)用工實名制，從而實現(xiàn)了約束勞務(wù)用工、提升勞務(wù)用工質(zhì)量。同時，又推動對項目勞務(wù)用工統(tǒng)計的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。經(jīng)過一年多的勞務(wù)實名制管理系統(tǒng)部署實施，考勤打卡率大幅度提升，在勞務(wù)用工管理上取得了較好的成果。

4 智慧工地研發(fā)

4.1 研發(fā)準(zhǔn)備

智慧工地研發(fā)需要把腳步落下來，前期要到各個項目上進行廣泛走訪調(diào)研，了解應(yīng)用需求和管理難點、痛點和重點，對標(biāo)先進企業(yè)并進行廣泛交流，了解其智慧工地的情況。掌握大量數(shù)據(jù)事實后，再結(jié)合公司實際，進行扎實的研發(fā)準(zhǔn)備工作。

智慧工地相關(guān)系統(tǒng)的賬號管理應(yīng)該按照層級進行科學(xué)分配，不能無限制開放，其主要的獲取方式：先在平臺申請需要對接的項目，審核通過后采用MD 加密算法發(fā)送相關(guān)賬號密碼；對項目需求進行整理，調(diào)用集團側(cè)平臺的API 接口，獲取授權(quán)Access Token，做好上傳數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作。

4.2 研發(fā)目標(biāo)

以勞務(wù)實名制系統(tǒng)為例，研發(fā)目標(biāo)就是能夠成功獲取集團公司勞務(wù)實名制的授權(quán)Access Token，并將勞務(wù)實名制系統(tǒng)里面的實時數(shù)據(jù)通過API 接口成功推送到集團公司數(shù)據(jù)中心，最大程度地將所有集團公司要求的有效數(shù)據(jù)進行及時主動推送。同時，智慧工地平臺要更方便地進行現(xiàn)場管理人員數(shù)據(jù)采集，避免無效的數(shù)據(jù)采集，并針對現(xiàn)場情況進行擴展工地監(jiān)控、安全帽提示、電子圍欄等項目。另外，對本地端的人臉識別設(shè)備進行優(yōu)化，做到更快、更精準(zhǔn)的識別目標(biāo)。

4.3 研發(fā)過程

（1）人員數(shù)據(jù)錄入、人臉信息采集：此過程中要求項目管理人員對項目上的勞務(wù)人員進行入場培訓(xùn)，并收集人員信息，包含身份證信息、工作時長、是否有重大疾病及應(yīng)急聯(lián)系人等。一方面是為了滿足集團公司的數(shù)據(jù)需求，另一方面是確保勞務(wù)人員為實名制上崗，且身體狀況能完成施工任務(wù)。人員錄入信息后，可通過公司配備的攝像頭進行人臉信息采集，采集時要求人臉光線均勻沒有陰影，背景盡量為純色、無雜物。

（2）人員數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸至人臉識別機：數(shù)據(jù)通過CPE 及物聯(lián)網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)傳輸，項目管理人員將人員數(shù)據(jù)收集以后進行權(quán)限下發(fā)；人員的信息通過無線傳輸進入人臉識別機，更改任何與人員有關(guān)的數(shù)據(jù)后都要進行權(quán)限下發(fā)，更新設(shè)備中的人員數(shù)據(jù)。

（3）勞務(wù)人員通過人臉識別機進行打卡：人臉識別機通過人員雙目識別進行判斷，可在勞務(wù)人員佩戴口罩及安全帽的情況下進行識別。若施工人員未戴安全帽，設(shè)備還會進行提示。在背光、陰天、夜晚的情況下，設(shè)備可通過自身的補光功能進行補光，所以即使在沒有光源的情況下仍然可以打卡。

（4）數(shù)據(jù)上傳至公司服務(wù)器：項目數(shù)據(jù)實時上傳至公司服務(wù)器中，確保不會因意外情況造成數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，仍然可以通過設(shè)備中存儲的人員信息記錄進行考勤，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)以后設(shè)備會通過斷點續(xù)傳將考勤數(shù)據(jù)傳輸至公司服務(wù)器內(nèi)。

（5）數(shù)據(jù)分析對比：根據(jù)采集上來的數(shù)據(jù)，公司平臺會生成考勤明細表、出勤統(tǒng)計表、出勤人數(shù)統(tǒng)計表和出勤人數(shù)占比表。項目管理人員據(jù)此對施工進度進行研判，確定是否需要調(diào)整。

（6）將集團所需數(shù)據(jù)傳至集團數(shù)據(jù)中心：公司平臺與集團數(shù)據(jù)中心對接后，按照集團要求調(diào)整數(shù)據(jù)定時進行上傳。

實名制數(shù)據(jù)采集流程示意圖見圖1。

圖1 實名制數(shù)據(jù)采集流程示意圖

4.4 MD5 加密算法在研發(fā)中的應(yīng)用

MD5 算法是一種被廣泛使用的密碼散列函數(shù)，可以產(chǎn)生出一個128 位（16 字節(jié)）的散列值，用于確保信息傳輸?shù)耐暾恢??？梢詫崿F(xiàn)數(shù)據(jù)簽名、數(shù)據(jù)完整性校驗等功能，由于其不可逆性，有時會用做敏感信息的加密。MD5算法具有以下特性：

（1）不可逆性：MD5 加密算法是一種比較常用的單向加密算法，無法通過常規(guī)方式從MD5 值倒推出它的原文；

（2）壓縮性：無論輸入的消息有多長，都會將輸出轉(zhuǎn)化為128 位（16 字節(jié)）的散列值；

（3）抗修改性：對原文稍作改動，MD5 值就會有巨大的變動，不能因為兩個MD5 值相似就認為輸入的消息相似；

（4）抗碰撞性：很少會有兩個不同的數(shù)據(jù)具有相同的MD5 值，不同的輸入會產(chǎn)生不同的輸出。

5 智慧工地的應(yīng)用

5.1 勞務(wù)實名制

勞務(wù)實名制作為工地管理中極為重要的一個板塊，通過大數(shù)據(jù)分析可推算出每天的工作量與投入產(chǎn)出，同時可有效地規(guī)避和減少用工風(fēng)險，解決勞務(wù)糾紛，避免惡性事件發(fā)生，進而提升勞務(wù)用工質(zhì)量。

勞務(wù)實名制考勤采用人臉錄入設(shè)備，將數(shù)據(jù)信息通過web 端下發(fā)到人臉識別設(shè)備上；人臉識別設(shè)備在考勤過后，通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將考勤數(shù)據(jù)回傳到系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)分析。勞務(wù)人員可以在戴著安全帽和口罩的情況下通過雙目快速識別，考勤設(shè)備識別時間低于0.2s，識別率達到99%以上，極大地減少了勞務(wù)人員等待時間、疫情感染的概率，加快打卡速率。同時，人員未佩戴安全帽時會給予糾正，做到有效的進場安全提示。

項目的考勤數(shù)據(jù)可以成功地傳至公司的服務(wù)器中，準(zhǔn)確推送至集團公司。并在數(shù)據(jù)更新或修改時，及時進行新數(shù)據(jù)的增量推送。公司和集團都能通過智慧工地平臺，直觀地了解項目上現(xiàn)有勞務(wù)人員的實時情況。

（1）考勤明細表：顯示人員每日考勤明細，包括打卡時間、工作時長，未達到工作時長會在人員名單后有特殊標(biāo)記，方便項目考勤人員進行統(tǒng)計。

（2）出勤統(tǒng)計：統(tǒng)計任意一段時間內(nèi)人員的出勤狀況，可以看出近一段時間內(nèi)勞務(wù)人員是否根據(jù)項目要求工做，是否有遲到早退的情況。

（3）出勤人數(shù)統(tǒng)計：統(tǒng)計任意一段時間內(nèi)項目施工人員人數(shù)，可以表格的形式查看也可以直接生成折線圖。折線圖可以更加直觀地顯示某段時間內(nèi)勞務(wù)人員的出勤情況。詳見圖2。

圖2 出勤人數(shù)統(tǒng)計圖

（4）出勤人數(shù)占比：出勤人數(shù)占比是以表格和柱形圖的形式展現(xiàn)的，可以更清晰地展示各家勞務(wù)分包公司的勞務(wù)人員占整個項目勞務(wù)人員之比。同時，也可以通過出勤人數(shù)占比統(tǒng)計表統(tǒng)計出各家勞務(wù)單位的出勤率。詳見圖3。

圖3 出勤人數(shù)占比圖

5.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM 技術(shù)實現(xiàn)了工程圖紙由二維模型到三維模型的轉(zhuǎn)換，也將工程中遇到的問題由被動發(fā)現(xiàn)變?yōu)橹鲃影l(fā)現(xiàn)、主動解決，節(jié)省了大量的人力和物力。BIM 技術(shù)主要有以下幾個特點：可視性、模擬性、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性、一體化性、信息完備性、參數(shù)化行和可出圖性。這幾個特性可以準(zhǔn)確快速地計算工程量，從而提升施工預(yù)算的精確度，讓企業(yè)精確定制人材計劃，大大減少倉儲環(huán)節(jié)的浪費。

5.3 電子監(jiān)控、安全帽提示

安全生產(chǎn)是企業(yè)生存和發(fā)展的第一要素。建筑生產(chǎn)活動多為露天高空作業(yè)，不安全因素較多，有些工作危險性較大，是事故多發(fā)性行業(yè)。例如，有些勞務(wù)人員認識不到安全帽、保險繩對于保證人身安全多么重要，往往安全管理人員提醒就穿戴好，安全管理人員走后就疏于防護。因作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、點多面廣，安全人員人數(shù)、精力有限，不可能全天候監(jiān)督。而安全帽提示系統(tǒng)核心算法的推廣，將AI 深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于視頻分析，自動識別未佩戴安全帽的行為，速度快、識別率高，大大提升了現(xiàn)場管理水準(zhǔn)，為智慧工地賦能。在此背景下，通過管理平臺的數(shù)據(jù)分析、安全監(jiān)控、智能預(yù)警等，為建設(shè)單位、施工單位和政府監(jiān)管部門提供科學(xué)有效的建議和解決方案，實現(xiàn)工程項目各業(yè)務(wù)流的有效結(jié)合和深度融合，從而提高施工質(zhì)量、安全、效率，進而提升建筑企業(yè)的施工水平和精細化管理能力。

6 結(jié)語

智慧工地主要以互聯(lián)網(wǎng)為通信基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)、云計算等作為核心技術(shù)，無線傳感設(shè)備、虛擬現(xiàn)實設(shè)備作為支撐。