基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的建筑工程智慧管理與應(yīng)用

陳 舒（91007部隊(duì)，浙江 寧波 310000）

近年來(lái)，隨著建筑管理中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，管理方法及體系與信息技術(shù)逐步融合，通過運(yùn)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、建筑模型信息技術(shù)等，構(gòu)建起信息化建筑管理平臺(tái)與框架，實(shí)現(xiàn)了建筑管理的多方面互聯(lián)，有效提高了建筑管理水平，優(yōu)化了建筑管理內(nèi)容。信息技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了建筑管理數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，通過分析總結(jié)類似建筑結(jié)構(gòu)的管理經(jīng)驗(yàn)和信息，可對(duì)管理體系和管理內(nèi)容重點(diǎn)進(jìn)行深度數(shù)據(jù)挖掘，分析重點(diǎn)影響因素，對(duì)管理平臺(tái)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，發(fā)揮智慧管理體系優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化信息傳遞和各方協(xié)同管理。

1 建筑工程信息挖掘與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

1.1 工程信息挖掘

現(xiàn)代建筑工程項(xiàng)目體量規(guī)模逐年增長(zhǎng)，建筑結(jié)構(gòu)與功能日益復(fù)雜，建筑項(xiàng)目的管理難度不斷提升，現(xiàn)代管理體系與方法必須適應(yīng)建筑業(yè)發(fā)展需要，細(xì)化功能特征，構(gòu)建自動(dòng)化的管理功能系統(tǒng)。通過收集整理建筑工程的事故類型和工程數(shù)據(jù)，建立工程管理風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，可為后續(xù)建立管理系統(tǒng)提供大量現(xiàn)實(shí)資料支撐。本研究統(tǒng)計(jì)了近15年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的安全事故的工程數(shù)據(jù)，并對(duì)其工程地點(diǎn)、具體產(chǎn)值、事故規(guī)模、經(jīng)濟(jì)損失、事故類型和誘發(fā)因素進(jìn)行了分析總結(jié)，采用數(shù)字化的處理模式，提取其中的工程建設(shè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行歸一化處理，建立事故分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容不斷調(diào)試管理評(píng)價(jià)模型。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)高發(fā)的建筑工程安全事故類型主要包括施工期高空墜落、物體打擊、機(jī)械傷害、火災(zāi)觸電，其發(fā)生概率與工程建設(shè)規(guī)模、施工時(shí)間在概率學(xué)上均存在相關(guān)性（P＞0.05），根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果，高空墜落類安全事故發(fā)生率最高，占總事故的45%以上，容易導(dǎo)致人員傷亡。墜落事故的發(fā)生概率與工業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果為P＞0.05，相關(guān)系數(shù)R=0.1732，表明二者之間確實(shí)存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的正向相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性強(qiáng)度一般。物體打擊與火災(zāi)觸電事故分布均勻，隨著建筑業(yè)產(chǎn)值的提升，統(tǒng)計(jì)學(xué)上機(jī)械傷害事故的發(fā)生率反而下降，說明大型建筑項(xiàng)目機(jī)械設(shè)備管理嚴(yán)格，機(jī)械施工安全管理落實(shí)優(yōu)于小型建設(shè)項(xiàng)目。

1.2 工程管理社會(huì)網(wǎng)絡(luò)化分析

研究利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法（SNA），從行業(yè)整體出發(fā)，研究各類事故發(fā)生率與事故特性和工程各方對(duì)象的映射聯(lián)系，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行矩陣式節(jié)點(diǎn)分析，將工程主體、環(huán)境、人員等設(shè)立成動(dòng)態(tài)的分析單元，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算，分析不同因素之間的聚集特征。

由于現(xiàn)代建筑工程管理影響因素復(fù)雜，因此分析過程中需根據(jù)大量工程數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)處理計(jì)算，識(shí)別出關(guān)鍵的風(fēng)險(xiǎn)因素，并建立針對(duì)建筑工程的特異化管理風(fēng)險(xiǎn)因素網(wǎng)絡(luò)。其中，建筑工程內(nèi)容分為管理部分、外界環(huán)境部分以及工程建設(shè)部分，基本分析邏輯框架如圖2所示。

將圖2 中點(diǎn)線框內(nèi)通過系統(tǒng)識(shí)別出的影響因子定義為單獨(dú)的分析單元，構(gòu)建成為前端因素集合A，將總結(jié)出的事故類型定義為后端事故集合，利用邊緣賦值法建立二者之間的關(guān)聯(lián)矩陣，其中二者之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)采用數(shù)據(jù)庫(kù)中二者的相關(guān)性系數(shù)R進(jìn)行賦值，Rij為0表示前端因子Ai與后端因子Bj之間不存在相關(guān)關(guān)系，Rij為1 表示前端因子Ai與后端因子Bj之間存在完全的正相關(guān)關(guān)系。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)采用R語(yǔ)言數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理結(jié)果反映出因子對(duì)于管理事故發(fā)生率的影響大小。各因子內(nèi)部之間也存在相關(guān)性關(guān)系，同樣可根據(jù)圖2 虛線框中的工程階段進(jìn)行分層分析，分析結(jié)果采用Fru-Rein 布局，模塊處理后如圖3所示。

圖3 識(shí)別因子間Fru-Rein布局

圖3中圈形的大小表示對(duì)該因子對(duì)整體事故發(fā)生率的影響大小，連接線表示統(tǒng)計(jì)學(xué)上R＞0.05的各因子間的相關(guān)關(guān)系。建筑工程管理的社會(huì)網(wǎng)格分析結(jié)果顯示，場(chǎng)地規(guī)劃、運(yùn)輸時(shí)效性、自然因素等對(duì)事故發(fā)生率的影響較大，在構(gòu)建智能化管理體系時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考慮；其次，部門間的協(xié)調(diào)合作、工藝水平和審批及時(shí)性同樣處于節(jié)點(diǎn)較多的狀態(tài)，說明此類因素影響范圍較大，會(huì)引發(fā)因子之間的相互響應(yīng)。

建立的社會(huì)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)共有21 個(gè)關(guān)聯(lián)因子，各因子之間的關(guān)聯(lián)度可以用系統(tǒng)輸出的緊密中心度C值進(jìn)行評(píng)價(jià)，見式（1）。

式中i為第i個(gè)因子，j為第j個(gè)因子，n為該因子導(dǎo)出的連線數(shù)量，Ci越大表示i因素與各因素之間的關(guān)聯(lián)越緊密。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，場(chǎng)地規(guī)劃具有最強(qiáng)中心度，說明該因素與多因子之間存在著較強(qiáng)的相關(guān)性。建筑管理模型中計(jì)算各因子平均中心度為0.48，說明因子整體上關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。

2 工程管理數(shù)據(jù)化與智慧平臺(tái)的構(gòu)建

在建筑工程管理過程中，不同階段的管理內(nèi)容和管理對(duì)象存在一定差異，管理過程呈現(xiàn)明顯的階段性特征，管理過程要服務(wù)于工程建設(shè)目的，需要多方人員協(xié)調(diào)配合。因此，在搭建建筑工程智慧管理平臺(tái)時(shí)，既要體現(xiàn)系統(tǒng)化、一體化的管理思路，將階段性管理聯(lián)系起來(lái)，增強(qiáng)各環(huán)節(jié)之間的管理銜接，打通不同階段的數(shù)據(jù)交流渠道，又要處理好各階段的突出問題，提高相關(guān)人員的技術(shù)精度和管理人員的專業(yè)性，并且應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注社會(huì)網(wǎng)絡(luò)化分析提取出的管理主要影響因子，用智能化手段統(tǒng)籌整體與細(xì)節(jié)管理。

2.1 工程管理數(shù)據(jù)化

工程的數(shù)據(jù)化是實(shí)現(xiàn)建筑工程智慧化管理的基礎(chǔ)，采用傳感器的方式收集在線工程數(shù)據(jù)信息是構(gòu)建流暢數(shù)據(jù)信息流的有效方法，支撐各階段的管理決策和方法調(diào)整。本研究的工程管理的數(shù)據(jù)化主要將傳感器進(jìn)行分類編碼，自動(dòng)讀取工程數(shù)據(jù)信息，按照傳感器類型將反饋的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義，結(jié)合工程建設(shè)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)化描述。在施工過程中，各數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)更新，利用閱讀器便可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、施工布置的解讀，捕捉溫度、濕度等重要環(huán)境信息，并根據(jù)信息實(shí)時(shí)調(diào)整管理策略，確認(rèn)施工操作，完善物資供應(yīng)保障。以某工程建設(shè)項(xiàng)目為例，其現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)傳感器布置讀取數(shù)據(jù)與編碼如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)傳感器布局示意

各分區(qū)傳感器包括數(shù)據(jù)互聯(lián)的多種傳感器，包括工作人員打卡信息、設(shè)備檢修數(shù)據(jù)、溫度與噪聲等外界環(huán)境讀取設(shè)備、材料清單、局部結(jié)構(gòu)壓力計(jì)、聯(lián)網(wǎng)電壓表與水表、設(shè)備功率讀取設(shè)備等，共同構(gòu)成工程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將工程建設(shè)活動(dòng)體現(xiàn)在參數(shù)變化上。每個(gè)分區(qū)的傳感器根據(jù)其采集的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行集中編碼，同類傳感器之間的數(shù)據(jù)可以在終端進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，如出現(xiàn)異常情況可直接定位問題，提高問題發(fā)現(xiàn)與解決效率。讀取設(shè)備通過電子圖像識(shí)別技術(shù)和紅外技術(shù)，自動(dòng)對(duì)進(jìn)出場(chǎng)物品進(jìn)行材質(zhì)識(shí)別和合格化檢驗(yàn)，避免問題材料進(jìn)入施工場(chǎng)地造成安全管理問題，提高場(chǎng)地管理效率。通過進(jìn)出場(chǎng)物品讀取設(shè)備，可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布置和運(yùn)輸路線進(jìn)行規(guī)劃，建立項(xiàng)目建設(shè)后備物品庫(kù)和物流清單，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的庫(kù)存物品清點(diǎn)和管理。

2.2 智慧管理平臺(tái)的構(gòu)建

智慧管理平臺(tái)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)共享，其管理內(nèi)容包括前期準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)施工、后期維護(hù)三個(gè)主要階段，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)過程中為提高設(shè)計(jì)內(nèi)容準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)過程中會(huì)構(gòu)建BIM 模型，將采集的工程建設(shè)數(shù)據(jù)化信息復(fù)合到BIM模型上便可實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位與分析。在施工建設(shè)過程中，相關(guān)工作人員需將施工所需材料與構(gòu)件列一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)清單，并且上傳智慧管理平臺(tái)，由平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的物品調(diào)配與運(yùn)送，可提高建設(shè)原料利用率和設(shè)備周轉(zhuǎn)率，系統(tǒng)反饋的問題和信息可成為平臺(tái)優(yōu)化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，促進(jìn)管理方法和管理內(nèi)容不斷完善。根據(jù)社會(huì)化網(wǎng)格分析結(jié)果，施工平面規(guī)劃是引發(fā)管理問題的關(guān)鍵因素，與多因子相關(guān)性較強(qiáng)，因此構(gòu)建的智慧管理平臺(tái)設(shè)有場(chǎng)地規(guī)劃專項(xiàng)分析模塊，采用圖4 所示的傳感器布局，實(shí)現(xiàn)施工場(chǎng)地的全場(chǎng)域全過程的規(guī)劃管理。

智慧平臺(tái)構(gòu)建分為信息輸入段、數(shù)據(jù)處理段、平臺(tái)規(guī)劃段和應(yīng)用段。信息輸入段即采用傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全問題的數(shù)據(jù)化表示，實(shí)現(xiàn)工程信息互聯(lián)，其平臺(tái)基本構(gòu)成如圖5所示。

圖5 建筑工程智慧化管理平臺(tái)系統(tǒng)圖

數(shù)據(jù)處理段利用大型數(shù)據(jù)庫(kù)處理模塊，參考建立的工程安全問題信息數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的深度挖掘，與系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行擬合回歸，預(yù)測(cè)事故發(fā)生類型與概率，實(shí)現(xiàn)管理調(diào)度和提前預(yù)警。管理人員可從管理端口訪問查閱權(quán)限內(nèi)的信息數(shù)據(jù)和系統(tǒng)輸出結(jié)果，及時(shí)處理風(fēng)險(xiǎn)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的成本控制與風(fēng)險(xiǎn)控制，提高管理精度。平臺(tái)規(guī)劃段內(nèi)置專業(yè)信息和區(qū)位信息兩個(gè)方面的多種功能集成模塊，將數(shù)據(jù)處理端分析出的工程信息傳遞至相關(guān)用戶端口，并進(jìn)行專業(yè)內(nèi)或者區(qū)域內(nèi)的聯(lián)動(dòng)處理，提高信息在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)工作人員間的傳遞效率，實(shí)現(xiàn)專業(yè)統(tǒng)籌和區(qū)塊統(tǒng)籌。以建筑原材料運(yùn)輸為例，出庫(kù)入場(chǎng)物品信息同步抄送至運(yùn)輸、生產(chǎn)和維護(hù)等多個(gè)專業(yè)管理負(fù)責(zé)人，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急事件的協(xié)同處理。應(yīng)用段可反映出系統(tǒng)整體管理水平，通過智能化識(shí)別與信息手段，管理過程可實(shí)現(xiàn)物品的全過程追蹤，避免出現(xiàn)丟失與誤用問題，并可直接導(dǎo)出物流清單與用量清單。在安全管理方面，通過對(duì)重點(diǎn)因子的統(tǒng)計(jì)分析，可針對(duì)事故率較高的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和處理端風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別內(nèi)容，進(jìn)行嚴(yán)格的安全規(guī)劃管理和設(shè)備檢查，有效避免高空墜落、物體打擊等高發(fā)事故。通過輸入端的圖像識(shí)別與檢測(cè)技術(shù)，可利用系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)施工人員安全設(shè)備的檢查，并及時(shí)向個(gè)人發(fā)送提醒信息與安全預(yù)警，有利于現(xiàn)場(chǎng)人員了解實(shí)際情況，及時(shí)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)研究了現(xiàn)代建筑工程管理過程中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，通過采集總結(jié)大量建筑工程風(fēng)險(xiǎn)信息資料，建立了專門的安全事故分析數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)處理模塊深度挖掘工程數(shù)據(jù)信息，利用SNA 法構(gòu)建了安全風(fēng)險(xiǎn)因子網(wǎng)絡(luò)。

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)手段分析了各管理因素與事故之間的內(nèi)在聯(lián)系，以及因子之間的相互影響作用，以相關(guān)系數(shù)R與緊密中心度C為主要參數(shù)，對(duì)因子的影響范圍與關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，工程建設(shè)項(xiàng)目各風(fēng)險(xiǎn)因子之間聯(lián)系較緊密，風(fēng)險(xiǎn)管理呈現(xiàn)出明顯的階段性與系統(tǒng)性。

通過利用傳感器技術(shù)、圖像智能識(shí)別技術(shù)、建筑數(shù)字建模技術(shù)，構(gòu)建起了系統(tǒng)化的建筑工程智慧化管理平臺(tái)，可有效強(qiáng)化部門間的數(shù)據(jù)共享與信息交流。利用數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與問題預(yù)警，通過規(guī)劃段進(jìn)行協(xié)同處理和專業(yè)審批，有效提升了管理精度與管理效率。