智能工地應(yīng)用價(jià)值與功能重要性實(shí)證分析

吳小琴 周 誠(chéng) 駱漢賓 劉 穎

(華中科技大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院,武漢 430074)

引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)建筑業(yè)迅速發(fā)展，建造能力不斷增強(qiáng)，體量不斷增大，逐漸成為重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)支撐，但依舊保持著高度分散且復(fù)雜的傳統(tǒng)建造模式。2017年7月21日，國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見(jiàn)》中顯示，我國(guó)建筑業(yè)存在著監(jiān)管體制機(jī)制不健全、工程建設(shè)組織方式落后、質(zhì)量安全事故多、市場(chǎng)存在違法違規(guī)行為、企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)、工人技能素質(zhì)偏低等問(wèn)題[1]。2020年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十三部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確提出，到2025年，我國(guó)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的政策體系和產(chǎn)業(yè)體系基本建立，建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)初步建立，推動(dòng)形成一批智能建造龍頭企業(yè)，打造“中國(guó)建造”升級(jí)版； 到2035年，我國(guó)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展取得顯著進(jìn)展，建筑工業(yè)化全面實(shí)現(xiàn)，邁入智能建造世界強(qiáng)國(guó)行列[2]。不難預(yù)測(cè)，在這樣的背景下，智能工地將成為未來(lái)建造方式的主流趨勢(shì)。

智能工地通過(guò)傳感器技術(shù)[3]、非接觸處式檢測(cè)技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)[4]對(duì)工程要素進(jìn)行感知，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)光纖傳輸、WiFi、藍(lán)牙、5G[5]等傳輸技術(shù)將進(jìn)行傳輸，再結(jié)合云計(jì)算、邊緣計(jì)算等平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策，還大量運(yùn)用智能工地[6]、VR[7]等新興技術(shù)，進(jìn)而對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。同時(shí)，智能工地提供了一種全新的管理模式，通過(guò)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目參與各方進(jìn)行協(xié)調(diào)，大大減少了因信息傳遞不通暢而浪費(fèi)的時(shí)間，從而提高管理效率、決策速度以及保障施工的質(zhì)量和安全，真正做到數(shù)字化、精細(xì)化、智能化管理[8]。從國(guó)家層面到地方政府都十分重視智能工地的發(fā)展，紛紛出臺(tái)相應(yīng)的政策，但我國(guó)的智能工地發(fā)展仍存在意識(shí)不足、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、成本高、實(shí)用性差等問(wèn)題，難以真正發(fā)揮智能工地的價(jià)值[9]。為了在全國(guó)范圍內(nèi)順利推廣智能工地，真正實(shí)現(xiàn)智能工地的應(yīng)用價(jià)值，提升建筑業(yè)工業(yè)化、信息化水平，還需采取相應(yīng)措施。

基于對(duì)智能工地應(yīng)用價(jià)值的調(diào)研，針對(duì)智能工地應(yīng)用價(jià)值不高、功能重要性不明顯的問(wèn)題，本文首先通過(guò)文獻(xiàn)梳理對(duì)智能工地關(guān)鍵技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行整合，繪制智能工地技術(shù)圖譜和產(chǎn)業(yè)圖譜，運(yùn)用相關(guān)分析和因子分析方法對(duì)不同主體間的智能工地價(jià)值認(rèn)識(shí)、不同類型智能工地功能重要性以及智能工地應(yīng)用的問(wèn)題和影響因素進(jìn)行分析，最終對(duì)智能工地應(yīng)用發(fā)展提出建議，推動(dòng)智能工地的應(yīng)用，提高智能工地應(yīng)用價(jià)值。

1 智能工地定義與關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 智能工地研究文獻(xiàn)研究

為了更清晰地了解國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)智能工地的研究情況，對(duì)國(guó)內(nèi)外以往學(xué)者已發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行綜述是最好的方法，所以本研究采取三步文獻(xiàn)綜述法，對(duì)智能工地研究領(lǐng)域的文章進(jìn)行歸納整理[10]，并通過(guò)應(yīng)用VOSviewer軟件對(duì)文獻(xiàn)的相關(guān)信息進(jìn)行可視化，具體實(shí)施方法如圖1所示。

圖1 三步文獻(xiàn)綜述法

在web of science網(wǎng)站上進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，輸入關(guān)鍵詞“smart construction site”和“intelligent construction site”，選擇WOS的核心合集進(jìn)行檢索，共檢索到655篇文獻(xiàn)，再選擇文獻(xiàn)類型為“期刊文獻(xiàn)”和“綜述”，共得到文獻(xiàn)393篇； 之所以選擇這兩個(gè)類型的文獻(xiàn)，是因?yàn)轭愃茣?huì)議文獻(xiàn)所包含的有用信息太少，故選擇剔除，對(duì)剩下的393篇文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀，選出與“智能工地”無(wú)關(guān)的文章，或是雖提及了“智能工地”但不側(cè)重與“智能工地”內(nèi)容相關(guān)的文章進(jìn)行刪除，最終得到文章278篇，作為后續(xù)科學(xué)分析的文獻(xiàn)樣本。如圖2～4所示。

圖2 文獻(xiàn)發(fā)表年份

圖3 發(fā)表智能工地研究的期刊來(lái)源的可視化

圖4 關(guān)鍵詞可視化

1.2 智能工地定義

隨著全球主要工業(yè)化國(guó)家均因地制宜地制定了以智能制造為核心的制造業(yè)變革戰(zhàn)略，我國(guó)建筑業(yè)也迫切需要制定工業(yè)化與信息化相融合的智能建造發(fā)展戰(zhàn)略，徹底改變碎片化、粗放式的工程建造模式[11]，在這樣的背景下，“中國(guó)建造2035”研究課題應(yīng)運(yùn)而生。中國(guó)工程院院士、華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院丁烈云教授認(rèn)為，智能建造是新一代信息技術(shù)與工程建造融合形成的工程建造創(chuàng)新模式，即利用以“三化”(數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化)和“三算”(算據(jù)、算力、算法)為特征的新一代信息技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)工程建造要素資源數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過(guò)規(guī)范化建模、網(wǎng)絡(luò)化交互、可視化認(rèn)知、高性能計(jì)算以及智能化決策支持，實(shí)現(xiàn)數(shù)字鏈驅(qū)動(dòng)下的工程立項(xiàng)策劃、規(guī)劃設(shè)計(jì)、施(加)工生產(chǎn)、運(yùn)維服務(wù)一體化集成與高效率協(xié)同，不斷拓展工程建造價(jià)值鏈、改造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)形態(tài)，向用戶交付以人為本、綠色可持續(xù)的智能化工程產(chǎn)品與服務(wù)。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合智慧工地的定義，本文定義了智能工地的含義：充分利用工程物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合BIM、人工智能、機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)等信息化技術(shù)，將施工現(xiàn)場(chǎng)各工程要素互相連接、采集數(shù)據(jù)，通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，提供施工預(yù)測(cè)及施工方案，實(shí)現(xiàn)工程施工可視化智能管理，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的工地建造管理模式。智能工地不是簡(jiǎn)單地將先進(jìn)前沿技術(shù)與傳統(tǒng)建筑工地相結(jié)合，而是與先進(jìn)的建造方法、建筑材料相結(jié)合的一種新型建造管理模式。

1.3 智能工地關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 智能工地關(guān)鍵技術(shù)分類

智能工地的功能和價(jià)值實(shí)現(xiàn)都是通過(guò)各種前沿的技術(shù)來(lái)支撐的，與計(jì)算機(jī)的信息技術(shù)進(jìn)行結(jié)合是智能工地能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理的關(guān)鍵。在對(duì)智能工地的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行整理的過(guò)程中，首先在中國(guó)知網(wǎng)等學(xué)術(shù)網(wǎng)站進(jìn)行高級(jí)搜索，輸入“智能工地”、“智慧工地”、“建筑信息化”等關(guān)鍵詞，通過(guò)大量相關(guān)文獻(xiàn)的整理分析進(jìn)行關(guān)鍵詞提取，并進(jìn)行刪減合并； 同時(shí)收集各類會(huì)議、報(bào)告等資料，尤其是在智能工地供應(yīng)商的公司官網(wǎng)進(jìn)行資料收集，最終從工程互聯(lián)的角度來(lái)看，智能工地關(guān)鍵技術(shù)主要包括感知、傳輸、決策等技術(shù)。

(1)感知技術(shù)

感知技術(shù)是工程數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ)，主要涉及傳感器技術(shù)[12]、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)以及非接觸式檢測(cè)技術(shù)。傳感器技術(shù)是利用不同的傳感器對(duì)工程要素進(jìn)行感知，把收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，傳輸?shù)接珊笈_(tái)算法進(jìn)行處理。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬人的視覺(jué)功能收集圖像信息，進(jìn)行處理并加以分析，最終用于實(shí)際檢測(cè)、測(cè)量和控制[13]。非接觸式檢測(cè)技術(shù)是利用不同頻率的電磁波對(duì)工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行探測(cè)，相比于表觀測(cè)量，該技術(shù)能夠更早地發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患。

(2)傳輸技術(shù)

傳輸技術(shù)是工程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享的重要保障，目前比較常用的是有線傳輸、無(wú)線傳輸以及下一代通訊技術(shù)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，有線傳輸技術(shù)已經(jīng)十分成熟，主要包括現(xiàn)場(chǎng)總線和光纖傳輸兩種方式。其中，現(xiàn)場(chǎng)總線具有簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，主要在相對(duì)固定的工程場(chǎng)景使用，如能源站、大壩等。光纖傳輸具有傳輸距離長(zhǎng)、靈敏度高、保密性好的優(yōu)勢(shì)，在地鐵等線性工程建造中應(yīng)用更為廣泛。無(wú)線傳輸技術(shù)由大量的無(wú)線通訊節(jié)點(diǎn)及系統(tǒng)組成，具有自組織能力強(qiáng)、大規(guī)模高冗余部署的優(yōu)勢(shì)，適合條件惡劣的極端工況。5G作為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，有數(shù)據(jù)傳輸快、延遲少、能耗低、費(fèi)用低、系統(tǒng)容量大和大規(guī)模設(shè)備連接快捷等優(yōu)點(diǎn)[14]。

(3)決策技術(shù)

決策技術(shù)是工程數(shù)據(jù)處理的手段，主要涉及云計(jì)算、邊緣計(jì)算、人工智能等技術(shù)。云計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)云端計(jì)算資源進(jìn)行海量數(shù)據(jù)處理的一種方式，這種方式具有高可靠性、按需服務(wù)的特點(diǎn)，可避免在施工現(xiàn)場(chǎng)部署服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)，降低工程物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施成本。邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。和云計(jì)算相比，邊緣計(jì)算更為高效，更有利于工程風(fēng)險(xiǎn)信息的及時(shí)預(yù)警。人工智能是研發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)。

1.3.2 智能工地應(yīng)用技術(shù)圖譜

對(duì)收集的資料進(jìn)行整理形成技術(shù)整合分析，得出中國(guó)智能工地應(yīng)用技術(shù)圖譜。首先在中國(guó)知網(wǎng)對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，輸入關(guān)鍵詞“智慧工地”，經(jīng)過(guò)閱讀整理，篩選出文獻(xiàn)中頻率相對(duì)較高的“智能工地技術(shù)”，整合得到智能工地應(yīng)用技術(shù)圖譜，如圖5所示。

2 智能工地應(yīng)用價(jià)值

合理梳理智能工地的應(yīng)用價(jià)值，為智能工地應(yīng)用價(jià)值評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建提供重要保障，全面提高其綜合性、科學(xué)性、層次性等，提高建設(shè)項(xiàng)目的管理水平，保證建筑產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)對(duì)前人的研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，參考BIM應(yīng)用價(jià)值維度，將智能工地的應(yīng)用價(jià)值維度分為工地要素、參與主體、過(guò)程三個(gè)方面[15]。在要素維度下，主要涉及的是對(duì)“人、機(jī)、料、法、環(huán)、品”六個(gè)工地要素的管理功能； 而參與主體維度主要包括業(yè)主、施工單位、供應(yīng)商單位等； 在過(guò)程維度下，智能工地的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)通過(guò)計(jì)算、分析帶來(lái)的進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全優(yōu)化價(jià)值。三個(gè)維度相互影響，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，智能工地應(yīng)用價(jià)值指標(biāo)體系如圖6所示。

圖5 智能工地應(yīng)用技術(shù)圖譜

圖6 智能工地應(yīng)用價(jià)值指標(biāo)體系

2.1 要素維度應(yīng)用價(jià)值

就對(duì)工地要素的管理維度來(lái)說(shuō)，智能工地的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下方面：

(1)“人”指工作主體，泛指在工地上工作所有工作、管理人員，智能工地的引入使得對(duì)工地人員的管理更加智能化。通過(guò)勞務(wù)實(shí)名系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)[16]等功能對(duì)進(jìn)出施工現(xiàn)場(chǎng)的人員進(jìn)行身份識(shí)別、自動(dòng)考勤，提高管理效率。定位系統(tǒng)可以準(zhǔn)確識(shí)別定位施工現(xiàn)場(chǎng)的人員分布情況，對(duì)工人的行為進(jìn)行監(jiān)控識(shí)別，當(dāng)工人面臨危險(xiǎn)時(shí)可以通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警，保證工地人員安全。

(2)“機(jī)”指人所控制的一切對(duì)象的總稱，包括各類機(jī)械和工具。智能工地傳感器技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)和人工智能技術(shù)等，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械和操作人員的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、分析和理解，一方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械最優(yōu)配置，同時(shí)通過(guò)人工智能和自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)械的使用。

(3)“料”指制造產(chǎn)品所使用的原材料，這里指的是為建成建筑產(chǎn)品所出現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)的物料，如鋼筋、水泥、預(yù)制件等等。通過(guò)RFID技術(shù)將帶有物料信息的標(biāo)簽嵌入構(gòu)件，可完成對(duì)構(gòu)件信息的實(shí)時(shí)讀取，并基于此建立裝配式建筑設(shè)計(jì)—加工—運(yùn)輸—裝配一體化監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同和物件跟蹤，保證構(gòu)件質(zhì)量和裝配精度，同時(shí)開(kāi)發(fā)了基于傳感網(wǎng)絡(luò)和RFID的硬件工具包并將其用于提升機(jī)，通過(guò)感知物料信息將其運(yùn)送到正確的位置，實(shí)現(xiàn)工地自動(dòng)化物流和物料位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(4)“法”指制造產(chǎn)品所使用的方法，包括施工流程和施工工藝，以塔機(jī)安全監(jiān)控管理、如深基坑監(jiān)測(cè)、高支模監(jiān)測(cè)、腳手架監(jiān)測(cè)、隧道支護(hù)監(jiān)測(cè)、吊籃監(jiān)控、施工升降機(jī)安全監(jiān)控管理、塔機(jī)視頻安全管理、工地可視化監(jiān)控等為代表的智慧監(jiān)控終端，作為焦點(diǎn)環(huán)節(jié)監(jiān)控終端，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理。

(5)“環(huán)”指人、機(jī)共處的特定工作條件，包括自然施工條件和人造施工條件。智能工地開(kāi)發(fā)了噪聲監(jiān)控、有害氣體監(jiān)測(cè)、揚(yáng)塵監(jiān)控、鷹眼全景監(jiān)控等監(jiān)控系統(tǒng)，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控施工環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，保證施工作業(yè)的順利進(jìn)行。同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)、BIM技術(shù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程建設(shè)領(lǐng)域相關(guān)過(guò)程的全方位監(jiān)測(cè)管理，提高工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，減少工程變更，極大程度節(jié)約了成本，保證施工的安全和施工質(zhì)量。

(6)“建造成品”指工程臨時(shí)或永久結(jié)構(gòu)，對(duì)建筑的監(jiān)控也是建造智能工地的重要一環(huán)，通過(guò)建筑能耗監(jiān)控、智能安防等系統(tǒng)來(lái)提高建筑產(chǎn)品的安全性和居住舒適性，以實(shí)現(xiàn)建筑智能化。

通過(guò)問(wèn)卷調(diào)研發(fā)現(xiàn)，智能工地的使用在工地人員管理、施工方法以及工程臨時(shí)/永久結(jié)構(gòu)管理三個(gè)方面產(chǎn)生的價(jià)值相對(duì)較大，均有平均分在4分以上的選項(xiàng)，而在施工機(jī)械管理、物料管理以及工程環(huán)境監(jiān)控管理方面產(chǎn)生的價(jià)值均鮮有超過(guò)4分的選項(xiàng)。通過(guò)對(duì)智能工地的應(yīng)用對(duì)工地要素活動(dòng)產(chǎn)生價(jià)值進(jìn)行排名，可以看出，前十名中主要是對(duì)工人的管理、施工方法、工程臨時(shí)/半永久結(jié)構(gòu)的活動(dòng)產(chǎn)生價(jià)值較多，尤其是對(duì)工人的身份處于最高的一項(xiàng)，智能工地的應(yīng)用帶來(lái)的價(jià)值最直觀的體現(xiàn)就在對(duì)工人人員進(jìn)出的管理。此外對(duì)于施工較為關(guān)鍵的施工方法、機(jī)械以及對(duì)臨時(shí)/半永久結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，智能工地的應(yīng)用也發(fā)揮出了較大的價(jià)值。在環(huán)境保護(hù)方面產(chǎn)生的價(jià)值排名反而較為靠后，一方面是因?yàn)槠胀ǖ墓さ匾矔?huì)進(jìn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)，智能工地應(yīng)用并沒(méi)有帶來(lái)太大的改善；另一方面是因?yàn)槟壳笆┕さ沫h(huán)境仍有很大的改善空間。智能工地使用對(duì)各工地要素活動(dòng)產(chǎn)生的價(jià)值平均分如圖7所示。

圖7 智能工地使用對(duì)各工地要素活動(dòng)產(chǎn)生的價(jià)值平均分TOP20

2.2 主體維度應(yīng)用價(jià)值

對(duì)于業(yè)主也就是建設(shè)單位來(lái)說(shuō)，智能工地的應(yīng)用使得管理人員對(duì)整個(gè)項(xiàng)目有了更清晰的把握，能對(duì)工程的進(jìn)度、成本、質(zhì)量進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。同時(shí)智能工地提供了一個(gè)和施工方、供應(yīng)商等交流的平臺(tái)，使信息溝通更加順暢，減少損失。

對(duì)于施工單位來(lái)說(shuō)，利用智能工地提供的勞務(wù)系統(tǒng)，可以對(duì)工人的身份進(jìn)行驗(yàn)證，保證人員和施工現(xiàn)場(chǎng)的安全，同時(shí)對(duì)工人考勤和工時(shí)核算有了更加清晰的依據(jù)； 且對(duì)于智能工地上的機(jī)械管理跟蹤可以通過(guò)視頻監(jiān)控、室外定位及智能傳感等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，保證安全施工的同時(shí)也提高了工作效率。智能工地應(yīng)用提供了工地的實(shí)際工況，施工管理人員可以根據(jù)施工計(jì)劃和實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行施工進(jìn)度的調(diào)整，保證施工順利進(jìn)行。

就供應(yīng)商的角度來(lái)看，智能工地的應(yīng)用使得對(duì)于相關(guān)智能產(chǎn)品的需求變大，供應(yīng)商可以打開(kāi)市場(chǎng)，提升市場(chǎng)份額的同時(shí)增強(qiáng)自己的品牌效應(yīng)。智能工地服務(wù)商提供的智能工地產(chǎn)品、解決方案在應(yīng)用于實(shí)際工程場(chǎng)景時(shí)，也能根據(jù)實(shí)際的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行升級(jí)和發(fā)展，對(duì)于供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，智能工地更重要的價(jià)值在于其實(shí)際工程所帶來(lái)的工程數(shù)據(jù)，幫助產(chǎn)品升級(jí)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更智能的應(yīng)用。

為了評(píng)估不同的項(xiàng)目參與方對(duì)智能工地產(chǎn)生的價(jià)值大小的認(rèn)識(shí)是否一致，在價(jià)值評(píng)分平均值排序的基礎(chǔ)之上計(jì)算了Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)，得到的結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，受訪者的工作類型之間的顯著性系數(shù)都大于0.5，但整體沒(méi)有超過(guò)0.7，這說(shuō)明了智能工地的應(yīng)用產(chǎn)生的價(jià)值跟受訪者的工作類型并無(wú)直接關(guān)聯(lián)，即在不同類型的工作人員看來(lái)，智能工地的應(yīng)用都是有價(jià)值的。

表1 Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)

2.3 過(guò)程維度應(yīng)用價(jià)值

智能工地應(yīng)用對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程產(chǎn)生的主要價(jià)值體現(xiàn)在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全、施工質(zhì)量、進(jìn)度三個(gè)方面。

智能工地有助于實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)“人、機(jī)、料、法、環(huán)、品”各關(guān)鍵要素實(shí)時(shí)、全面、智能的監(jiān)控和管理，有效增強(qiáng)了對(duì)工地要素的管理水平，對(duì)不規(guī)范的作業(yè)方式以及潛在的施工風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)警，支持了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、項(xiàng)目管理者、監(jiān)理人員各層協(xié)同和管理工作，保證了現(xiàn)場(chǎng)人員和施工機(jī)械的安全。

通過(guò)智能工地的應(yīng)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，規(guī)范質(zhì)量檢查、檢測(cè)行為，保障工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工人身份管理和勞務(wù)實(shí)名制管理，保證現(xiàn)場(chǎng)人員有跡可循，有效支撐行業(yè)主管部門對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量的監(jiān)管和服務(wù)，以及提升項(xiàng)目成果的質(zhì)量。

智能工地通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)(如BIM、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等)和先進(jìn)的管理方式(勞務(wù)系統(tǒng)管理、智能施工方案)，讓施工現(xiàn)場(chǎng)能夠更全面地展現(xiàn)在相關(guān)管理人員面前，大大提升管理效率，同時(shí)先進(jìn)的施工作業(yè)方式也現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的工作效率，有效控制項(xiàng)目進(jìn)度。

通過(guò)因子分析得出結(jié)論，智能工地的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在“施工安全”、“施工進(jìn)度”、“施工環(huán)境”、“施工質(zhì)量”、“施工成本”。

3 智能工地功能重要性分析

3.1 智能工地案例的功能分析

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的幾類智能工地的功能分析發(fā)現(xiàn)，不同智能工地的側(cè)重點(diǎn)有所不同，但目前的智能工地的功能設(shè)置更多集中在對(duì)人員的勞務(wù)管理、安全預(yù)防，同時(shí)對(duì)環(huán)境的保護(hù)也始終處于重要位置。不同智能工地的功能異同如表2所示。

表2 不同類型智能工地功能異同

3.2 智能工地不同要素功能重要性排序

綜合參考產(chǎn)學(xué)研各界的意見(jiàn)，本調(diào)研一方面從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、品”出發(fā)，調(diào)查了智能工地的功能需求； 另一方面從不同建設(shè)領(lǐng)域出發(fā)，調(diào)查了不同的建設(shè)領(lǐng)域?qū)χ悄芄さ氐墓δ苄枨螅瑢?wèn)卷分為了房建、市政、橋隧、軌道交通以及其他五個(gè)建筑領(lǐng)域來(lái)分析； 通過(guò)詢問(wèn)工作者對(duì)認(rèn)為智能工地應(yīng)具備的功能的重要性來(lái)進(jìn)行計(jì)分，其中1分表示該功能不重要，5分表示該功能十分重要。調(diào)研結(jié)果如圖8-13所示。

圖8 針對(duì)“人”這一要素智能工地應(yīng)具備功能的重要性平均分排名

圖9 針對(duì)“機(jī)”這一要素智能工地應(yīng)具備功能的重要性平均分排名

圖10 針對(duì)“料”這一要素智能工地應(yīng)具備功能的重要性平均分排名

圖11 針對(duì)“法”這一要素智能工地應(yīng)具備功能的重要性平均分排名

圖12 針對(duì)“環(huán)”這一要素智能工地應(yīng)具備功能的重要性平均分排名

圖13 針對(duì)“品”這一要素智能工地應(yīng)具備功能的重要性平均分排名

圖14 房建領(lǐng)域智能工地重要功能TOP10

3.3 不同類型智能工地功能重要性分析

整理分析了不同建筑領(lǐng)域的受訪者對(duì)智能工地各部分功能的重視程度。其中接觸過(guò)房建領(lǐng)域的受訪者有84位，而在這些受訪者中認(rèn)為智能工地最應(yīng)該具備的功能前十名依次為：基于人臉識(shí)別的入場(chǎng)身份監(jiān)控、橋梁監(jiān)測(cè)、深基坑智能監(jiān)測(cè)、大體積混凝土智能監(jiān)測(cè)、腳手架智能監(jiān)測(cè)、邊坡智能監(jiān)測(cè)、勞務(wù)實(shí)名制管理、高支模智能監(jiān)測(cè)、管廊監(jiān)測(cè)、大壩智能監(jiān)測(cè)。如圖14所示。

接觸過(guò)市政智能工地的34名受訪者認(rèn)為該智能工地最應(yīng)該具備的功能前十名依次是：基于人臉識(shí)別的入場(chǎng)身份監(jiān)控、危險(xiǎn)氣體(瓦斯、CO等)監(jiān)測(cè)、高支模智能監(jiān)測(cè)、橋梁監(jiān)測(cè)、大壩智能監(jiān)測(cè)、深基坑智能監(jiān)測(cè)、智能實(shí)測(cè)實(shí)量、大體積混凝土智能監(jiān)測(cè)、邊坡智能監(jiān)測(cè)、勞務(wù)實(shí)名制管理、施工機(jī)械遠(yuǎn)程安全監(jiān)控、工地視頻實(shí)景監(jiān)控、管廊監(jiān)測(cè)。如圖15所示。

圖15 市政領(lǐng)域智能工地重要功能TOP10

受訪者中接觸過(guò)橋隧智能工地的有29名，這些受訪者認(rèn)為橋隧智能工地最應(yīng)該具備的功能前十名依次是：基于人臉識(shí)別的入場(chǎng)身份監(jiān)控、邊坡智能監(jiān)測(cè)、大壩智能監(jiān)測(cè)、橋梁監(jiān)測(cè)、管廊監(jiān)測(cè)、大體積混凝土智能監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)氣體(瓦斯、CO等)監(jiān)測(cè)、勞務(wù)實(shí)名制管理、深基坑智能監(jiān)測(cè)、高支模智能監(jiān)測(cè)。如圖16所示。

圖16 橋隧領(lǐng)域智能工地重要功能TOP10

受訪者中接觸過(guò)軌道交通智能工地的有25名，這些受訪者認(rèn)為軌道交通智能工地最應(yīng)該具備的功能前十名依次是：基于人臉識(shí)別的入場(chǎng)身份監(jiān)控、危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)、混凝土攪拌站監(jiān)控、邊坡智能監(jiān)測(cè)、大壩智能監(jiān)測(cè)、橋梁監(jiān)測(cè)、智能實(shí)測(cè)實(shí)量、深基坑智能監(jiān)測(cè)、工地視頻實(shí)景監(jiān)控、管廊監(jiān)測(cè)。如圖17所示。

受訪者中有20名接觸過(guò)水利、工業(yè)以及其他類型的智能工地，這些受訪者認(rèn)為這些類型智能工地最應(yīng)該具備的功能前十名依次是：基危險(xiǎn)氣體(瓦斯、CO等)監(jiān)測(cè)、基于人臉識(shí)別的入場(chǎng)身份監(jiān)控、施工機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)監(jiān)控、勞務(wù)實(shí)名制管理、電子圍欄、無(wú)人機(jī)工地安全巡檢、工地視頻實(shí)景監(jiān)控、施工機(jī)械工地定位、深基坑智能監(jiān)測(cè)、橋梁監(jiān)測(cè)。如圖18所示。

圖17 軌道交通領(lǐng)域智能工地重要功能TOP10

圖18 其他交通領(lǐng)域智能工地重要功能TOP10

不同類型的智能工地排名前十的功能并不完全一致，但是例如基于人臉識(shí)別的入場(chǎng)身份監(jiān)控、危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)等功能也多次被提及，說(shuō)明不同類型之間的智能工地在進(jìn)行功能設(shè)計(jì)時(shí)有一定的相關(guān)性。

通過(guò)對(duì)不同類型的智能工地功能重要性相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，各類型的智能工地在功能重要性排序的相關(guān)性差距不大，其中市政智能工地和橋隧的功能排序相關(guān)性最高，在進(jìn)行智能工地功能設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮對(duì)這兩種類型的工地進(jìn)行合并處理，再針對(duì)各自的工程特點(diǎn)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。房建智能工地和其余幾個(gè)類型的智能工地在功能重要性排序較為一致，實(shí)際情況也是如此，目前大多數(shù)智能工地都率先在房建工地進(jìn)行應(yīng)用，和其他類型的工地相比，房建工地的施工環(huán)境相對(duì)較好，交通便利，作業(yè)面更大。而其他幾類工地主要包括水利、工業(yè)等類別，建設(shè)的過(guò)程和環(huán)境較為特殊，施工工法和其他工程相比更具有特殊性和專業(yè)性，所需建設(shè)材料和機(jī)械也不盡相同，所以需要針對(duì)這一類工地的特點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)的功能設(shè)計(jì)，和房建、軌道交通等工地的智能工地功能設(shè)計(jì)有所區(qū)別，故相關(guān)性不高。進(jìn)行相關(guān)性分析之后得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 不同類型智能工地功能重要性排序相關(guān)性

4 我國(guó)智能工地應(yīng)用價(jià)值提升路徑建議

本文充分調(diào)研了我國(guó)智能工地的應(yīng)用情況，對(duì)智能工地應(yīng)用價(jià)值體系進(jìn)行深入分析，對(duì)我國(guó)智能工地發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)闡述，更切實(shí)地了解影響其發(fā)展的因素。具體結(jié)論如下：

(1)在應(yīng)用價(jià)值方面，智能工地的使用在工地人員管理、施工方法方面以及工程臨時(shí)/永久結(jié)構(gòu)管理三個(gè)方面產(chǎn)生的價(jià)值相對(duì)較大，而在施工機(jī)械管理、物料管理以及工程環(huán)境監(jiān)控管理方面產(chǎn)生的價(jià)值相對(duì)較小，尤其是對(duì)工人的身份和考勤管理得分處于最高的兩項(xiàng)，智能工地的應(yīng)用帶來(lái)的價(jià)值最直觀的體現(xiàn)就在對(duì)工人人員進(jìn)出的管理，提高了施工現(xiàn)場(chǎng)的管理效率，保證了人員和機(jī)械的安全。

(2)在智能工地的功能方面，調(diào)研了從工地要素出發(fā)用戶認(rèn)為最期待的功能，分別是基于人臉識(shí)別的入場(chǎng)身份識(shí)別、施工機(jī)械防碰撞功能、深基坑監(jiān)測(cè)、混凝土攪拌站監(jiān)控、危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)、橋梁監(jiān)測(cè)，而從不同建設(shè)領(lǐng)域來(lái)看，橋梁監(jiān)測(cè)、基于人臉識(shí)別的入場(chǎng)身份監(jiān)控、深基坑智能監(jiān)測(cè)、大壩智能監(jiān)測(cè)則是最需要的功能。

(3)綜合調(diào)研了智能工地在應(yīng)用中會(huì)考慮的以及應(yīng)用過(guò)程中遇見(jiàn)的問(wèn)題，可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)智能工地在應(yīng)用方面存在最大的問(wèn)題是市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未統(tǒng)一，同時(shí)投入的成本和產(chǎn)出的不平衡也是制約智能工地發(fā)展的一大問(wèn)題，也集中調(diào)研了智能工地發(fā)展影響因素，其中成本、支撐技術(shù)以及政策標(biāo)準(zhǔn)是目前面臨的最大的三個(gè)問(wèn)題，智能工地要想實(shí)現(xiàn)發(fā)展，需要率先解決這三個(gè)問(wèn)題。

指明我國(guó)智能工地建設(shè)發(fā)展方向，提高我國(guó)智能工地應(yīng)用價(jià)值水平及應(yīng)用效率程度，從而為加快建筑業(yè)信息化轉(zhuǎn)型提供重要幫助。

(1)突破技術(shù)壁壘，提升產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力

技術(shù)應(yīng)用難度大成本高是制約我國(guó)智能工地發(fā)展的重要因素，如何提升智能工地關(guān)鍵技術(shù)降低使用成本問(wèn)題亟需解決。一方面，應(yīng)充分發(fā)揮企業(yè)和高校聯(lián)合培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，企業(yè)要以高校與科研機(jī)構(gòu)研發(fā)成果為依托，結(jié)合市場(chǎng)需求，共同研發(fā)智能工地所需的技術(shù)，加快研究成果轉(zhuǎn)化； 另一方面，針對(duì)智能工地的核心通用技術(shù)，如人工智能技術(shù)等，可以建立國(guó)內(nèi)的研發(fā)社區(qū)，加強(qiáng)廠商合作，集思廣益共同攻克技術(shù)難題，提升智能工地應(yīng)用價(jià)值和效益。

(2)建立智能工地標(biāo)準(zhǔn)體系，優(yōu)化發(fā)展環(huán)境

一方面，加快建設(shè)智能工地接口、協(xié)議、數(shù)據(jù)、質(zhì)量、安全等重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)和規(guī)范智能工地功能研發(fā)，并建立智能工地功能架構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系，圍繞信息數(shù)據(jù)在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)仿真、施工、運(yùn)維等全生命周期的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)框架研制； 另一方面，支持骨干供應(yīng)商及行業(yè)協(xié)會(huì)積極參與工程物聯(lián)網(wǎng)、工程大數(shù)據(jù)等方面的標(biāo)準(zhǔn)制定，在重大示范項(xiàng)目中率先探索工程大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，積極開(kāi)展對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體系的宣貫落實(shí)。同時(shí)，加大智能工地觀念宣傳以及前期培訓(xùn)，調(diào)整參與各方對(duì)智能工地的認(rèn)識(shí)，避免出現(xiàn)“面子工程”、“偽智能工程”等失敗案例。建立智能工地應(yīng)用價(jià)值評(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)，分級(jí)別對(duì)智能工地的建設(shè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，增大智能工地應(yīng)用效益。

(3)推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用，建立智能工地合作生態(tài)

一方面，建立產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的戰(zhàn)略聯(lián)盟，加大“政產(chǎn)學(xué)研用”一體化支持力度，抓緊構(gòu)建面向智能工地的整體規(guī)劃，以企業(yè)為主導(dǎo)，高?？蒲性核鶇⑴c，以需求驅(qū)動(dòng)技術(shù)落地，通過(guò)常規(guī)項(xiàng)目靠市場(chǎng)引導(dǎo)，特殊項(xiàng)目靠政策扶持的模式，讓相關(guān)企事業(yè)單位、科研機(jī)構(gòu)等競(jìng)爭(zhēng)加合作，著力打造智能工地功能體系和應(yīng)用價(jià)值體系標(biāo)準(zhǔn)，建立健全智能建造發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈，建立健全智能建造產(chǎn)業(yè)鏈，形成面向建設(shè)施工全生命周期的智能建造格局，形成中國(guó)智能建造模式； 另一方面，發(fā)揮智能工地供應(yīng)商的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和工程企業(yè)應(yīng)用牽引的效應(yīng)，供需兩側(cè)通過(guò)企業(yè)并購(gòu)、股權(quán)融資等方式形成互利共贏的聯(lián)合體，實(shí)現(xiàn)深度融合，推動(dòng)產(chǎn)用協(xié)同發(fā)展，培養(yǎng)大型智能工地走向高端領(lǐng)域，加速我國(guó)智能工地應(yīng)用發(fā)展。鼓勵(lì)廠商圍繞智能建造創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈聚焦重點(diǎn)、分工協(xié)作，建立國(guó)內(nèi)智能工地發(fā)展社區(qū)，建立智能工地開(kāi)發(fā)者社區(qū)生態(tài)，通過(guò)開(kāi)放創(chuàng)新的機(jī)制將更多的開(kāi)發(fā)資源和用戶資源都納入到產(chǎn)品的創(chuàng)新體系中。

(4)培養(yǎng)智能工地專業(yè)人才，建立智能工地相關(guān)交叉學(xué)科

依托重大人才工程，加快培養(yǎng)、引進(jìn)一批精通工程基礎(chǔ)知識(shí)和新一代信息技術(shù)知識(shí)的跨學(xué)科、復(fù)合型人才。一是依托國(guó)內(nèi)高等院校，設(shè)立“工軟”交叉學(xué)科，建立工程軟件研究實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展智能工地通用技術(shù)基礎(chǔ)研究，培養(yǎng)綜合性研究人才； 二是聚焦行業(yè)面臨的突出問(wèn)題，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)科研院所、高校和企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合培養(yǎng)，建立產(chǎn)學(xué)研用綜合實(shí)踐應(yīng)用平臺(tái)，培養(yǎng)高端應(yīng)用研發(fā)人才； 三是依托職業(yè)技術(shù)學(xué)校，細(xì)化智能工地相關(guān)學(xué)科專業(yè)，針對(duì)國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的智能工地類型，打造各應(yīng)用領(lǐng)域的智能工地職業(yè)技校，培養(yǎng)更為專業(yè)的技術(shù)人才。