建筑工程智慧工地應(yīng)用發(fā)展研究
——以甘肅省某工程為例

王建平 魏宏亮 吳星蓉 劉福江

(1.甘肅省建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司，蘭州 730070；2.甘肅建投科技研發(fā)有限公司，蘭州 730050）

引言

智慧工地是工程施工過程中應(yīng)用先進(jìn)的科技手段對工地中的軟件與硬件應(yīng)用進(jìn)行集成管理的工地，是基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息化技術(shù)，可支持人和物全面感知、數(shù)據(jù)采集、互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享、風(fēng)險(xiǎn)智慧預(yù)控的建筑工地實(shí)施模式。隨著信息化技術(shù)及智慧建造技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目施工中應(yīng)用的不斷深入，多個(gè)省份針對智慧工地建設(shè)及評價(jià)都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了建筑工程智慧工地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及其評價(jià)指標(biāo)，有效推動了智慧工地在建筑工程中的應(yīng)用水平[1]。

智慧工地建設(shè)雖然在多個(gè)建筑工程項(xiàng)目上有可供借鑒的成功案例，但同時(shí)也存在著一些問題。本文依托實(shí)際工程項(xiàng)目，從政府政策配套、技術(shù)手段、標(biāo)準(zhǔn)體系及人才培養(yǎng)等方面分析建筑工程智慧工地在建設(shè)中存在的問題，進(jìn)而針對具體問題給出應(yīng)對策略或建議。

1 國內(nèi)智慧工地發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 發(fā)展歷程

上世紀(jì)90 年代，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展以及建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要，有關(guān)學(xué)者提出了類似于智慧工地的建筑工地信息化及智能化建設(shè)概念，并對其展開了探索及研究。智慧工地的發(fā)展歷程大致可以分為初步探索、定義內(nèi)涵及應(yīng)用發(fā)展等三個(gè)階段。

在初步探索階段，專家學(xué)者還未對智慧工地這一概念形成較為統(tǒng)一的認(rèn)識，且當(dāng)時(shí)信息化、智能化技術(shù)發(fā)展并不成熟，其與建筑工程施工階段相結(jié)合的程度還比較低，研究成果應(yīng)用于工程建設(shè)的相對較少，但專家學(xué)者所做出的理論研究成果為智慧工地后期發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在定義內(nèi)涵階段，伴隨著科技的發(fā)展和信息化技術(shù)不斷應(yīng)用于建筑工程項(xiàng)目，上海市寶山區(qū)于2012 年首次正式提出了建設(shè)智慧工地的號召，隨后廣聯(lián)達(dá)公司提出了智慧工地是基于信息化技術(shù)持續(xù)改進(jìn)項(xiàng)目參建各方的溝通交流和管理模式，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的效益最大化。同時(shí)，很多專家學(xué)者也都提出了對智慧工地的見解，主要集中在智慧工地的概念及建設(shè)等內(nèi)容。

在應(yīng)用發(fā)展階段，隨著政府對智慧工地建設(shè)的引導(dǎo)及推動，多個(gè)地區(qū)都打造了建筑工程智慧工地示范項(xiàng)目，并相互之間組織觀摩交流，共同探討解決智慧工地建設(shè)中遇到的實(shí)際問題，以便進(jìn)一步推動智慧工地發(fā)展，同時(shí)隨著各種新興技術(shù)的發(fā)展完善，智慧工地向著集成化、智能化方向發(fā)展[2,3]。

1.2 技術(shù)現(xiàn)狀

智慧工地物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包含采集、傳輸、處理三大階段，其中信息采集階段的主要支撐技術(shù)有GIS、RFID 等，信息傳輸技術(shù)主要包括5G、BIM 技術(shù)等，信息處理技術(shù)主要包括云平臺、大數(shù)據(jù)、人工智能等?，F(xiàn)階段智慧工地技術(shù)主要應(yīng)用在人員管理、安全管理隱患排查、信息集成管理及物料管理等方面，其中人員信息管理方面主要包括實(shí)名制、定位管理、考勤管理等；安全管理方面主要包括施工現(xiàn)場安全監(jiān)測自動控制系統(tǒng)、塔吊預(yù)碰撞自動報(bào)警控制系統(tǒng)、無線射頻識別及防墜落監(jiān)控等；信息集成管理方面主要包括BIM 技術(shù)建模及應(yīng)用、云平臺、輔助決策系統(tǒng)、智能調(diào)度及信息綜合管理系統(tǒng)等；物料管理方面主要包括機(jī)械定位及數(shù)據(jù)信息收集、物料采購及出入庫信息動態(tài)管理等。

1.3 影響因素

通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)影響智慧工地發(fā)展的因素較多，智慧工地發(fā)展影響因素按照不同維度可分為政府因素、管理因素、經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)因素、人員因素及認(rèn)知因素六個(gè)方面。政府因素方面主要包括審批手續(xù)辦理的便捷度、法律制度的完善性、政策支持力度、政策發(fā)展的匹配性等；管理因素主要包括科研成果轉(zhuǎn)化機(jī)制、各方利益關(guān)系的平衡、激勵(lì)獎(jiǎng)懲制度的配套、工作流程方法、與項(xiàng)目的實(shí)際契合度、組織協(xié)調(diào)的流暢性等；技術(shù)因素主要包括技術(shù)發(fā)展方向與趨勢、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范配套程度、技術(shù)成熟程度、新產(chǎn)品技術(shù)的實(shí)用性、新技術(shù)產(chǎn)品的更新速度、相關(guān)的硬件設(shè)施配套情況等；經(jīng)濟(jì)因素主要包括市場環(huán)境的成熟程度、各利益主體間的博弈、培訓(xùn)及使用成本、投入與產(chǎn)出效益情況、供應(yīng)商的供應(yīng)鏈條完善程度等；人員因素主要包括不同專業(yè)間人才交流通暢情況、市場上專業(yè)人才的供需情況、專業(yè)技術(shù)人才的能力水平等；認(rèn)知因素主要包括傳統(tǒng)管理模式思維的轉(zhuǎn)變、認(rèn)知及理解程度、接收及使用意愿、價(jià)值的認(rèn)知與評估、學(xué)習(xí)興趣及成本等[4]。

2 智慧工地應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

甘肅人民出版社第一新村81 號危舊房改造工程位于甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)自由路第一新村。本項(xiàng)目新建建筑總面積43 529.25 ㎡，地上36 883.25 ㎡、地下6 646 ㎡；共包含2 幢住宅樓，1#樓地上34 層、地下2 層；2#樓地下2 層、地上8 層，工程總造價(jià)1.49 億元，施工工期560 天。

2.2 項(xiàng)目重難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目是危舊房改造工程，屬于重大民生工程，政府主管部門和建設(shè)單位對項(xiàng)目的質(zhì)量、綠色施工管理、智慧建造及安全管理等方面有著較高的要求，且施工單位將本項(xiàng)目列為“爭創(chuàng)甘肅省BIM+智慧工地示范工程”、“甘肅建投綠色施工與智慧建造示范工程”、“甘肅省建筑業(yè)智慧工地示范工程”，擬參加第三屆“共創(chuàng)杯”智能建造技術(shù)創(chuàng)新大賽及甘肅省第四屆BIM 技術(shù)應(yīng)用大賽并獲二等獎(jiǎng)。在項(xiàng)目建設(shè)初期就圍繞工程進(jìn)度、成本、安全、質(zhì)量、人員、材料、設(shè)備及信息化管理等方面開展智慧工地建設(shè)工作，以確保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.3 智慧工地建設(shè)情況

本項(xiàng)目智慧工地管理平臺結(jié)合速登寶、VR 安全教育系統(tǒng)、安全教育箱、智能工地寶及安全帽芯片、勞務(wù)實(shí)名制通道等勞務(wù)管理設(shè)備做好人員安全教育工作、管理出勤信息，保障務(wù)工人員權(quán)益；塔吊防碰撞系統(tǒng)、吊鉤可視化系統(tǒng)、防松動警示螺帽、防墜器、司機(jī)人臉識別防攀爬裝置、卸料平臺載重監(jiān)測、吊籃安全監(jiān)測、爬架智能監(jiān)測系統(tǒng)、聲光預(yù)警監(jiān)測設(shè)備協(xié)助特種人員操作機(jī)械，保證大型機(jī)械高效安全運(yùn)行；基坑監(jiān)測設(shè)備保障危大工程周邊環(huán)境安全；斑馬進(jìn)度分析施工計(jì)劃與完成情況匹配度；智能物料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物資進(jìn)出場全方位集約管控；現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測設(shè)備與場布噴淋聯(lián)動減少揚(yáng)塵污染；質(zhì)量自檢驗(yàn)收系統(tǒng)、安全巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場安全質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化；智慧工地管理平臺使現(xiàn)場管理數(shù)字化、可視化、信息化，加強(qiáng)項(xiàng)目對安全生產(chǎn)、工程質(zhì)量、綠色施工的監(jiān)督管理效率與管理決策能力的同時(shí)，提升項(xiàng)目管理人員對施工過程的掌控能力，項(xiàng)目智慧工地應(yīng)用情況如表1 所示。

表1 項(xiàng)目智慧工地應(yīng)用情況匯總表

2.4 智慧工地應(yīng)用效果

本項(xiàng)目智慧工地管理平臺是基于建筑工程項(xiàng)目管理中的人、機(jī)、料、法、環(huán)五要素，以系統(tǒng)集成應(yīng)用、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)展示為主線，構(gòu)建了集勞務(wù)管理、機(jī)械管理、物料管理、質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理及環(huán)境與能耗管理為一體，融合15 項(xiàng)應(yīng)用點(diǎn)的集成管理系統(tǒng)平臺，如圖1（a）～（f）所示。

圖1 集成管理平臺展示

智慧工地管理平臺協(xié)助項(xiàng)目管理人員做到了勞務(wù)規(guī)范化管理、質(zhì)量巡檢驗(yàn)收閉環(huán)管理、安全文明綠色施工實(shí)時(shí)監(jiān)測等工作，使項(xiàng)目管理人員根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度、部位節(jié)點(diǎn)制訂針對性的管理措施，項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)、管線永臨結(jié)合應(yīng)用、太陽能的使用、鋁模+爬架綜合應(yīng)用、綠色施工過程監(jiān)控管理等，提高了項(xiàng)目管理效率，節(jié)約成本68.49 萬元。

3 應(yīng)用中存在的問題及分析

本項(xiàng)目通過智慧工地管理平臺的應(yīng)用，雖然實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場信息數(shù)字化、可視化管理，提高了項(xiàng)目整體管控效率。但是項(xiàng)目在智慧工地建設(shè)中仍有幾點(diǎn)不足，例如系統(tǒng)雖全面打通工程、人員、設(shè)備管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、重點(diǎn)關(guān)口，實(shí)行全過程監(jiān)管、全流程管控，形成了超前預(yù)警、及時(shí)報(bào)警、現(xiàn)場處置、整改落實(shí)等閉環(huán)管理機(jī)制，但并未達(dá)到100%無死角覆蓋，仍有部分設(shè)備未能接入智慧工地管理平臺接口，例如標(biāo)養(yǎng)室溫度、濕度、養(yǎng)護(hù)周期等信息只能依靠人工記錄。

綜上，本項(xiàng)目在智慧工地建設(shè)應(yīng)用過程中受限于施工單位智慧工地相關(guān)專業(yè)人才不足，智慧工地建設(shè)投入較大，政府相關(guān)支持智慧工地發(fā)展的激勵(lì)政策不多，管理平臺兼容性不足、相關(guān)的政策標(biāo)準(zhǔn)不完善等因素的影響，未能充分發(fā)揮出智慧工地在項(xiàng)目管理方面降本增效的價(jià)值。

當(dāng)前，建筑工程智慧工地的發(fā)展受限于政策、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)及人才等方面的制約，仍然存在著一些問題，主要表現(xiàn)在配套政策與監(jiān)管機(jī)制有待進(jìn)一步完善、相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還有待健全、尚未建立完備的智慧工地軟硬件體系、智慧工地專業(yè)技術(shù)人才質(zhì)量不高且數(shù)量不足、應(yīng)用單位重視程度不高等[5]，具體問題如表2 所示。

表2 智慧工地發(fā)展存在問題匯總表

4 智慧工地應(yīng)用建議

4.1 政策方面

從政府監(jiān)管的角度出發(fā)，建議完善智慧工地發(fā)展相關(guān)的法律法規(guī)，出臺更多的支持政策，加強(qiáng)監(jiān)督管理及考核。

（1）進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)督管理，由政府牽頭組織搭建相應(yīng)的監(jiān)管平臺及項(xiàng)目考評體系，采取定期或不定期的方式進(jìn)行抽查和考核評定，并給予相關(guān)企業(yè)或項(xiàng)目一定的獎(jiǎng)罰；

（2）結(jié)合實(shí)際需求，完善相應(yīng)的法律法規(guī)。根據(jù)建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，結(jié)合智慧工地發(fā)展的實(shí)際需要，進(jìn)一步制定和完善相關(guān)的法律規(guī)定及行業(yè)安全生產(chǎn)的操作規(guī)程，保障行業(yè)秩序的穩(wěn)定；

（3）制定出臺更多有利于智慧工地發(fā)展的配套政策。圍繞建筑企業(yè)及項(xiàng)目需要，制定有利于推動智慧工地發(fā)展的財(cái)政資金支持、稅收優(yōu)惠、申獎(jiǎng)優(yōu)先推薦等配套政策[6]。

4.2 管理與認(rèn)知方面

建筑企業(yè)應(yīng)將智慧工地的管理納入日常管理考核的內(nèi)容中，通過交流、學(xué)習(xí)培訓(xùn)等方式，加深單位全體員工對智慧工地的認(rèn)知，提高管理效率。

（1）提高使用者對智慧工地應(yīng)用價(jià)值的認(rèn)知程度。要讓一線使用者切實(shí)感受到使用智慧工地對提高管理效率、降低成本等方面的意義，消除有關(guān)人員的抵觸情緒，提高使用意愿；

（2）有針對性地開展學(xué)習(xí)培訓(xùn)，降低相應(yīng)的學(xué)習(xí)成本。對于使用者來說應(yīng)用智慧工地將迫使他們學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識，而過多的學(xué)習(xí)內(nèi)容會耗費(fèi)大量的精力與財(cái)力，降低學(xué)習(xí)意愿，因此應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求開展針對性強(qiáng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容[7]；

（3）加強(qiáng)專業(yè)組織間的溝通協(xié)調(diào)力度，提高各方共建配合度。建筑工程智慧工地的建設(shè)需要建設(shè)單位、監(jiān)理單位及施工單位的共同參與配合，且其中內(nèi)外部溝通工作量大，應(yīng)提高工作效率；

（4）優(yōu)化管理培訓(xùn)體系，提高與項(xiàng)目的契合度。根據(jù)項(xiàng)目智慧工地建設(shè)的實(shí)際需求，選取適用性強(qiáng)的管理系統(tǒng)、技術(shù)及集成模塊，制定相應(yīng)的培訓(xùn)計(jì)劃并開展培訓(xùn)考核活動，提高應(yīng)用效率；

（5）將智慧工地建設(shè)充分融入項(xiàng)目日常管理，切實(shí)發(fā)揮出智慧工地在項(xiàng)目降本增效方面的價(jià)值，避免出現(xiàn)建設(shè)智慧工地僅是為了“面子工程”的現(xiàn)象[8]。

4.3 技術(shù)方面

圍繞現(xiàn)場實(shí)際需求，研究開發(fā)更多使用價(jià)值高、性價(jià)比高的智慧工地新技術(shù)，制定相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高成果轉(zhuǎn)化效率。

（1）制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，避免因標(biāo)準(zhǔn)不一或多重標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，提高產(chǎn)品的兼容性。結(jié)合企業(yè)和項(xiàng)目的具體需求制定統(tǒng)一的模塊標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和平臺數(shù)據(jù)源格式等，增強(qiáng)不同廠家產(chǎn)品的兼容性，提升數(shù)據(jù)、軟硬件的統(tǒng)一性[9]；

（2）創(chuàng)新科研體制，提高科研成果轉(zhuǎn)化效率，加大新技術(shù)應(yīng)用比例。從智慧工地建設(shè)過程中遇到的實(shí)際技術(shù)問題及需求出發(fā)，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提高新技術(shù)解決現(xiàn)場實(shí)際問題的能力，降低新技術(shù)應(yīng)用成本；

（3）明確技術(shù)發(fā)展方向，提升技術(shù)成熟水平，多措并舉降低智慧工地應(yīng)用成本。基于建筑工程智慧工地發(fā)展方向，依托企業(yè)和項(xiàng)目需求研發(fā)相應(yīng)的技術(shù)，并不斷優(yōu)化完善、提高技術(shù)成熟度，從而在降低應(yīng)用成本的同時(shí)切實(shí)解決實(shí)際問題。

4.4 人才方面

依托高校設(shè)置與智慧工地相關(guān)的專業(yè)學(xué)科，將職業(yè)教育與技能培訓(xùn)相結(jié)合，加大人才培養(yǎng)力度，提高人才數(shù)量和質(zhì)量。

（1）加大人才儲備力度，保障充足的人才數(shù)量。智慧工地建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，對人才的要求相對較高，應(yīng)培養(yǎng)一批復(fù)合型的高端人才，為智慧工地的發(fā)展提供人才儲備[10]；

（2）完善智慧工地相關(guān)學(xué)科設(shè)置，提高人才質(zhì)量。近年來，部分高等院校已開設(shè)了智慧建造與智能建造等專業(yè)學(xué)科，但畢業(yè)生水平究竟能否達(dá)到預(yù)期效果還未經(jīng)歷市場和實(shí)踐的檢驗(yàn)，應(yīng)鼓勵(lì)高校開設(shè)相關(guān)應(yīng)用性強(qiáng)的學(xué)科，加大學(xué)科覆蓋面[11]；

（3）加強(qiáng)各專業(yè)人才間的交流，開展職業(yè)教育和技能培訓(xùn)。擴(kuò)展智慧工地建設(shè)相關(guān)知識培訓(xùn)范圍，開展人才動態(tài)交流活動，提高各專業(yè)間的溝通效率，并提升各專業(yè)人才技能和智慧工地整體應(yīng)用效率。

5 結(jié)語

以實(shí)際工程項(xiàng)目智慧工地建設(shè)及應(yīng)用為依托，通過分析制約智慧工地發(fā)展的政策配套、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)、人才等方面的問題，有針對性地提出了相應(yīng)的實(shí)施建議。隨著配套政策與監(jiān)管機(jī)制的進(jìn)一步完善，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的逐步健全，以及智慧工地專業(yè)技術(shù)人才質(zhì)量、數(shù)量不斷提高和新技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑工程智慧工地的發(fā)展將會越來越好，為建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展增磚添瓦。