基于 BIM+智慧工地精細化項目管理決策平臺的研究與應(yīng)用

沈夏磊

（千易建設(shè)集團有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

近年來，智慧建造［1］技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域得到了較快的發(fā)展，取得良好的成效，智慧建造技術(shù)在工程建設(shè)全過程質(zhì)量控制的作用日益突顯，它利用數(shù)字設(shè)備和信息管理系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)處理工程數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)項目智慧管控。

1 工程概況

1.1 項目概況

新羅區(qū)中醫(yī)院 A 地塊項目位于福建省龍巖市新羅區(qū)未來城片區(qū)，總建筑面積為 81 128 m2，系福建省重點民生保障項目，是福建省首個創(chuàng)建國家優(yōu)質(zhì)工程全過程質(zhì)量控制咨詢的項目，獲得了福建省建筑行業(yè)的高度關(guān)注。

1.2 項目管理重難點

1）工期緊，場地小，質(zhì)量安全標準高，建筑結(jié)構(gòu)造型復雜，施工精度要求高。

2）基坑周邊環(huán)境復雜，基礎(chǔ)筏板大體積混凝土施工難度大。

3）裝配構(gòu)件規(guī)格復雜、數(shù)量多、拆分細，施工難度大。

4）功能全，分包多，專業(yè)性強，精密設(shè)備與管線錯綜復雜。

5）專業(yè)材料及設(shè)備品種多、數(shù)量大，管控難度大、協(xié)調(diào)難度大。

2 智慧管理體系研究

2.1 項目需求研究

項目建設(shè)過程中，圍繞人、機、料、法、環(huán)、測等關(guān)鍵要素會產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)庫，這需要建立起集智能采集信息、科學分析數(shù)據(jù)、高效協(xié)同管理、智能測評的一體化信息管理可視化［2］平臺為項目決策提供依據(jù)，通過智能化讓項目效益、效率雙提升，讓工地管理更高效，打造一個基于 BIM+智慧工地精細化管理的決策平臺。經(jīng)策劃，本項目需要從數(shù)字工地、人員管理、材料管理、機械設(shè)備管理、環(huán)境管理、質(zhì)量管理、安全管理、BIM 技術(shù)管理、智慧黨建等九大模塊來提升管理質(zhì)量，建立起包含全業(yè)務(wù)場景、項目全員參與的智慧工地信息化決策平臺，用智能化實現(xiàn)項目的高效管控，推動精細化項目管理的發(fā)展。

2.2 BIM+智慧工地管理體系平臺研究

為了實現(xiàn)項目的建設(shè)目標，本項目以 IoT、BIM、大數(shù)據(jù)、AI 等核心為技術(shù)，與軟件公司共同開展基于 BIM+智慧工地的數(shù)據(jù)決策平臺研究與應(yīng)用，建立起以 1 個平臺、3 大管理中心、3 大技術(shù)中心、9 大模塊、3 端應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)對施工數(shù)據(jù)的實時采集，對施工風險進行辨別、歸類與分析，為項目提供科學的解決方案來輔助項目決策，創(chuàng)建一個能為項目提供生產(chǎn)提效、成本節(jié)約、風險可控的 BIM+智慧工地平臺，如圖1 所示。

圖1 BIM+智慧工地數(shù)據(jù)決策平臺

3 項目管理決策平臺應(yīng)用

3.1 數(shù)字工地

系統(tǒng)搭建起數(shù)據(jù)可視化看板如圖2 所示，通過 BIM 模型聯(lián)動整個項目的生產(chǎn)要素，整體呈現(xiàn)工地各要素的狀態(tài)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對勞務(wù)、進度、質(zhì)量、安全相關(guān)核心數(shù)據(jù)進行多維度的提取分析，建立起可視化的項目管理大腦。在滿足項目日常業(yè)務(wù)管理的同時，也能直觀了解到項目上發(fā)生的預警情況，大幅度提升了管理效率。

圖2 數(shù)字可視化看板

3.2 人員管理

基于項目人員數(shù)量多、管理難度大的特點，系統(tǒng)搭建的勞務(wù)管理系統(tǒng)如圖3 所示，對現(xiàn)場人員進行實名制智能判別，利用速登寶和培訓寶等手持設(shè)備、閘機+人臉識別設(shè)備實現(xiàn)人員的快速進場和考勤自動記錄功能，識別勞務(wù)潛在風險，時刻掌握登記在場和疫情防控等相關(guān)信息，大幅提高了管理效率，保障了信息準確性，同時人員進場及考勤信息自動同步至政府信息平臺，滿足政府對項目的監(jiān)管要求。

圖3 勞務(wù)管理系統(tǒng)

本項目目前累計進場 3 000 余人，出勤數(shù)據(jù) 12 萬余條，平均出勤率 75 %，這些數(shù)據(jù)僅需 0.5 h 即可完成統(tǒng)計，大大優(yōu)化入場流程，節(jié)約了兩個管理人員的工作量，對勞務(wù)人員信息資料進行了有效整合和系統(tǒng)化管理，為后期企業(yè)建立風險預警中心提供了指引。

3.3 材料管理

項目安裝的智慧物料系統(tǒng)如圖4 所示，要求大宗主材車過磅，借助 AI 自動識別和紅外對射等先進技術(shù)快速識別鋼筋數(shù)量，將車輛進出場重量進行自動計算，對進場材料的實際重量與運單重量進行對比分析，對供應(yīng)商的供貨偏差進行分析，為項目結(jié)算提供有效的依據(jù)，可節(jié)約大量的人力和物力。

圖4 智慧物料系統(tǒng)

運用 AI 人工智能技術(shù)后，在結(jié)構(gòu)施工期間，混凝土工程杜絕了攪拌站虧方、虛假小票、罐車帶灰出場等現(xiàn)象，減少至少 2 % 的浪費，節(jié)約混凝土約 1 000 m3，節(jié)省約 40 萬元；鋼筋工程的鋼筋識別準確率達到 99 %，可自動計算鋼筋理重和上傳點數(shù)結(jié)果及照片，實現(xiàn)可視化監(jiān)管。與驗收環(huán)節(jié)結(jié)合，通過稱重、點數(shù)交叉驗證，提升了項目物料驗收效率、堵塞漏洞、規(guī)避風險。通過智慧物料+智能點跟技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的物資驗收工作，項目整體物資驗收人員節(jié)省 50 %，驗收效率提升 70 %，如圖5 所示。

圖5 智能點跟識別

3.4 機械設(shè)備管理

塔機監(jiān)測系統(tǒng)（見圖6）通過安裝的傳感器、攝像頭等末端設(shè)備，將數(shù)據(jù)實時傳輸至平臺，系統(tǒng)以數(shù)字化顯示現(xiàn)場塔機的幅度、高度、重量、傾角等運行數(shù)據(jù)，可實時預警塔機操作過程中發(fā)生不安全行為，運行記錄和報警信息實時上傳到智慧工地系統(tǒng)，便于遠程監(jiān)管和信息留存。系統(tǒng)通過對塔機運行記錄進行自動分析，輔助項目進行塔司工作強度判別、設(shè)備維修保養(yǎng)期限判別，精準統(tǒng)計每臺塔吊的工效，同時根據(jù)塔吊利用率可以形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，輔助塔吊布設(shè)工作，從而將塔吊管理從傳統(tǒng)的經(jīng)驗管理提升到基于數(shù)據(jù)的精確決策。

圖6 塔機設(shè)備管理系統(tǒng)

項目結(jié)構(gòu)施工期間，由于塔吊每天的吊次都能夠精準統(tǒng)計如圖7 所示，有力提升了吊裝效率，加快了施工進度，據(jù)統(tǒng)計，項目塔吊從合同約定的 10 個月使用期壓縮到了 9 個月，節(jié)省了 1 個月，按照 9 萬元/月的租金計算，4 臺塔吊共計節(jié)約 36 萬元。

圖7 塔機設(shè)備管理系統(tǒng)

3.5 環(huán)境管理

為踐行綠色施工的目標，項目建立了環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過部署環(huán)境監(jiān)測設(shè)備對項目所在地的環(huán)境進行實時監(jiān)測，當揚塵指標超過標準值，自動開啟智能噴淋系統(tǒng)環(huán)保除塵。另外，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測及天氣情況給出的施工建議，可實現(xiàn)臺風、暴雨、高溫等極端天氣時的風險規(guī)避。

3.6 質(zhì)量管理

質(zhì)檢員可通過手機 APP 應(yīng)用如圖8 所示，將質(zhì)量問題和整改要求信息上傳至云空間，系統(tǒng)自動推送給整改相關(guān)人進行改正，結(jié)果再通過系統(tǒng)的云空間傳遞給相關(guān)方完成整改。在推動系統(tǒng)應(yīng)用后，相對于傳統(tǒng)的檢查方式，本項目的質(zhì)量問題的處置效率提升了 80 %，近三個月項目質(zhì)量隱患及時整改率達到 80 %，總整改率達到 100 %。

圖8 質(zhì)量管理手機 APP 應(yīng)用

另外，項目通過智能靠尺、智能回彈儀等硬件工具，輔助項目質(zhì)量管理人員執(zhí)行實測實量工作，數(shù)據(jù)通過藍牙連接至移動端設(shè)備，自動采集實測實量數(shù)據(jù)如圖9 所示，原本需要兩個人一人測量一人記錄的實測實量檢查過程，現(xiàn)在借助硬件工具只需要一個人即可完成，大大提升質(zhì)量檢查效率。

圖9 質(zhì)量智慧管理系統(tǒng)

3.7 安全管理

項目搭建的視頻監(jiān)控+AI 智能識別系統(tǒng)+手機 APP如圖10 所示，可結(jié)合 AI 智能算法，對人員的不安全行為自動進行抓拍，智能監(jiān)測分析人員聚集、安全帽、反光衣穿戴等情況，24 h 監(jiān)控工地安全文明施工，實現(xiàn)全覆蓋監(jiān)控，對于出現(xiàn)的安全問題聯(lián)動安全系統(tǒng)自動生成預警和整改通知，實現(xiàn)智能化管理。

圖10 人工智能識別系統(tǒng)

根據(jù)危險源辨識的情況，平臺建立起外墻腳手架、大型機械設(shè)備等危大工程現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)如圖11 所示，采用高靈敏傳感器收集數(shù)據(jù)，將超過預警閾值的動作、行為回傳至管理系統(tǒng)，在人為檢查之前就借助智能硬件手段實現(xiàn)設(shè)備自檢，實現(xiàn)安全管理的工作前移，降低了項目的安全管控風險。

圖11 無線智能監(jiān)測系統(tǒng)

在推動系統(tǒng)應(yīng)用后，增加了安全管理的辦法，整體強化了現(xiàn)場的安全管控，使得本項目安全問題的處置效率提升了 80 %，近三個月項目安全隱患及時整改率達到 90 %，總整改率達到 100 %，安全隱患呈整體下降趨勢如圖12 所示。

圖12 安全隱患統(tǒng)計

3.8 BIM 技術(shù)管理

1）進度優(yōu)化。系統(tǒng)搭建 BIM 指揮中心如圖13 所示，通過將 BIM 模型與施工進度計劃進行關(guān)聯(lián)，分析與優(yōu)化各專業(yè)的協(xié)同施工安排，展示項目當前的形象進度。

圖13 BIM 指揮中心

2）突出 BIM 在解決施工重、難點的作用。將施工過程質(zhì)量、安全的關(guān)鍵工序、關(guān)鍵節(jié)點和模型建立關(guān)聯(lián)，配合多視角、多專業(yè)組和視點圖片的協(xié)同，消除了主觀判斷帶來的信息不對稱，實現(xiàn)虛擬建造與實體施工效果的雙一至，在施工實現(xiàn)可視化的 BIM 虛擬建造。

3）強化 BIM 技術(shù)在技術(shù)交底中的作用。推動工程三維可視化交底工作，實現(xiàn)一攬子技術(shù)交底作法，并使用微信二維碼、手機 APP 等網(wǎng)絡(luò)工具來提升技術(shù)交底的效果，增強工人對設(shè)計的理解，減少返工率，要求施工一步執(zhí)行到位，讓管理者省心，大大提升了質(zhì)量安全技術(shù)交底的效能。

4）優(yōu)化項目審批程序。項目所有的審批可在系統(tǒng)上實現(xiàn)，審批意見及時反饋并實時調(diào)整方案，審批結(jié)果可在施工的三級技術(shù)交底中，落實到具體的操作層，指導現(xiàn)場施工。

在推動系統(tǒng)應(yīng)用后，加強了技術(shù)交底的有效性，減少返工率，項目的工作效率提升了 50 %，實現(xiàn)了虛擬建造與實體施工效果的雙一至。

3.9 智慧黨建

建立智慧黨建模塊如圖14 所示，管理項目部及企業(yè)黨員黨課學習及黨建活動情況，方便項目部黨支部及黨務(wù)專員對黨務(wù)工作進行管理及宣傳，展示項目黨員的精神面貌和工作風采。

圖14 智慧黨建系統(tǒng)

4 價值效益

4.1 經(jīng)濟效益

通過以上九大模塊的應(yīng)用，本項目整體實現(xiàn)成本節(jié)約 108 萬元如表1 所示，管理效率提升近 70 % 如圖15 所示，質(zhì)量安全管理處于受控狀態(tài)。

表1 經(jīng)濟效益

圖15 應(yīng)用系統(tǒng)效率提升對比

4.2 管理效益

建設(shè)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動進行匯總、分析和提煉，為項目提供科學的解決方案來項目輔助決策，大大提高管理效能。

4.3 數(shù)據(jù)資產(chǎn)效益

項目的關(guān)鍵數(shù)據(jù)在收集后，自動同步與質(zhì)量安全模塊的標準庫進行分析和比對，結(jié)果生成可復用、可溯源的數(shù)據(jù)資產(chǎn)和數(shù)據(jù)標準，建立起一套高價值的標準化 BIM+智慧工地精細化項目管理決策部署方案，可為后續(xù)項目提供寶貴的參考依據(jù)。

4.4 人才梯隊建設(shè)效益

通過智慧工地試點項目的建設(shè)，可形成一只具備 BIM+智慧工地策劃、部署實施、培訓指導、應(yīng)用推動、總結(jié)匯報的專業(yè)化團隊，同時能夠?qū)⒐芾矸椒ㄍ茝V至其他項目，并形成一批具備信息化、標準化、規(guī)范化管理能力的專業(yè)項目管理團隊。

4.5 品牌及社會效益

本項目獲得了福建省住建行業(yè)的高度關(guān)注，多次舉辦了省、市級全過程質(zhì)量咨詢項目觀摩活動，基于 BIM+智慧工地精細化項目管理決策平臺獲得了各方的認可，提升了企業(yè)形象。

5 結(jié)語

通過對數(shù)字工地、人員管理、材料管理、機械設(shè)備管理、環(huán)境管理、質(zhì)量管理、安全管理、BIM 技術(shù)管理、智慧黨建等九大模塊的項目精細管理設(shè)置，可建立起以BIM為核心的，包含全業(yè)務(wù)場景、項目全員參與的智慧工地信息化精細管理決策平臺，用智能化實現(xiàn)項目的高效管控，從而推動精細化項目管理的進一步發(fā)展。Q