智慧工地在甘肅省科學(xué)院高技術(shù)產(chǎn)業(yè)園中的應(yīng)用

李璽 韓杰

(甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730060)

隨著新興信息技術(shù)與建設(shè)工程領(lǐng)域深度融合，利用科技手段對建設(shè)項目傳統(tǒng)的建造和管理方式進(jìn)行改造已成為必然趨勢。智慧工地——集成BIM、云計算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和各項智能設(shè)備等與施工現(xiàn)場管理融合，將項目從施工方案設(shè)計開始，通過信息化、智能化模型，采用監(jiān)控、探測、數(shù)據(jù)收集等方式，智慧化管控整個項目的開展，規(guī)避各項風(fēng)險及意外，協(xié)調(diào)施工進(jìn)度，從而取得全局性最優(yōu)效果。本研究依托甘肅省科學(xué)院高技術(shù)產(chǎn)業(yè)園項目旨在打造BIM云平臺為核心的智慧工地項目管理系統(tǒng)。根據(jù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略要求，近年來甘肅省科學(xué)院積極提升自身科技成果轉(zhuǎn)化能力，釋放建院以來40年科研積累，為了支撐“蘭白國家自主創(chuàng)新示范區(qū)”建設(shè)，積極吸納民間資本，探索新的“產(chǎn)學(xué)研”模式，依托自身成熟的金屬納米粉體系列產(chǎn)業(yè)化、磁傳動系列產(chǎn)業(yè)化等世界領(lǐng)先科技成果，建立甘肅省科學(xué)院高技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，可將產(chǎn)品研發(fā)、中試和生產(chǎn)過程集中在一個園區(qū)開展。以園區(qū)為依托，打造國內(nèi)外、省內(nèi)外優(yōu)秀科技成果與科技人才的吸引轉(zhuǎn)化基地，為西北高新技術(shù)企業(yè)發(fā)展提供支持。

1 項目概況

甘肅省科學(xué)院高技術(shù)產(chǎn)業(yè)園項目位于蘭州高新區(qū)榆中園區(qū)，是園區(qū)重大工業(yè)性建設(shè)項目，由甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司承建。項目總建筑面積為203970.02m，其中創(chuàng)新孵化大廈高度48.4m，建筑面積81141.59m，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)和梁筏基礎(chǔ)。中試車間二和宿舍，建筑面積為34358.3m，為條形基礎(chǔ)的框架結(jié)構(gòu)。中試車間一采用門式鋼架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，建筑面積10414.43m。項目策劃階段BIM+智慧工地建設(shè)方案要求：打造智慧建造中心管理平臺，把項目中所應(yīng)用的智慧工地數(shù)據(jù)集中匯總于統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)中心平臺，結(jié)構(gòu)化處理多來源、多類型數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中展示和管理。預(yù)期達(dá)到工作效率可視化，質(zhì)量檢測結(jié)果數(shù)字化，資源分配合理化，將現(xiàn)場系統(tǒng)和硬件設(shè)備集成在同一平臺，將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實時匯總使項目管理層全面掌握整個項目過程，從而有效的分配資源和降低風(fēng)險。

2 BIM+智慧工地系統(tǒng)分類

“智慧工地“是指利用BIM三維設(shè)計平臺，對工程項目進(jìn)行施工階段精細(xì)化設(shè)計和施工過程模擬，圍繞施工過程管理，構(gòu)建互聯(lián)協(xié)作、科學(xué)管理的施工項目信息化生態(tài)，利用物聯(lián)網(wǎng)將工程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析處理，提供施工預(yù)測與處理方案，達(dá)到施工過程的可視化、智能化管理。如圖1所示，本項目BIM+智慧工地主要包括七部分組成：人員管理系統(tǒng)、機(jī)械管理系統(tǒng)、現(xiàn)場管理、安全管理、綠色施工管理、質(zhì)量管理和物料管理系統(tǒng)。通過互聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)將云平臺、云端服務(wù)器與前端應(yīng)用關(guān)聯(lián)，所有監(jiān)控管理措施可通過應(yīng)用發(fā)布與協(xié)調(diào)。項目建設(shè)有指揮中心看板和前端展示大屏幕，如圖2所示，同時可與電腦、手機(jī)等移動終端互聯(lián)，各分項數(shù)據(jù)及現(xiàn)場監(jiān)控可直接點(diǎn)擊調(diào)取，也可發(fā)布調(diào)度措施。

圖1 BIM+智慧工地子系統(tǒng)分類

圖2 指揮中心監(jiān)控看板

3 機(jī)械管理及物料驗收系統(tǒng)

本項目特色系統(tǒng)設(shè)置包含現(xiàn)場機(jī)械管理系統(tǒng)及物料驗收數(shù)據(jù)系統(tǒng)，如圖3所示。機(jī)械管理系統(tǒng)能實現(xiàn)操作員身份識別與操作員作業(yè)范圍內(nèi)監(jiān)控觀察功能，同時設(shè)置高度傳感器、變幅傳感器、吊重預(yù)警傳感器、回轉(zhuǎn)預(yù)警傳感器等輔助操作員執(zhí)行操作，對不合理操作及風(fēng)險進(jìn)行實時報警。同時，安全監(jiān)控設(shè)備能將塔吊各項數(shù)據(jù)上傳到智慧工地管理平臺，專項管理人員可隨時對大型設(shè)備的各項參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲。物料驗收系統(tǒng)具有自動采集進(jìn)出場材料信息的功能，并關(guān)聯(lián)云平臺，覆蓋整個施工過程，對材料的進(jìn)場、堆放、使用進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計，方便物資管理人員對物資信息的收集和處理，統(tǒng)籌物料的合理儲備使用。

圖3 機(jī)械管理與物料驗收系統(tǒng)

4 BIM應(yīng)用

4.1 BIM模型進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化

通過建立三維BIM模型，承載了整個項目的施工信息并進(jìn)行了數(shù)字化轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了施工實體與三維模型的相互關(guān)聯(lián)，并將數(shù)據(jù)及管理信息通過BIM進(jìn)行各個單項的關(guān)聯(lián)和整合。同時，利用BIM模型技術(shù)能夠在局部直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷進(jìn)行優(yōu)化，從而提前規(guī)避缺陷或更改設(shè)計方案，在提質(zhì)降本增效方面，效果突出。本項目根據(jù)建筑設(shè)計文件、結(jié)構(gòu)設(shè)計文件及機(jī)電設(shè)計文件，在施工階段采用BIM深化施工圖設(shè)計，創(chuàng)建深化設(shè)計模型生成深化設(shè)計圖并附有模塊清單和單項工程深化設(shè)計圖。通過施工階段的BIM建模，直觀的進(jìn)行模型測量、剖切、部分工序及設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化，對管線綜合模型、土建模型進(jìn)行符合性檢查，解決了管口、預(yù)埋件、預(yù)留孔洞、支架錯位等問題。

圖4 BIM建模對原始設(shè)計優(yōu)化的對比

例如，圖4中樓梯下方支撐設(shè)計了放大處理基礎(chǔ)，但與條形基礎(chǔ)效果重復(fù)，故優(yōu)化設(shè)計取消放大基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)直接連接，減少了工程量及不合理工序。

4.2 BIM+云平臺應(yīng)用

項目按單體工程進(jìn)度計劃結(jié)合BIM模型模擬施工，同時對實際施工日程和施工計劃進(jìn)行符合對比，及時匯報施工進(jìn)度偏差，對后續(xù)施工進(jìn)度部署具有指導(dǎo)性作用。BIM云平臺如圖5所示，還可以實現(xiàn)項目圖紙、文件、模型和實時信息的集中化管理及信息共享，實現(xiàn)了跨專業(yè)、跨部門、跨區(qū)域協(xié)同合作，有效的促進(jìn)了設(shè)計、施工與業(yè)主等各方的信息交流。云平臺有效的對不同階段數(shù)據(jù)進(jìn)行實時保存，也為工程后續(xù)總結(jié)、發(fā)現(xiàn)問題及追溯責(zé)任提供了保障。同時，可以引入人工智能算法等研究施工進(jìn)度，進(jìn)行資源優(yōu)化，基于“BIM+”的進(jìn)度管理平臺可以達(dá)到更精細(xì)、智慧化管控。例如：雄安新區(qū)市民服務(wù)中心項目采用以BIM+云平臺為支撐，移動端/PC端為應(yīng)用的管理平臺，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，輔助管理者進(jìn)行決策，實現(xiàn)了各專業(yè)高度協(xié)同，各參與方互聯(lián)互通。

圖5 BIM+云平臺對施工進(jìn)度及文件的管理

4.3 BIM場布模型

項目初期應(yīng)用場地策劃軟件，根據(jù)現(xiàn)場地形建立三維場地模型，確定合理的施工布局與堆料位置，統(tǒng)籌優(yōu)化合理的運(yùn)輸路線、施工動線及施工現(xiàn)場進(jìn)出口。對臨時宿舍和材料加工棚之間的距離合理計算，降低噪音及安全問題。如圖6所示，通過場地布置為本項目共節(jié)省塔吊一臺，節(jié)省了機(jī)械費(fèi)用的同時降低了塔吊臂碰撞的安全隱患。

圖6 BIM場布模型及場地布置優(yōu)化結(jié)果

5 綠色施工環(huán)境智慧監(jiān)管

1）如圖7所示，在室外環(huán)境設(shè)置環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測現(xiàn)場的PM2.5、PM10、噪聲、溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等指標(biāo)在室外環(huán)境可靠工作，能夠連續(xù)、自動監(jiān)測，自主顯示，并關(guān)聯(lián)現(xiàn)場噴淋系統(tǒng)。

圖7 綠色施工環(huán)境智慧監(jiān)管

2）噴淋系統(tǒng)可根據(jù)揚(yáng)塵監(jiān)測系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)自動聯(lián)動到現(xiàn)場噴淋裝置實施降塵作業(yè)。有效降低空氣中PM值，達(dá)到綠色文明施工需求。

3）智慧工地可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對工程能源消耗的統(tǒng)一管理。采用水、電能效管理系統(tǒng)，熱水控制、雨水回收措施等降低能源消耗。

6 應(yīng)用效果評價

1）甘肅省科學(xué)院高技術(shù)產(chǎn)業(yè)園項目通過引入BIM+智慧工地建設(shè)方案，將BIM模型及智慧工地數(shù)據(jù)匯總于云端大數(shù)據(jù)平臺，對多來源、多類型、長時間的工地數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并與BIM模型進(jìn)行比對和優(yōu)化，從而實現(xiàn)資源分配更合理，工作效率提高、提高質(zhì)量的同時降低了安全風(fēng)險。智慧工地還可以更新兼容新技術(shù)，施工安全、進(jìn)度與成本將得到最有效的保障。

2）智慧工地系統(tǒng)中布設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，具有準(zhǔn)確性、實時性的優(yōu)點(diǎn)，對項目危險源、質(zhì)量、工人安全規(guī)范等情況能進(jìn)行實時監(jiān)控預(yù)警，提醒并介入管理，從而保障該項目進(jìn)度持續(xù)，保證質(zhì)量合格?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)還為遠(yuǎn)程化監(jiān)管，上級部門監(jiān)管提供了可視化渠道和支持?jǐn)?shù)據(jù)。智慧工地系統(tǒng)應(yīng)持續(xù)提高數(shù)據(jù)挖掘能力，對數(shù)據(jù)綜合分析研判與利用。

3）人員實名制管理連接VR安全教育演示系統(tǒng)，對工作人員的技術(shù)、設(shè)備、防護(hù)等進(jìn)行綜合考評，實現(xiàn)項目人員安全考核閉環(huán)管理?？蓴U(kuò)展相關(guān)人員數(shù)據(jù)采集設(shè)備——智能穿戴設(shè)備，通過低功耗+長續(xù)航的新一代智能設(shè)備，解決工人健康、工作狀態(tài)及安全等各方面的綜合管控?；谝苿游锫?lián)網(wǎng)感知設(shè)備建設(shè)，實時掌握該項目所有設(shè)備運(yùn)行動態(tài)數(shù)據(jù)，降低人員管理效率，樹立項目成為優(yōu)質(zhì)項目。