基于BIM技術(shù)的智慧工地系統(tǒng)在項(xiàng)目建設(shè)管理中的應(yīng)用

黃子儼

（廣西旅發(fā)置業(yè)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

建筑行業(yè)是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中取得了巨大成就，建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。但在項(xiàng)目建設(shè)過程中，安全事故頻發(fā)，因此進(jìn)一步增強(qiáng)工程建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督管理已成為建筑業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。智慧工地管理系統(tǒng)引入當(dāng)代信息技術(shù)手段，結(jié)合工地管理特點(diǎn)，將圖像采集、自動(dòng)識(shí)別、精密檢測(cè)、云計(jì)算及射頻識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)與施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、機(jī)械和硬件相結(jié)合，逐步形成以工程為核心的建筑安全管理體系，推進(jìn)各部門管理協(xié)同，促進(jìn)達(dá)成工程精益施工和綠色施工。

1 智慧工地概述

智慧工地是以BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息傳輸與處理技術(shù)、智能分析技術(shù)等先進(jìn)信息技術(shù)為支撐，在施工項(xiàng)目參與方合理有效的溝通與合作下，能夠進(jìn)一步提升施工生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率。其特點(diǎn)如下：第一，專業(yè)高效的項(xiàng)目管理。在智慧工地管理理念下，對(duì)施工全過程實(shí)施監(jiān)控、安全預(yù)警和預(yù)防，可以快速高效地獲取各類施工項(xiàng)目管理信息，提升項(xiàng)目管理效率。第二，網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化項(xiàng)目的管理。智慧工地借助大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，促進(jìn)各任務(wù)相互間的高效協(xié)同，逐步形成虛擬空間與實(shí)體工地相互間的映射關(guān)系，更好地做到工地?cái)?shù)據(jù)的鏈接與共享。第三，在線智能項(xiàng)目管理。在智慧工地理念下，實(shí)時(shí)采集工地進(jìn)度、人員、環(huán)境等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。借助對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能在線分析、預(yù)測(cè)和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的安全隱患，快速高效地開展監(jiān)督預(yù)防。第四，綜合項(xiàng)目管理。在智慧工地管理理念下，能夠優(yōu)化建設(shè)項(xiàng)目中各種資源的配置和應(yīng)用。同時(shí)，集成管理軟件和硬件能夠?qū)⑿畔⒖焖俑咝У丶傻绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的智能系統(tǒng)中，進(jìn)一步提升施工項(xiàng)目安全管理的效率和穩(wěn)定性[1]。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 可視化優(yōu)勢(shì)

在施工階段，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助相關(guān)人員結(jié)合工程模型，逐步形成對(duì)后續(xù)施工效果的直觀感知。在正式開工前，設(shè)計(jì)師還能夠模擬施工過程，并及時(shí)對(duì)工程設(shè)計(jì)方案中不合理的位置進(jìn)行修改。隨著城市的快速發(fā)展，建筑工程的數(shù)量在逐步增加，規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，人們對(duì)建設(shè)工程的高質(zhì)量要求體現(xiàn)在逐漸精細(xì)化的技術(shù)程度中。在傳統(tǒng)技術(shù)的支持下，鑒于主觀錯(cuò)誤和經(jīng)驗(yàn)積累不足，在施工和質(zhì)量管理中會(huì)出現(xiàn)各種問題。主觀經(jīng)驗(yàn)管理模型無法預(yù)測(cè)項(xiàng)目實(shí)施階段可能出現(xiàn)的各種問題，從而妨礙建設(shè)進(jìn)度和項(xiàng)目的整體質(zhì)量。

2.2 工程模擬優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)是3D數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)融合逐步形成的綜合性技術(shù)產(chǎn)品，能夠構(gòu)建完整的3D工程模型，這也是BIM技術(shù)模擬的優(yōu)勢(shì)所在。設(shè)計(jì)人員能夠借助計(jì)算機(jī)后臺(tái)和相關(guān)軟件模擬工程施工過程中出現(xiàn)的各種問題，配合施工過程中的定期檢查，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)后續(xù)施工中可能出現(xiàn)的各種問題，并形成針對(duì)性的解決方案。與傳統(tǒng)的工程建設(shè)管理技術(shù)相比，BIM技術(shù)克服了時(shí)間和空間的限制，能夠借助可視化和仿真技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)來模擬工程模型的構(gòu)建，避免后續(xù)構(gòu)建過程中出現(xiàn)各種影響質(zhì)量和進(jìn)度的問題。

2.3 施工協(xié)調(diào)性優(yōu)勢(shì)

隨著我國(guó)建筑業(yè)的信息化、智能化發(fā)展，建筑的復(fù)雜性顯著增強(qiáng)，工程規(guī)模的擴(kuò)大逐漸拉長(zhǎng)了施工所需的時(shí)間，施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)相關(guān)問題，工作難度會(huì)明顯提高。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠依靠構(gòu)建三維工程信息模型來協(xié)調(diào)后續(xù)施工的規(guī)劃，最大限度地減少每個(gè)施工節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題的可能性，保證各個(gè)施工部門順利施工，確保在規(guī)定的工期內(nèi)完成施工工作。

3 智慧工地建設(shè)的主要內(nèi)容

3.1 智慧工地項(xiàng)目技術(shù)的前提

在實(shí)施智慧工地時(shí)，應(yīng)當(dāng)更多地應(yīng)用傳感技術(shù)和人工智能技術(shù)，用高科技對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和控制，用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的施工工藝、設(shè)備、人員和建筑物進(jìn)行組合和分析。在建設(shè)智慧工地項(xiàng)目的過程中，要應(yīng)用更科學(xué)、更完善的技術(shù)，為后續(xù)發(fā)展予以更有效的支持。在應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)的過程中，應(yīng)當(dāng)在物與物之間進(jìn)行信息交換與溝通，延伸客戶終端，借助虛擬技術(shù)拓展和完善更多的領(lǐng)域，更好地促進(jìn)用戶相互間的聯(lián)系。此外，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，在構(gòu)建過程中應(yīng)當(dāng)從中學(xué)習(xí)不同的產(chǎn)品信息。鑒于信息的多樣性和復(fù)雜性構(gòu)建有所關(guān)聯(lián)的平臺(tái)，保證各個(gè)項(xiàng)目之間信息的及時(shí)溝通。因此，在建設(shè)智慧工地項(xiàng)目的過程中，應(yīng)當(dāng)保證其技術(shù)的完整性和可靠性，從而保障項(xiàng)目建設(shè)的順利完成[2]。

3.2 智慧工地建設(shè)的要點(diǎn)

在智慧工地建設(shè)過程中，一定要完善用工管理，確保任何項(xiàng)目施工都有人參加，因此要落實(shí)人員考勤。在智慧工地，借助設(shè)置電子信息，通過電子設(shè)備刷卡或人臉識(shí)別，記錄員工工作狀態(tài)，減少曠工問題的出現(xiàn)，有效控制人力成本，更好地控制人口紅利。此外，設(shè)備和材料的管理也是智慧工地建設(shè)過程中不可或缺的一環(huán)，添加相關(guān)設(shè)備能夠更好地減少人工勞動(dòng)的支出，進(jìn)一步提升整體工作效率。在當(dāng)前建設(shè)項(xiàng)目的大環(huán)境下，整體背景十分復(fù)雜，在施工過程中，應(yīng)當(dāng)更直觀、更及時(shí)地對(duì)項(xiàng)目整體計(jì)劃進(jìn)行檢查和監(jiān)督，控制建設(shè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)，確保用科學(xué)的流程開展工程建設(shè)。在智慧工地的建設(shè)過程中，還要控制生產(chǎn)環(huán)境，在施工過程中嚴(yán)格依據(jù)施工進(jìn)度安排。

4 BIM技術(shù)在智慧工地建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 智慧工地設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

第一，將設(shè)計(jì)單位交付的圖紙發(fā)送給施工單位，交付的圖紙是BIM信息系統(tǒng)的模型，解決了以往先設(shè)計(jì)二維圖紙?jiān)贅?gòu)建BIM信息系統(tǒng)三維模型的問題。第二，一旦建筑公司接管了BIM模型，就需要再次深入相關(guān)項(xiàng)目，劃分建設(shè)單位或工程監(jiān)理單位委托的BIM模型，構(gòu)建多個(gè)適合實(shí)際施工的專業(yè)BIM模型。

4.2 技術(shù)管理功能中的BIM應(yīng)用

技術(shù)文件管理、施工組織項(xiàng)目管理、施工進(jìn)度計(jì)劃管理、現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)管理、技術(shù)管理文件審批管理、技術(shù)交底管理等是技術(shù)管理工作的主要內(nèi)容。在智慧工地建設(shè)中，主要結(jié)合BIM技術(shù)，借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的在線功能，推動(dòng)傳統(tǒng)紙質(zhì)模型向數(shù)字化模型轉(zhuǎn)變。同時(shí)，借助BIM技術(shù)將所呈現(xiàn)的技術(shù)內(nèi)容細(xì)化、虛擬化，進(jìn)一步提升技術(shù)管理水平。技術(shù)文件管理應(yīng)予以BIM相關(guān)功能。施工組織項(xiàng)目管理應(yīng)予以過程組織BIM模擬視圖、資源配置BIM模擬視圖、平面布置BIM模擬視圖等功能?，F(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)管理應(yīng)予以復(fù)雜節(jié)點(diǎn)BIM3D展示、腳手架施工過程模擬BIM3D展示、設(shè)備及規(guī)模較大的構(gòu)件安裝過程模擬BIM3D展示、預(yù)制構(gòu)件裝配過程模擬BIM展示、臨時(shí)支護(hù)施工過程模擬BIM3D展示、土方施工過程模擬BIM3D展示等功能。電子圖紙?jiān)鰪?qiáng)和增強(qiáng)管理應(yīng)予以設(shè)計(jì)圖紙和BIM深化圖紙的下載和傳輸，以及電子圖紙和BIM模型的關(guān)聯(lián)等功能[3]。

4.3 質(zhì)量管理功能模塊中的BIM應(yīng)用

質(zhì)量管理程序模塊是智慧工地管理系統(tǒng)軟件的組成部分。本功能模塊重點(diǎn)完成信息化管理，如質(zhì)量方案管理、施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理、現(xiàn)場(chǎng)變更管理、質(zhì)量工程驗(yàn)收管理、工程項(xiàng)目數(shù)字化檔案管理等。對(duì)建筑標(biāo)準(zhǔn)引起的變更管理，主要涵蓋變更登記、工程圖紙版本號(hào)管理、BIM實(shí)體模型變更更新的信息內(nèi)容管理、變更時(shí)驗(yàn)證和電子印章管理，從而完成電子信息管理全流程改革。檢驗(yàn)檢測(cè)管理涉及施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)管理規(guī)定，帶來檢驗(yàn)信息化管理。既要具備施工現(xiàn)場(chǎng)、試驗(yàn)中心和管理單位的信息共享能力，又要具備關(guān)聯(lián)BIM建模信息內(nèi)容的能力。事實(shí)上，它涵蓋目擊記錄、記錄保存和存儲(chǔ)、檢驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)信息、在線統(tǒng)計(jì)分析、檢查數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、預(yù)警信息、測(cè)試報(bào)告等全過程。同時(shí)，應(yīng)具備施工現(xiàn)場(chǎng)大體積混凝土測(cè)溫等信息化管理能力，以及標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)維修實(shí)驗(yàn)室管理能力。為滿足施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)要求，提出了質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)字化維修信息管理模型和質(zhì)量檢驗(yàn)計(jì)劃。整個(gè)檢測(cè)過程需要記錄工程質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)信息，并提交檔案。

4.4 智能碰撞檢查與優(yōu)化調(diào)整

傳統(tǒng)的管道碰撞施工方法是人工配合。在施工前進(jìn)行管道碰撞分析，不僅提高了效率，還減少了圖紙中容易丟失的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息。通過選用MagiCAD軟件，在碰撞檢查智能檢測(cè)功能下，分析建筑模型中的數(shù)據(jù)碰撞信息，并標(biāo)注碰撞點(diǎn)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，做出碰撞分析報(bào)告，并將報(bào)告發(fā)送給設(shè)計(jì)院和預(yù)算設(shè)計(jì)師，以便及時(shí)溝通，在避免工期延誤的同時(shí)進(jìn)一步提升工程施工效率。在工程項(xiàng)目中驗(yàn)證碰撞后，需要借助BIM系統(tǒng)將碰撞點(diǎn)進(jìn)行3D可視化，并提出不同的解決方案。在3D可視化的影響下，建筑將被再次規(guī)劃。方案一經(jīng)確定，借助BIM仿真技術(shù)進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，最終有效指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)工作。

4.5 智能排布砌體降低成本

為合理布置砌塊，加快施工進(jìn)度，施工前應(yīng)事先編制砌塊布置圖，明確墻、地板、橫梁、門、窗、開口等位置。傳統(tǒng)的CAD砌體布局直接在CAD中繪制墻體輪廓，然后在頂部繪制砌塊。這種方法簡(jiǎn)單易用，但不適用于規(guī)模較大的工程項(xiàng)目，施工人員大多數(shù)情況下依賴經(jīng)驗(yàn)，造成材料和成本的浪費(fèi)。通過采取廣聯(lián)達(dá)BIM5D軟件進(jìn)行三維視覺砌筑布置，只需定義一鍵式選框和布局規(guī)則，軟件就會(huì)自動(dòng)對(duì)整個(gè)砌體進(jìn)行布局。從某種角度來看，對(duì)于建筑中需要的非整體砌體，如輕質(zhì)砌塊，可提前切割成一定尺寸，避免浪費(fèi)材料。

5 智慧工地系統(tǒng)在項(xiàng)目建設(shè)管理中的應(yīng)用

5.1 施工初期工程量快速統(tǒng)計(jì)

在施工前期，合理的施工現(xiàn)場(chǎng)布局對(duì)綠色建筑管理、節(jié)約成本、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)一步提升工程效益具有重要作用。項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地相對(duì)充足，但工期緊、施工難度大，施工前應(yīng)合理組織現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械等施工資源。根據(jù)BIM技術(shù)的智慧工地系統(tǒng)進(jìn)行三維施工規(guī)劃，可以解決二維工地布置中道路、料場(chǎng)、塔吊、大門、工棚等可能出現(xiàn)的問題。檢查施工現(xiàn)場(chǎng)布置的合理性，參照施工現(xiàn)場(chǎng)情況優(yōu)化布置，并制定項(xiàng)目清單。建筑項(xiàng)目工作量大、工期緊，應(yīng)參照施工進(jìn)度，選擇場(chǎng)地施工過程中的永久和臨時(shí)建筑物、材料堆場(chǎng)，制定合理的建筑布局，避免場(chǎng)地混亂。

5.2 智能設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

第一，塔吊視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄司機(jī)的行為，借助司機(jī)面部識(shí)別功能恢復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行特征識(shí)別，鑒定合格后方可啟動(dòng)塔吊。系統(tǒng)能夠傳輸遠(yuǎn)程GPRS數(shù)據(jù)，并與BIM模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。如果運(yùn)行程序出現(xiàn)異常，會(huì)及時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送到大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。一旦塔臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的扭矩或?qū)嶋H重量檢測(cè)傳感器發(fā)生短路或工作不正常，系統(tǒng)將記錄并發(fā)出聲光報(bào)警。在多臺(tái)塔吊協(xié)同作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)可予以防撞系統(tǒng)檢測(cè)。第二，施工電梯調(diào)度管理系統(tǒng)集超速報(bào)警、超載報(bào)警、超重報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能于一體。該系統(tǒng)可做到對(duì)電梯工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常情況，會(huì)及時(shí)將異常數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺(tái)。

5.3 隱患排查處理系統(tǒng)

智慧工地在工程施工安全生產(chǎn)管理中的應(yīng)用，主要是借助信息采集和分類，達(dá)到在線辦公的目的，進(jìn)一步提升整體工作效率。同時(shí)，要合理應(yīng)用BIM技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，讓工作人員在視覺、聽覺等方面感受工作氛圍，更好地展現(xiàn)安全教育的效果。從目前情況看，該技術(shù)事故隱患排查處理系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，可為全流程封閉式管理網(wǎng)上辦公提供服務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，對(duì)重點(diǎn)位置進(jìn)行全天候監(jiān)控，借助網(wǎng)絡(luò)排查治理安全隱患。同時(shí)，對(duì)關(guān)閉文件進(jìn)行網(wǎng)上管理，如通知、整改等，避免遠(yuǎn)程審批工作，從而降低管理成本。此外，還要進(jìn)行隱患排查治理記錄的統(tǒng)計(jì)，包含隱患分析、治理方案等大數(shù)據(jù)內(nèi)容，避免重復(fù)勞動(dòng)，減少人為因素造成的影響，進(jìn)一步提升工作可靠性。在應(yīng)用過程中，一方面需要注意在關(guān)鍵部位安裝監(jiān)控裝置，確?，F(xiàn)場(chǎng)信息的有效傳輸，另一方面要對(duì)項(xiàng)目隱患庫(kù)進(jìn)行監(jiān)督，便于隱患信息的補(bǔ)全和整改。

5.4 在工地安全管控方面的應(yīng)用

首先，人員安全管理。借助智能視頻分析和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)作業(yè)生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化管理。可部署音頻發(fā)布系統(tǒng)、喇叭和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行報(bào)警。參照用戶需要，還可將報(bào)警信息發(fā)送給相關(guān)管理人員，協(xié)助其進(jìn)行安全生產(chǎn)管理。其次，主要危險(xiǎn)源安全監(jiān)測(cè)。借助視頻分區(qū)管理、煙霧探測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)等檢測(cè)設(shè)備，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)主要危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)非授權(quán)人員進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，將借助聲光報(bào)警提醒其盡快遠(yuǎn)離。當(dāng)危險(xiǎn)源運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，多個(gè)傳感器會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，提醒相關(guān)人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)處置。最后，高模板安全監(jiān)測(cè)。借助高模板實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器，借助采集高模板沉降高頻、豎桿軸力、桿件傾角和支座整體水平位移，參照計(jì)算模型，生成預(yù)警閾值，可在緊急情況下自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，提醒操作人員撤離危險(xiǎn)區(qū)域，有效減少施工安全事故。

6 結(jié)語(yǔ)

基于以上分析，智慧工地能夠借助各種數(shù)字化、智能化手段，促進(jìn)多方聯(lián)動(dòng)、統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)。借助BIM技術(shù)獨(dú)有的特性，完成統(tǒng)一的技術(shù)應(yīng)用和計(jì)算施工。建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)智能信息服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)一步提升現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)施工水平，有效管理工程質(zhì)量，保障項(xiàng)目施工的正常運(yùn)行。借助BIM技術(shù)，進(jìn)一步提升智慧工地施工質(zhì)量，最大限度地減少建筑施工過程中的材料損耗和成本支出，為智慧工地與BIM的協(xié)調(diào)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。