智慧工地施工管理平臺教學(xué)與應(yīng)用研究

吳曉偉 田俊 謝沛琪 鄭澤洲 何梓健 韋錦松 江粵佳

摘?要：以智慧施工管理為核心，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，研究智慧工地施工管理平臺教學(xué)的整體架構(gòu)，基于BIM?進(jìn)行方案展示、深化設(shè)計(jì)、虛擬施工、碰撞檢查、項(xiàng)目管理等技術(shù)應(yīng)用。闡述智慧工地教學(xué)管理平臺對一體化項(xiàng)目管控與智慧工地信息化的精準(zhǔn)程度、安全監(jiān)管體系的保障程度等智能施工管理方式，將智能化與BIM技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目精準(zhǔn)化管理。以A大學(xué)人才公寓項(xiàng)目為案例，根據(jù)其實(shí)際施工現(xiàn)場、網(wǎng)絡(luò)布局、人員管理等情況，搭建智慧工地施工管理平臺，以期賦能施工管理平臺教學(xué)建設(shè)，提升施工項(xiàng)目管理水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、智能化管理。

關(guān)鍵詞：智慧工地；施工管理平臺；智能化管理

Abstract：With?the?Intelligent?Construction?Management?as?the?core，combining?the?advanced?technology?such?as?artificial?Intelligence，big?date，IoT?and?so?on，we?study?the?overall?structure?of?smart?site?construction?management?teaching?platform，and?based?of?BIM?technology?applications?such?as?scheme?display，design?deepening，virtual?construction，collision?checking，and?project?management.The?platform?combine?intelligence?and?BIM?technology，achieve?accurate?management?of?construction?projects.Taking?talented?apartment?project?of?University?A?as?the?example，according?to?the?actual?construction?site，network?layout?and?personnel?management，we?build?a?smart?site?construction?management?platform?to?empower?construction?management?building，improve?construction?project?management?level?and?realize?scientific?and?intelligent?management.

Keywords：Intelligent?Site；Construction?Management?Platform；Intelligent?Management

以數(shù)字建筑帶動智慧工地建設(shè)，通過數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字建造、數(shù)字運(yùn)維，讓工程項(xiàng)目的進(jìn)度加快，成本降低，質(zhì)量安全提高，將為精準(zhǔn)化高質(zhì)量施工管理教學(xué)平臺發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐與強(qiáng)大的驅(qū)動力。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑工程的規(guī)模越來越龐大，其結(jié)構(gòu)類型也越來越復(fù)雜，對建筑施工成本、技術(shù)、安全等管理提出了更高的要求。

從文獻(xiàn)梳理來看，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于智慧工地教學(xué)管理平臺做了大量的理論與技術(shù)研究。針對智慧工地教學(xué)管理平臺國內(nèi)外學(xué)者主要進(jìn)行了三個(gè)方向的研究：（1）構(gòu)建多維信息及動態(tài)決策的工地智慧環(huán)境與運(yùn)行機(jī)制?；贐IM的智慧工地管理體系框架，借助虛擬現(xiàn)實(shí)VR、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR、RFID、三維激光掃描、“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)，涵蓋環(huán)境檢測及臨電安全；穿戴技術(shù)用于監(jiān)測和測量建筑行業(yè)內(nèi)的各種安全性能指標(biāo)；塔式起重機(jī)的安全實(shí)時(shí)監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析可支持工地的智慧化；檢查人員的個(gè)人防護(hù)裝備是否符合要求等；（2）利用智慧工地作為大數(shù)據(jù)分析平臺，有效進(jìn)行人員科學(xué)管理。分別對建筑勞務(wù)工人進(jìn)行多維度分析、人員進(jìn)出場地身份識別管理、人員授權(quán)移動定位及運(yùn)動軌跡管理檔案管理、人員精神壓力及心理健康狀態(tài)監(jiān)測管理等；（3）聚焦BIM技術(shù)和現(xiàn)場施工活動管理的融合。通過建立BIM+4D模型對施工過程進(jìn)行仿真模擬，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場進(jìn)度、成本、資源、場地的實(shí)時(shí)動態(tài)控制；將物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動終端等技術(shù)綜合運(yùn)用起來，在施工現(xiàn)場中，各種建設(shè)項(xiàng)目所生成的各種信息數(shù)據(jù)展開了收集和運(yùn)算，為管理人員和企業(yè)提供進(jìn)度、質(zhì)量、成本等方面的數(shù)據(jù)，并利用三維技術(shù)、仿真模擬對現(xiàn)場進(jìn)行智能調(diào)度與控制等。然而針對數(shù)字建筑與現(xiàn)代的精益建造理論與方式相融合，將人員、流程、數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行集成，從而達(dá)到建設(shè)施工的全過程、各要素、各參與方的數(shù)字化、線上化、智能化，為建設(shè)工程建設(shè)中的企業(yè)和行業(yè)構(gòu)建一個(gè)建設(shè)智慧工地的平臺生態(tài)新體系相對較少。為此，作者通過數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字建造、數(shù)字運(yùn)維建立智慧工地施工管理教學(xué)平臺應(yīng)用，以期賦能工程施工管理新模式，提升智慧工地施工管理平臺高效實(shí)用、科學(xué)安全智慧的管理模式。

1?智慧工地現(xiàn)狀以及平臺集成技術(shù)

1.1?智慧工地現(xiàn)狀

目前，我國的智慧工地仍處于初步探索階段。截止到2018年，全國智慧工地市場規(guī)模達(dá)到了近百億，與傳統(tǒng)的施工管理相比，效率大大提高，智慧工地的建設(shè)離不開信息采集，但是目前市面上部分智能施工應(yīng)用軟件存在較大的發(fā)展空間。相比較發(fā)達(dá)國家，我國的智慧工地建設(shè)起步較晚，核心技術(shù)存在短板，施工感應(yīng)不夠及時(shí)、業(yè)務(wù)管理不夠精細(xì)。

1.2?平臺集成技術(shù)

智慧工地平臺的建設(shè)目標(biāo)是在項(xiàng)目管理相關(guān)軟硬件的基礎(chǔ)上，運(yùn)用?BIM和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，來引導(dǎo)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場管理的數(shù)據(jù)驅(qū)動，解決以往的信息孤島現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)以施工項(xiàng)目為中心的數(shù)據(jù)全流通、全過程、全要素、全參與。為進(jìn)一步深入對智慧工地展開教學(xué)管理平臺研究，依托A大學(xué)人才公寓施工項(xiàng)目為例，導(dǎo)入iWorks軟件進(jìn)行模擬施工、設(shè)計(jì)變更、利用iWorks平臺檢查問題、竣工信息管理等，實(shí)現(xiàn)BIM與智慧工地有機(jī)結(jié)合。

1.2.1??移動終端

以?BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，搭建協(xié)作平臺。將業(yè)主、設(shè)計(jì)和施工在工程中的各個(gè)方面都進(jìn)行了高效的連接，從而達(dá)到了動態(tài)、即時(shí)地交流。也能在建筑工程整個(gè)壽命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)中，利用?BIM這個(gè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)、高效的溝通。采用一個(gè)平臺多套解決方案的方式服務(wù)于施工企業(yè)多項(xiàng)目協(xié)同管理，整合項(xiàng)目BIM模型技術(shù)應(yīng)用。

1.2.2?B/S應(yīng)用端

應(yīng)用端主要負(fù)責(zé)數(shù)字化的?BIM模型，包含了施工項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等全過程提供服務(wù)。

1.2.3?對接平臺

對接平臺主要負(fù)責(zé)從采集項(xiàng)目信息的規(guī)范化，集成化、智能化、移動化方向，對其進(jìn)行歸納、分析，最終形成應(yīng)用集成。

2?智慧工地解決方案

智慧工地解決方案是基于BIM+GSD+IOT+AI的新一代智慧工地解決方案，實(shí)現(xiàn)了過程管理的可視化、智能化。

2.1?智慧工地平臺架構(gòu)

2.2?智慧工地平臺功能

2.2.1?BIM+GSD+IoT+AI決策系統(tǒng)

集成GSD宏觀地表信息和BIM精細(xì)化建筑及地下設(shè)施信息，1∶1數(shù)字化完美還原建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)場，重大事件模擬演練，協(xié)助管理者更直觀監(jiān)控、管理和決策。

2.2.2?項(xiàng)目BIM信息展示

顯示和檢查單個(gè)建筑模型組件級別信息，iWorks數(shù)據(jù)互聯(lián)，顯示和查看項(xiàng)目BIM模型信息、數(shù)據(jù)、協(xié)調(diào)、沙盤等詳細(xì)數(shù)據(jù)。在iWorks中自動獲取模型項(xiàng)目，構(gòu)建場景項(xiàng)目，并讀取項(xiàng)目、數(shù)據(jù)、協(xié)調(diào)、進(jìn)度等信息，實(shí)現(xiàn)一套BIM數(shù)據(jù)的多系統(tǒng)利用。

2.2.3?環(huán)境監(jiān)測

實(shí)時(shí)監(jiān)測測點(diǎn)的揚(yáng)塵數(shù)據(jù)，包括PM2.5、PM10、溫度、濕度、風(fēng)速等參數(shù)。當(dāng)監(jiān)測參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，可瞬時(shí)發(fā)出警告并采取相應(yīng)的處理措施。

2.2.4?深基坑監(jiān)測

采用傳感器技術(shù)監(jiān)測護(hù)墻頂部水平位移和沉降，維持墻體深層水平位移、支撐軸力、基坑外部水位、傾斜等，防止安全隱患的發(fā)生。

3?實(shí)際工程應(yīng)用案例

3.1?項(xiàng)目介紹

本項(xiàng)目位于廣東省東莞市松山湖科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)，屬于剪力墻結(jié)構(gòu)，施工難度較高且復(fù)雜，包含土建、裝飾、消防、幕墻、智能化等多個(gè)專業(yè)，存在交叉作業(yè)的情況，施工組織管理復(fù)雜并且對視管理的要求較為嚴(yán)格，為了解決工程建設(shè)復(fù)雜化的問題，提高施工場地智慧化管理水平。

本文針對將該項(xiàng)目的施工作業(yè)關(guān)鍵要素，采用BIM、iWorks和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建智慧工地平臺整體解決方案，并與BIM+GSD+IOT+AI的新一代智慧工地集成系統(tǒng)結(jié)合起來，通過先進(jìn)的信息技術(shù)對施工現(xiàn)場的管理效率進(jìn)行提高，實(shí)現(xiàn)施工全過程的可視化和實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警，確保建筑工地施工實(shí)時(shí)、安全。

3.2?碰撞檢查

本項(xiàng)目模型通過Revit軟件模型碰撞舉例，在軟件協(xié)作模塊選中需要檢查的模塊，包括一般的墻、板、門窗等建筑部分，以及專用設(shè)備、綜合管道等部分。碰撞分析后，軟件通過顯示構(gòu)件id并定位，可以快速找出出現(xiàn)發(fā)生碰撞的位置。

3.3?現(xiàn)場設(shè)計(jì)變更管理

設(shè)計(jì)修改是在項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)得到批準(zhǔn)一直到通過完工驗(yàn)收，并開始真正交付使用的那一天為止，對已審批的初步設(shè)計(jì)文件、技術(shù)設(shè)計(jì)文件或?qū)こ虉D紙的修改、完善、優(yōu)化等工作，它是現(xiàn)場中比較常見的調(diào)整活動，設(shè)計(jì)變更的發(fā)生將會直接影響到建設(shè)工程投資成本，且設(shè)計(jì)變更發(fā)生的時(shí)間越早，投資成本受到的影響越小，我們可以看出設(shè)計(jì)階段也是控制工程質(zhì)量和成本的最重要、最有利的階段。設(shè)計(jì)變更關(guān)系著項(xiàng)目的安全、進(jìn)度、質(zhì)量和投資控制，其影響之大足以得到現(xiàn)場施工管理人員與設(shè)計(jì)人員的重視。設(shè)計(jì)變更往往缺少可視化的效果，這時(shí)，我們利用Revit與iWorks等BIM軟件，通過對設(shè)計(jì)變更的模型進(jìn)行分析與演示，就可以直觀地看到設(shè)計(jì)變更帶來的技術(shù)參數(shù)、施工方法的可行性、經(jīng)濟(jì)效益性以及施工的可操作性的改變與優(yōu)化。最后，編制一份變更對比方案，向設(shè)計(jì)單位與業(yè)主交流確認(rèn)后，就可以很好地減少現(xiàn)場設(shè)計(jì)變更帶來的些許麻煩。

結(jié)語

對智能工地技術(shù)的研究，集中表現(xiàn)在了施工現(xiàn)場的設(shè)備和信息體系上。本文利用了BIM、物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用等現(xiàn)代技術(shù)，對其進(jìn)行了全面、實(shí)時(shí)、智能的監(jiān)控和管理，對現(xiàn)場作業(yè)人員、項(xiàng)目管理者各層的協(xié)作進(jìn)行了有力的支撐。并進(jìn)行了相關(guān)的管理工作，對現(xiàn)場操作人員的工作效率進(jìn)行了極大的提高，從而提高了項(xiàng)目建設(shè)的控制效率及智能化程度，它具備了比較強(qiáng)大的工程應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前業(yè)界對智慧施工現(xiàn)場的研究，目前還停留在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)的適用上，在未來的發(fā)展過程中，還需要在大數(shù)據(jù)、BIM、智能化等領(lǐng)域進(jìn)行強(qiáng)化。針對云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的整合和運(yùn)用，構(gòu)建出整合監(jiān)督服務(wù)平臺，從而提高了建筑業(yè)數(shù)據(jù)資源利用水平和能力。

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作者簡介：吳曉偉（1985—?），女，蒙古族，吉林白城人，博士，副教授，研究方向：工程項(xiàng)目管理、應(yīng)急安全管理。

*通訊作者：田俊（1985—?），男，漢族，山東臨沂人，博士，副教授，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)的加固與耐久性提升。