BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)研發(fā)與實(shí)踐

劉家會(huì) 蔣小軍 衛(wèi)世全 程勛明 韋盛輝 陳亞魁

(中國(guó)建筑第五工程局有限公司安徽分公司，合肥 230041)

引言

住建部印發(fā)：2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要中提出“十三五”時(shí)期，全面提高建筑業(yè)信息化水平著力增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通訊、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力[1]，形成一批具有較強(qiáng)信息技術(shù)創(chuàng)新能力和信息化應(yīng)用達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的建筑企業(yè)及具有關(guān)鍵自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的建筑信息技術(shù)企業(yè)[2]。

科技引領(lǐng)加速產(chǎn)業(yè)融合，智能建造助推行業(yè)升級(jí)。在數(shù)字信息浪潮席卷及國(guó)家深化建筑行業(yè)改革大環(huán)境下，“智能建造”作為新時(shí)代產(chǎn)物備受矚目。近年來，智慧工地的發(fā)展和應(yīng)用成果顯著，目前市面上智慧工地平臺(tái)眾多，存在費(fèi)用高，信息不安全等問題。為積極響應(yīng)“中國(guó)建造2035”戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，提升企業(yè)建筑工地管理水平和可持續(xù)發(fā)展，中國(guó)建筑第五工程局有限公司全面開展數(shù)字智能化建設(shè)，公司自主研發(fā)了依托于肥東大劇院文化館的智云互聯(lián)場(chǎng)館BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)(簡(jiǎn)稱“智云互聯(lián)”)。

1 工程概況

肥東大劇院文化館，項(xiàng)目位于合肥市肥東縣東部新城瑤崗路與撮鎮(zhèn)路交口。本工程規(guī)劃建設(shè)用地約63.3畝，總建筑面積為4.75萬m2。其中地下室面積1.7萬m2，地上部分面積3.05萬m2。大劇院地上4層，地下1層[3]，建筑空間主要功能有1 200座歌劇院、會(huì)議室、排練廳、休息室等。文化館地上四層，地下一層，建筑空間主要功能有650座多功能廳、多功能排練廳、會(huì)議室、書法教室、舞蹈工作室等，如圖1所示。建筑功能能夠滿足各類高檔次大型演出，建成后將會(huì)面向大眾全面開放，可以容納兩千人左右。項(xiàng)目部搭建“智云互聯(lián)”智慧工地指揮中心，分為智慧工地區(qū)、沙盤區(qū)和VR虛擬安全教育體驗(yàn)區(qū)。

圖1 合肥市肥東縣大劇院文化館效果圖

2 BIM+物聯(lián)網(wǎng)智慧建造綜合管控平臺(tái)的構(gòu)思與開發(fā)

BIM+系統(tǒng)的開發(fā)是基于IPC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的“五新”BIM云族管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)以BIM+物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，采用了WEBGL+BIMVR+BIMGIS三引擎技術(shù)，將各類施工現(xiàn)場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)整合至輕量化的BIM模型中、打通了BIM模型數(shù)據(jù)與工程項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)流程的交互，實(shí)時(shí)、有效、準(zhǔn)確的反應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，支持PC端、LED大屏等多終端使用，形成了模型瀏覽查看與管理、BIM智慧工地、質(zhì)量管理、安全管理、AI智能識(shí)別等集成化管理環(huán)境。通過BIM智慧工地管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了智慧工地?cái)?shù)據(jù)信息集成、數(shù)據(jù)信息分析的作用，有效提升了項(xiàng)目質(zhì)量，達(dá)到BIM智慧工地、智慧管理、智慧決策的目的。

2.1 BIM+物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)館類文化建筑智慧建造綜合管控平臺(tái)構(gòu)思

“BIM+物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)館類文化建筑智慧建造綜合管控”創(chuàng)造性地將施工現(xiàn)場(chǎng)視頻管理、建筑起重機(jī)械進(jìn)行安全監(jiān)控管理、勞務(wù)實(shí)名制管理、揚(yáng)塵噪聲監(jiān)測(cè)管理有機(jī)、高效、科學(xué)規(guī)范的結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目業(yè)務(wù)流與現(xiàn)場(chǎng)各類監(jiān)控源數(shù)據(jù)流的有效結(jié)合與深度配合，實(shí)現(xiàn)了建筑企業(yè)內(nèi)部對(duì)各工程項(xiàng)目的集約式管理模式，大大提高了施工企業(yè)的工作效率和管理力度，巔覆了原有的傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理模式[4]，使企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力得到了質(zhì)的跨越。

采用基于J2EE多層架構(gòu)的平臺(tái)化策略，廣泛使用組件和模塊化技術(shù)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，整體框架的設(shè)計(jì)著重體現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、信息協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)理念，方便擴(kuò)展，便于部署，操作簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。

2.2 互聯(lián)網(wǎng)智慧建造綜合管控平臺(tái)開發(fā)

為確保系統(tǒng)建設(shè)穩(wěn)定與可持續(xù)擴(kuò)展，在系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)時(shí)我們遵循統(tǒng)一性、先進(jìn)性、安全性、成熟性、實(shí)用性、可拓展性等多項(xiàng)原則。在開發(fā)時(shí)嚴(yán)格遵循信息化相關(guān)規(guī)范、軟件設(shè)計(jì)、開放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算機(jī)軟件工程規(guī)范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編、代碼體系設(shè)計(jì)與依據(jù)中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范設(shè)計(jì)。

3 “智云互聯(lián)”平臺(tái)簡(jiǎn)介

“智云互聯(lián)”是由中建五局安徽公司自主研發(fā)，肥東縣大劇院文化館項(xiàng)目試點(diǎn)運(yùn)營(yíng)的智慧工地云平臺(tái)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，如圖2所示。我們從專業(yè)施工角度，利用AI智能檢測(cè)，解決施工現(xiàn)場(chǎng)安全質(zhì)量問題，立志成為建筑AI時(shí)代的領(lǐng)跑者。將科技與傳統(tǒng)建筑業(yè)相結(jié)合，使現(xiàn)場(chǎng)管理科學(xué)化、規(guī)范化、合理化。

圖2 “智云互聯(lián)”平臺(tái)登錄界面

“智云互聯(lián)”平臺(tái)主要涵蓋BIM+、勞務(wù)實(shí)名制管理、綠色施工、設(shè)備監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)、先鋒黨建、視頻監(jiān)控、工程資料、五局協(xié)同等十個(gè)模塊。同時(shí)向移動(dòng)客戶端升級(jí)，開發(fā)“智云互聯(lián)場(chǎng)館BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)(小程序端)”、“五局BIMer小程序BIM管理軟件V1.0”等各種軟件，降低了整個(gè)平臺(tái)的可操作性，使之更方便快捷。

“智云互聯(lián)”平臺(tái)采用項(xiàng)目數(shù)字化管理系統(tǒng)+BIM技術(shù)+人工智能設(shè)備，將各種軟硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，基于平臺(tái)將各子應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一呈現(xiàn)，形成互聯(lián)，項(xiàng)目關(guān)鍵指標(biāo)通過直觀的圖表形式呈現(xiàn)，智能識(shí)別項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)并預(yù)警，問題追根溯源，幫助項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、在線化、智能化，為項(xiàng)目經(jīng)理和管理團(tuán)隊(duì)打造一個(gè)智能化“工地指揮中心”。

3.1 BIM+模塊

3.1.1 BIM+720云

將項(xiàng)目?jī)?nèi)部裝飾三維模型制作成精裝修樣板，整個(gè)建筑內(nèi)部裝飾完成效果通過720云全景進(jìn)行展示。同時(shí)可以根據(jù)需求改變裝飾材質(zhì)，形成不同材質(zhì)效果的精裝全景方案，解決了場(chǎng)館類文化建筑對(duì)裝飾風(fēng)格及裝飾效果要求高的問題。利用Revit模型制作720云全景，虛擬展示建成后的建筑全貌。利用無人機(jī)對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)航拍，制作工地720云全景，全面展示現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。BIM+720云平臺(tái)集成應(yīng)用很好地解決了施工現(xiàn)場(chǎng)的多項(xiàng)難題，如圖3所示。

圖3 BIM+720云平臺(tái)

3.1.2 BIM+輕量化

將各專業(yè)BIM模型輕量化，縮小BIM模型體量，通過平臺(tái)提取構(gòu)件工程量，查看構(gòu)件信息，提高圖紙識(shí)別度，使之更加適用于電腦和手機(jī)，更加方便快捷，如圖4所示。

圖4 BIM+模型輕量化平臺(tái)

3.1.3 BIM+GIS

通過無人機(jī)采集施工現(xiàn)場(chǎng)的360°全景數(shù)據(jù)，利用GIS傾斜攝影三維重建技術(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將BIM模型與GIS模型融合到統(tǒng)一的坐標(biāo)系，在模型中進(jìn)行標(biāo)記、測(cè)量、查看高程和坐標(biāo)等信息。將GIS平臺(tái)集成到智慧工地平臺(tái)，并與實(shí)時(shí)監(jiān)控的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析，為方案選取、施工過程監(jiān)管、信息收集提供支持，如圖5所示。

圖5 BIM+GIS平臺(tái)

3.1.4 BIM+三維場(chǎng)布

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地情況進(jìn)行項(xiàng)目場(chǎng)地布置[5]，充分地利用現(xiàn)場(chǎng)資源，為項(xiàng)目臨建布局及場(chǎng)地布置提供數(shù)據(jù)支持，減少二次搬運(yùn)，促進(jìn)安全文明施工，樹立良好的企業(yè)形象，如圖6所示。

圖6 BIM+場(chǎng)地布置

3.2 勞務(wù)實(shí)名制管理模塊

實(shí)名制管理系統(tǒng)具有勞務(wù)實(shí)名制管理、考勤預(yù)警、閘機(jī)設(shè)備管理、數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)進(jìn)場(chǎng)人數(shù)、人員定位管理、出勤數(shù)據(jù)查詢等多項(xiàng)功能。將用工合同、身份信息、安全教育、考勤記錄、工資明細(xì)五流合一，確保工人工資發(fā)放到位，幫助管理者掌握更準(zhǔn)確的人員信息，如圖7所示。

圖7 勞務(wù)實(shí)名制監(jiān)測(cè)

3.3 綠色施工管理子系統(tǒng)

綠色施工管理子系統(tǒng)包含節(jié)水、節(jié)能、噪音分析、環(huán)境分析、空氣質(zhì)量等[6]。整個(gè)系統(tǒng)按照設(shè)定參數(shù)運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PM2.5、PM10、溫度、濕度、噪音等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)安裝雨水收集系統(tǒng)，通過三級(jí)沉淀用于道路及外架噴淋，噴淋與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，一旦污染物超標(biāo)，噴淋系統(tǒng)自動(dòng)打開，如圖8所示。

圖8 綠色施工

3.4 設(shè)備監(jiān)測(cè)模塊

運(yùn)用大數(shù)據(jù)+移動(dòng)應(yīng)用的模式，采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)、卸料平臺(tái)超載預(yù)警系統(tǒng)和升降機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、AI人工智能識(shí)別系統(tǒng)等系統(tǒng)，通過在現(xiàn)場(chǎng)部署的監(jiān)控?cái)z像頭、傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備[7]，對(duì)人貨電梯、塔吊、升降機(jī)、卸料平臺(tái)、標(biāo)養(yǎng)室、雨水收集等進(jìn)行監(jiān)控，分析現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，實(shí)時(shí)掌握施工動(dòng)態(tài)。在違章操作發(fā)生預(yù)警、報(bào)警的同時(shí)，自動(dòng)終止機(jī)械危險(xiǎn)動(dòng)作，有效避免和減少安全事故的發(fā)生。系統(tǒng)將自動(dòng)收集過程資料，做到全時(shí)段、全方位的過程管理，具有可追溯性[8]，如圖9所示。

圖9 設(shè)備監(jiān)測(cè)

3.5 危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)模塊

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，涵蓋高支模、深基坑、大體積混凝土和鋼結(jié)構(gòu)。將平時(shí)不容易發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行數(shù)據(jù)化，直觀地分析在施工過程中各種危險(xiǎn)源的受力情況，及時(shí)作出相應(yīng)措施，如圖10所示。

圖10 危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)

3.6 先鋒黨建模塊

利用先鋒黨建模塊，宣傳十九大精神與習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想以及中建五局“超英精神”。中建五局安徽公司八個(gè)先鋒與項(xiàng)目生產(chǎn)結(jié)合到一起，黨員同志亮身份，真正實(shí)現(xiàn)黨建引領(lǐng)團(tuán)建，帶動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)力，如圖11所示。

圖11 先鋒黨建

3.7 視頻監(jiān)控管理子系統(tǒng)

在現(xiàn)有的項(xiàng)目管理機(jī)制中融入視頻監(jiān)控管理元素，通過遠(yuǎn)程平臺(tái)、智能手機(jī)APP軟件和大屏幕做到對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)全過程、多方位的有效掌控。對(duì)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)(施工面、重點(diǎn)區(qū)域)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可實(shí)時(shí)了解施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、施工現(xiàn)場(chǎng)基本情況、安全動(dòng)態(tài)及重大危險(xiǎn)源控制等，強(qiáng)化了監(jiān)管力度，提高了辦公效率，如圖12所示。

圖12 視頻監(jiān)控平臺(tái)

3.8 工程資料模塊

通過智云互聯(lián)平臺(tái)進(jìn)入公司內(nèi)部NAS服務(wù)器，將項(xiàng)目資料由專人進(jìn)行備份、上傳，并形成體系。保證過程資料不丟失，方便過程檢查及驗(yàn)收查找，使之更具有可追溯性。

3.9 五局協(xié)同模塊

將五局協(xié)同接入智云互聯(lián)平臺(tái)，所有流程及發(fā)布均由線上完成。同時(shí)智慧工地監(jiān)測(cè)的平臺(tái)數(shù)據(jù)均可從協(xié)同中導(dǎo)出，方便快捷，實(shí)現(xiàn)無紙化辦公[9]。

3.10 向移動(dòng)客戶端升級(jí)

項(xiàng)目在開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)智慧建造綜合管控平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)“智云互聯(lián)場(chǎng)館BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)(小程序端)”、“五局BIMer小程序BIM管理軟件V1.0”等各種軟件，降低了整個(gè)平臺(tái)的可操作性，使之更方便快捷，如圖13所示。

圖13 BIMer小程序

4 研究成果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1 研究成果

2018年取得四項(xiàng)軟件著作權(quán)授權(quán)：

(1)智云互聯(lián)場(chǎng)館BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)系統(tǒng)；

(2)智云互聯(lián)場(chǎng)館BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)(小程序端)；

(3)智云互聯(lián)場(chǎng)館BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)(BS端)；

(4)五局BIMer小程序BIM管理軟件。

4.2 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

“智云互聯(lián)”平臺(tái)結(jié)合施工企業(yè)需求，加入BIM+模塊、先鋒黨建模塊、工程資料模塊、五局協(xié)同模塊。加強(qiáng)平臺(tái)的信息集成，數(shù)據(jù)互聯(lián)，建設(shè)具有中建特色的智慧工地平臺(tái)。本平臺(tái)在肥東大劇院文化館工程中推廣應(yīng)用，取得了良好的實(shí)踐效果。公司將繼續(xù)綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步打造更專業(yè)、更先進(jìn)的智慧工地解決方案，加快推進(jìn)信息技術(shù)與建筑業(yè)發(fā)展深度融合，為集團(tuán)智慧建造的開展助力賦能。

BIM+物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)館類文化建筑智慧建造綜合管控技術(shù)建立互聯(lián)協(xié)同、智能生產(chǎn)、科學(xué)管理的施工項(xiàng)目信息化生態(tài)圈，并將在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下數(shù)據(jù)與采集到的工程信息進(jìn)行對(duì)比分析，提供趨勢(shì)預(yù)測(cè)及專家處理預(yù)案，實(shí)現(xiàn)工程施工可視化智能管理，以提高信息化水平，逐步實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的綠色建造和生態(tài)建造[10]。

4.3 “智云互聯(lián)”平臺(tái)的智慧之處

基于BIM+技術(shù)的應(yīng)用，打破目前施工現(xiàn)場(chǎng)由施工方一方主導(dǎo)、憑經(jīng)驗(yàn)管理、信息傳遞不及時(shí)、溝通不順暢等現(xiàn)狀；數(shù)據(jù)自動(dòng)采集及信息自動(dòng)更新使信息掌握更加便利，應(yīng)急處置更加迅速，安全質(zhì)量監(jiān)督更加直觀；監(jiān)控多方參與及監(jiān)控貫穿全程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工安全的自動(dòng)化、信息化、可視化、無紙化的高效監(jiān)控。隨著“智慧工地”系統(tǒng)進(jìn)一步普及完善并融入到項(xiàng)目日常建設(shè)中，“智慧工地”也將發(fā)揮更大作用，為項(xiàng)目建設(shè)保駕護(hù)航。

4.4 智慧平臺(tái)的效益總結(jié)

“智云互聯(lián)”平臺(tái)依托項(xiàng)目的成功應(yīng)用，獲得第五屆中國(guó)建設(shè)工程BIM大賽和首屆工程建設(shè)行業(yè)BIM大賽獎(jiǎng)項(xiàng)。項(xiàng)目多次舉辦觀摩會(huì)和交流會(huì)，取得了良好的社會(huì)效益。該平臺(tái)的集成應(yīng)用解決了施工管理平臺(tái)多、操作復(fù)雜、數(shù)據(jù)不安全、落地難的問題，提高了施工效率，縮短了工期，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，直接節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本450萬，對(duì)項(xiàng)目有良好的指導(dǎo)性。

“智云互聯(lián)”平臺(tái)在肥東大劇院文化館項(xiàng)目的成功應(yīng)用，有效探索出了一條適合本企業(yè)使用BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)的運(yùn)行機(jī)制，為以后公司平臺(tái)研發(fā)與全面推廣“BIM+智慧工地”應(yīng)用做了示范引領(lǐng)及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

5 結(jié)語

(1)“智云互聯(lián)”充分利用移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，徹底改變傳統(tǒng)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)參建各方現(xiàn)場(chǎng)管理的交互方式、工作方式和管理模式，可以幫助企業(yè)樹立品牌形象與標(biāo)桿效應(yīng)。

(2)智云互聯(lián)場(chǎng)館BIM+智慧工地集成管理平臺(tái)打破目前施工現(xiàn)場(chǎng)由施工方一方主導(dǎo)、憑經(jīng)驗(yàn)管理、信息傳遞不及時(shí)等現(xiàn)狀；采用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和更新、多方參與、監(jiān)控貫穿全程，實(shí)現(xiàn)施工管理的信息化、可視化、智能化管理。

(3)平臺(tái)將BIM、VR、AI、GIS等技術(shù)植入到建筑、施工機(jī)械、人員穿戴設(shè)備、場(chǎng)地關(guān)口等各類物體中，實(shí)現(xiàn)普遍互聯(lián)，并與互聯(lián)網(wǎng)集成，遵循智慧工地建設(shè)的基本理念，結(jié)合工地的實(shí)際管理需求，打造“安全、綠色、智能、高效”的智慧工地云平臺(tái)，實(shí)施對(duì)“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等各關(guān)鍵要素的實(shí)時(shí)、全面、智能的監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)以項(xiàng)目為核心的多方協(xié)同、多級(jí)聯(lián)動(dòng)、管理預(yù)控、整合高效的創(chuàng)新管理體系，保證工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本建設(shè)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，有利于推進(jìn)施工過程中綜合集成與智能決策，為建筑業(yè)升級(jí)改造與數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了重要的技術(shù)支撐力量[11]。