施工現(xiàn)場智慧移動(dòng)方艙設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

孫 靜

(北京城建智控科技股份有限公司,北京 100075)

0 引言

傳統(tǒng)建筑行業(yè)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè),粗放式的管理使工地的勞動(dòng)力、材料、機(jī)械設(shè)備的利用都存在監(jiān)管問題。通過合理制定智慧施工現(xiàn)場解決方案,融入更多的信息集成技術(shù),可以更好地發(fā)揮智慧管理和項(xiàng)目建設(shè)的優(yōu)勢,提升現(xiàn)場施工環(huán)境的安全管控效果,更好地監(jiān)控和管理施工項(xiàng)目,有效監(jiān)管施工環(huán)境、機(jī)械、設(shè)備和施工人員。

本文提出的智慧移動(dòng)方艙是一項(xiàng)整合施工現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)控和智慧管理、項(xiàng)目管控、項(xiàng)目宣傳和展示于一體的項(xiàng)目級(jí)綜合管理中心,是針對傳統(tǒng)項(xiàng)目展廳和指揮中心生產(chǎn)裝修周期長、運(yùn)行維護(hù)成本高、資金投入大等問題研發(fā)的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案。著重論述了智慧移動(dòng)方艙設(shè)計(jì)和應(yīng)用的指導(dǎo)思想、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及運(yùn)行實(shí)踐。通過對施工項(xiàng)目日常工作及項(xiàng)目管理的調(diào)查和研判,結(jié)合企業(yè)智慧工地項(xiàng)目管理的經(jīng)驗(yàn), 圍繞工地核心管理要素,以生產(chǎn)預(yù)制、模塊標(biāo)準(zhǔn)、安裝便捷、使用長效為目標(biāo),通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、場景互聯(lián),打造集綠色工地、安全工程、互聯(lián)協(xié)同、智能管理于一體的現(xiàn)場級(jí)監(jiān)管中心。確立了自主創(chuàng)新的指導(dǎo)思想;集數(shù)據(jù)采集、處理分析、集中監(jiān)控和項(xiàng)目管理的綜合功能設(shè)計(jì)原則。圍繞智慧工地建設(shè)及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),采用新信息技術(shù)提升施工質(zhì)量治理效能,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目質(zhì)量管理“智慧提質(zhì)”。

1 智慧移動(dòng)方艙特點(diǎn)

參照國內(nèi)工地的項(xiàng)目模式和理念,結(jié)合智能建造中智慧工地管理實(shí)際需求及施工項(xiàng)目的管理經(jīng)驗(yàn),充分征求智慧工地試點(diǎn)項(xiàng)目的建議,依托公司技術(shù)優(yōu)勢,自主設(shè)計(jì)并研發(fā)了集計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、智慧監(jiān)控技術(shù)、BIM技術(shù)為一體的創(chuàng)新型產(chǎn)品,主要特點(diǎn)如下。

1)集中人員、設(shè)備、物資、質(zhì)量、環(huán)境各類信息,深層次綜合管控

基于智慧移動(dòng)方艙的管控中心,通過攝像頭、末端傳感器等設(shè)備,結(jié)合施工現(xiàn)場管理關(guān)鍵要素,接入工地各項(xiàng)數(shù)據(jù)并展示為數(shù)據(jù)圖表,項(xiàng)目各部門人員可通過平臺(tái)實(shí)時(shí)了解項(xiàng)目動(dòng)態(tài),高效管控,做到協(xié)作執(zhí)行可追溯,管理信息零損耗。從而有效幫助項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)智慧化管理、提高管理效率。

2)安裝便捷、部署靈活

智慧移動(dòng)方艙只需要簡單地進(jìn)行箱體吊裝安放、綜合布線對接即可,真正做到安裝便捷快速;方艙由標(biāo)準(zhǔn)化的箱體拼接,可根據(jù)項(xiàng)目工地靈活部署多個(gè)單元;預(yù)制生產(chǎn)的智慧移動(dòng)方艙,現(xiàn)場進(jìn)行箱體吊裝安放、綜合布線對接即可;移動(dòng)方艙可與工地既有的外觀和尺寸活動(dòng)箱房保持一致,可做到項(xiàng)目形象統(tǒng)一。

3)模塊標(biāo)準(zhǔn)化

除箱體的標(biāo)準(zhǔn)化,方艙內(nèi)部設(shè)計(jì)了綜合監(jiān)控指揮中心、數(shù)字化及智慧化體驗(yàn)中心、企業(yè)及項(xiàng)目介紹、工程展示、實(shí)體沙盤等通用模塊,方艙的監(jiān)控系統(tǒng)、綜合布線、預(yù)留位置、裝修結(jié)構(gòu)、設(shè)備安裝均高度標(biāo)準(zhǔn)化。

4)循環(huán)可持續(xù)利用

智慧移動(dòng)方艙采用了工廠預(yù)制生產(chǎn)、裝配式應(yīng)用的理念,在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi),除項(xiàng)目展示的內(nèi)容,結(jié)合各項(xiàng)目自定義二次加工外,其余結(jié)構(gòu)、布線、設(shè)備等均可重復(fù)利用。有效解決了以往項(xiàng)目展廳和管控指揮中心生產(chǎn)裝修周期長、運(yùn)行維護(hù)成本高的問題。

如果酒店的個(gè)性化服務(wù)能滿足消費(fèi)者不同的個(gè)性化需求，必定能夠提高顧客的滿意度和忠誠度，最終也將增強(qiáng)酒店的知名度，這樣就會(huì)吸引更多的忠誠顧客，通過回頭客和良好的聲譽(yù)來使酒店贏得更多的利潤，占有更大的市場份額。

2 方艙設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案

2.1 結(jié)構(gòu)及功能

2.1.1設(shè)計(jì)材質(zhì)及結(jié)構(gòu)

智慧移動(dòng)方艙一方面作為項(xiàng)目生產(chǎn)管控的總指揮中心,另一方面也作為項(xiàng)目整體形象的展示中心。產(chǎn)品可與建設(shè)工地的現(xiàn)場施工項(xiàng)目指揮部的標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)板房或箱房進(jìn)行模塊單元拼接,搭建指揮部時(shí),智慧移動(dòng)方艙產(chǎn)品設(shè)置在1層,在智慧移動(dòng)方艙產(chǎn)品的兩側(cè)和頂層均可拼接標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)板房或箱房。智慧移動(dòng)方艙滿足易安裝拆除、可重復(fù)利用的需求。

方艙外殼采用冷軋鋼板焊接、沖壓成型,主體結(jié)構(gòu)外觀表面采用工業(yè)兩底兩面噴漆工藝,顏色與標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)板房或箱房的外觀顏色一致。方艙所有材料在加工過程中采用去毛刺工藝處理,所有外露的邊角及表面的突出物都采用圓弧光滑過渡,保證用戶在使用中不被劃傷。

設(shè)計(jì)定制化的結(jié)構(gòu)拼焊后組成4個(gè)模塊,由標(biāo)準(zhǔn)型材、扣件連接,組成整體移動(dòng)方艙。智慧移動(dòng)方艙可拼接擺放,可獨(dú)立擺放,如圖1所示。

圖1 移動(dòng)方艙結(jié)構(gòu)全景Fig.1 The integrated structure of mobile shelter

2.1.2基本模塊構(gòu)成

針對工地智慧化管理現(xiàn)狀和展示觀摩的需求,方艙內(nèi)部功能區(qū)域的設(shè)計(jì)充分考慮了項(xiàng)目的實(shí)用性和可擴(kuò)展性。智慧移動(dòng)方艙室內(nèi)裝飾采用簡裝風(fēng)格,鋪設(shè)石塑地板和鋁格柵吊頂,在保證可靠性的前提下具備一定的美化效果。智慧移動(dòng)方艙內(nèi)部由管控?cái)?shù)字指揮區(qū)、宣傳展示區(qū)兩大區(qū)域組成。

1)管控?cái)?shù)字指揮區(qū) 方艙內(nèi)設(shè)有簡易設(shè)備間,內(nèi)安裝有機(jī)柜,以部署邊緣計(jì)算資源。周邊設(shè)置拼接監(jiān)控大屏、多功能顯示器、配備計(jì)算機(jī)主機(jī)及顯示器的操作臺(tái),結(jié)合邊緣設(shè)備及智慧工地平臺(tái)應(yīng)用,可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人員、設(shè)備、環(huán)境等畫面的實(shí)時(shí)監(jiān)控及數(shù)據(jù)展示。

2.2 可靠性設(shè)計(jì)

智慧移動(dòng)方艙出廠前通過了各種測試和驗(yàn)證,如功能測試、性能測試和壓力測試,以確保系統(tǒng)能夠在不同的工作負(fù)載和環(huán)境條件下保持可靠性。

2.2.1系統(tǒng)可靠性

方艙室內(nèi)設(shè)備的輸入和輸出線纜采取了強(qiáng)、弱電纜嚴(yán)格分開的設(shè)計(jì),并安裝了漏電保護(hù)裝置和防雷保護(hù);各設(shè)備模塊的接地與移動(dòng)方艙殼體可靠連接,與外部地線統(tǒng)一接到配電箱。

基于方艙的智慧工地平臺(tái)在遇到故障或錯(cuò)誤時(shí),仍能夠繼續(xù)正常運(yùn)行或快速恢復(fù)。這可以通過使用冗余組件、備份系統(tǒng)和故障轉(zhuǎn)移等方法來實(shí)現(xiàn)。方艙內(nèi)布設(shè)用于智慧工地設(shè)備監(jiān)控和現(xiàn)場安全管控分析的邊緣智能設(shè)備,在實(shí)現(xiàn)本地化實(shí)時(shí)監(jiān)測的同時(shí),關(guān)鍵數(shù)據(jù)同步上云,保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,如圖2所示。

圖2 平臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向Fig.2 Data flow of platform

2.2.2結(jié)構(gòu)可靠性

移動(dòng)方艙外殼采用拼接焊接方式,外部焊縫經(jīng)精細(xì)打磨處理,內(nèi)部支撐連接件使用氣體保護(hù)焊工藝,保證焊縫強(qiáng)度質(zhì)量,內(nèi)部電器模塊安裝后的牢固性和耐久性不會(huì)因搬運(yùn)或沖擊造成設(shè)備損傷。

方艙內(nèi)零部件主要采用沖壓成形、焊接、機(jī)械加工、注塑等制造工藝,殼體鈑金件主要采用數(shù)控沖床、數(shù)控折彎、激光切割機(jī)等先進(jìn)設(shè)備加工,保證了制造精度;箱體在組裝過程中零部件的緊固嚴(yán)格按照GB/T3098.13—1996《緊固件機(jī)械性能螺栓與螺釘?shù)呐ぞ卦囼?yàn)和破壞扭矩公稱直徑1～10 mm》執(zhí)行。

2.2.3可維護(hù)性

每個(gè)方艙單元在背面的頂部均設(shè)置有各單元獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)供電航空插座及通信接口插座,便于現(xiàn)場組裝和拆卸。移動(dòng)方艙內(nèi)部采用了合理化的設(shè)備布局,設(shè)備之間安裝無干擾、拆卸方便。緊固件為常規(guī)通用標(biāo)準(zhǔn)件,使用常規(guī)工具即可進(jìn)行大部分模塊的拆卸與安裝,從而讓產(chǎn)品維護(hù)人員維護(hù)起來更加方便快速,有助于方艙的運(yùn)維和周轉(zhuǎn)。

3 基于移動(dòng)方艙的智慧化應(yīng)用場景

標(biāo)準(zhǔn)尺寸為12 m×8 m的智慧移動(dòng)方艙已正式應(yīng)用于某大學(xué)通州校區(qū)項(xiàng)目的品牌展示、綜合監(jiān)控指揮等全過程。此次應(yīng)用在項(xiàng)目上的移動(dòng)方艙一體化解決方案,采用集成化理念,將項(xiàng)目宣傳和項(xiàng)目智慧化管理相融合,打造集智慧展廳和指揮管控中心為一體的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、智慧化產(chǎn)品。采用了裝配式理念,以租賃形式交付給項(xiàng)目使用,運(yùn)輸完畢后只需吊裝通電即可使用。有效解決了以往項(xiàng)目展廳和指揮中心生產(chǎn)裝修周期長、運(yùn)行維護(hù)成本高、資金投入大等問題,實(shí)現(xiàn)了內(nèi)容設(shè)計(jì)定制化、設(shè)備生產(chǎn)效率化、現(xiàn)場安裝簡單化、設(shè)備使用長效化、客戶體驗(yàn)精細(xì)化,如圖3所示。

圖3 移動(dòng)方艙在工地項(xiàng)目的應(yīng)用Fig.3 Application of mobile shelter in a project

3.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

移動(dòng)方艙布設(shè)邊緣計(jì)算資源所需的基礎(chǔ)模塊,通過有線、光纖、互聯(lián)網(wǎng)、ZIGBEE等通訊方式實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場的終端硬件互聯(lián)互通。終端傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對工地現(xiàn)場的環(huán)境溫度、PM2.5、關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測,攝像頭對人員出入、作業(yè)行為、安全隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。數(shù)據(jù)采集部分包括現(xiàn)場及設(shè)備內(nèi)部的各類傳感器,通過交換機(jī)、串口服務(wù)器、LoRa網(wǎng)關(guān)等集中實(shí)現(xiàn)對全工地區(qū)域內(nèi)塔式起重機(jī)、混凝土泵、腳手架等設(shè)備設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、交換和存儲(chǔ),如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控Fig.4 Data collection and monitoring

3.2 安全管理及預(yù)警

邊緣智能硬件是智慧移動(dòng)方艙的核心大腦,可以接收傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。通過AI算法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),智能硬件可以實(shí)現(xiàn)對建筑工地中各種數(shù)據(jù)的智能化分析和處理,如異常預(yù)警、質(zhì)量檢測、安全監(jiān)控等。

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)對施工大型設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,搭配設(shè)備檔案,充分體現(xiàn)“事先監(jiān)督管理、事中數(shù)據(jù)監(jiān)測、事后分析”;融合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能地磅,接通項(xiàng)目計(jì)劃、物料驗(yàn)收、入出庫登記,形成完整的運(yùn)行臺(tái)賬,全自動(dòng)預(yù)警分析。設(shè)備在線監(jiān)測可以全方位確保作業(yè)安全,起到區(qū)域安全防范、防碰撞、超載等作用。通過使用AI盒子搭載算法結(jié)合攝像頭可以完成行為分析、精準(zhǔn)定位、人員屬性分析、異常行為預(yù)警,將被動(dòng)預(yù)防轉(zhuǎn)化為主動(dòng)預(yù)防,避免事件升級(jí)。安全管理及預(yù)警應(yīng)用模塊如圖5所示。

圖5 安全管理及預(yù)警應(yīng)用模塊Fig.5 Application modules of safety management and early warning

3.3 數(shù)字化指揮中心

為使得施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等一系列硬件設(shè)備有效實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)貫通,方艙構(gòu)建了用于傳遞、展示、預(yù)警分析、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能于一體的“指揮中心”。指揮中心硬件設(shè)施構(gòu)建基于智慧工地平臺(tái)應(yīng)用、操作臺(tái)及拼接大屏構(gòu)成。

指揮大屏是智慧工地系統(tǒng)的核心交互窗口,為工程項(xiàng)目管理者提供多種交互模式,實(shí)現(xiàn)一張圖進(jìn)行項(xiàng)目業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全景查看(見圖6),包含工程概況、工程進(jìn)度、設(shè)備管理、環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警信息,監(jiān)管人員可以隨時(shí)加載相應(yīng)的模塊進(jìn)行聯(lián)動(dòng),查看相關(guān)模塊的詳細(xì)信息。工程概況直觀展示項(xiàng)目參與各方及項(xiàng)目重要信息;進(jìn)度監(jiān)控以條形圖來展現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度差距,以便工作人員合理安排工作計(jì)劃;設(shè)備統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場機(jī)械數(shù)量,進(jìn)行設(shè)備管理;預(yù)警信息將各個(gè)功能模塊預(yù)警進(jìn)行匯總。

圖6 數(shù)字化指揮平臺(tái)Fig.6 Digital command platform

3.4 智慧展廳

為了充分展示項(xiàng)目特色,切實(shí)做好安全教育工作,移動(dòng)方艙特別打造了集“品牌文化及項(xiàng)目展示+安全體驗(yàn)+信息處理”于一體的多功能智慧展廳,既可滿足項(xiàng)目內(nèi)容培訓(xùn)管理,又可以成為項(xiàng)目對外展示的窗口,滿足各方觀摩的需求。展廳提供了標(biāo)準(zhǔn)的展示模塊及豐富的展示模板,內(nèi)容涵蓋項(xiàng)目展示、企業(yè)文化介紹、質(zhì)量安全看板。數(shù)字化智慧展廳通過沉浸交互、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等多媒體和數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用,可以讓參觀者直觀地感受到項(xiàng)目亮點(diǎn)、技術(shù)優(yōu)勢和危險(xiǎn)源等內(nèi)容,在打造安全質(zhì)量工程方面發(fā)揮著積極作用,有助于樹立安全意識(shí),提升品牌形象,給企業(yè)帶來更多地正向反饋。

1)VR體驗(yàn) 基于VR設(shè)備把工地實(shí)景映射到虛擬場景中,可以直接體驗(yàn)高空墜落、腳手架傾斜、火災(zāi)演練等效果。施工人員佩戴VR眼鏡、手握控制手柄,可體驗(yàn)施工中可能發(fā)生的危險(xiǎn)場景,直觀地感受違規(guī)操作帶來的危害,也可以通過虛擬場景模擬,學(xué)習(xí)掌握相應(yīng)的防范知識(shí)及應(yīng)急措施,有效避免安全事故。

2)數(shù)字沙盤 采用數(shù)字孿生技術(shù),結(jié)合BIM、物聯(lián)網(wǎng)、AI等,打造出全新的數(shù)字孿生式沙盤,可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全的控制目標(biāo),從而實(shí)現(xiàn)工程效果直觀展示,更好地推動(dòng)工程項(xiàng)目建設(shè)。

4 結(jié)語

本次智慧移動(dòng)方艙在傳統(tǒng)箱房架構(gòu)設(shè)計(jì)上,創(chuàng)新性地以靈活拼接實(shí)現(xiàn)工地管理布局應(yīng)用,同時(shí)充分利用多種信息化技術(shù),滿足了工地項(xiàng)目智慧管理的需求。移動(dòng)方艙采用模塊標(biāo)準(zhǔn)化、即裝即用的設(shè)計(jì)及實(shí)施理念,很大程度上減輕了項(xiàng)目定制化開發(fā)的壓力,縮短了智慧工地應(yīng)用及智慧化展廳上線周期,為項(xiàng)目帶來了良好的使用效果。

與此同時(shí),智慧移動(dòng)方艙產(chǎn)品依托集成的智慧工地平臺(tái)、AI分析、邊緣計(jì)算等技術(shù)手段,進(jìn)而達(dá)到以施工安全為核心、智能服務(wù)為特色、數(shù)據(jù)多維度集成共享為標(biāo)志的智慧工地服務(wù)。平臺(tái)的多項(xiàng)應(yīng)用均滿足政府及企業(yè)對智慧工地的建設(shè)要求和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),為企業(yè)及項(xiàng)目創(chuàng)優(yōu)豎立了品牌形象。