智慧工地建設(shè)研究與工程應(yīng)用

郝東彬

（華陸工程科技有限責任公司，西安 710065）

1 智慧工地概述

智慧工地是智慧城市理念在建筑工地的延伸和體現(xiàn)，圍繞人、機、料、法、環(huán)等關(guān)鍵要素，依賴信息化技術(shù)構(gòu)建的人事物全面感知、施工技術(shù)全面智能、工作互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享、 決策科學分析、 風險智慧預(yù)控的項目管理一體化解決方案。 智慧工地建設(shè)可以促進工程質(zhì)量提升、項目成本節(jié)約，有助于施工風險管控，提高工作效率，提供決策支持，實現(xiàn)工程項目管理的數(shù)字化、可視化、精細化、智慧化。

1.1 智慧工地架構(gòu)

智慧工地架構(gòu)通常分為終端層、平臺層和應(yīng)用層。 終端層包括攝像頭、人臉識別機、傳感器、手機端App 等實現(xiàn)對施工現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)的采集和初步處理；平臺層對終端采集上傳的海量數(shù)據(jù)進行建模、整合、處理、存儲并提供服務(wù)，使項目相關(guān)方便于訪問、掌握各類數(shù)據(jù)，為決策提供依據(jù)。應(yīng)用層綜合運用PM（Project Management）、BIM （Building Information Modeling）、DM（Database Management），通過對海量信息和大數(shù)據(jù)進行深加工、再利用，提升工程項目管理。

1.2 智慧工地技術(shù)支撐

支撐智慧工地的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)字交換技術(shù)、BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等。 數(shù)據(jù)交換標準技術(shù)，實現(xiàn)了不同項目成員之間、不同軟件產(chǎn)品之間的信息數(shù)據(jù)無障礙交換與共享。 BIM 技術(shù)利用數(shù)字化技術(shù)建立包含了構(gòu)件的幾何信息、 專業(yè)屬性等的工程實體三維模型，應(yīng)用于工程項目設(shè)計、施工、運行等全壽命周期。 物聯(lián)網(wǎng)即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了對物品、過程的智能化感知、識別和管理。 可視化技術(shù)將測得的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為直觀的圖形圖像形式，便于觀察、模擬、計算和使用。 云計算技術(shù)將若干成本較低的計算實體整合成一個具有強大計算能力的整體，并將該計算能力分布至終端用戶手中，是解決大數(shù)據(jù)傳輸處理的最佳技術(shù)手段。

1.3 智慧工地的意義

智慧工地通過強化工程項目現(xiàn)場人、機、料、法、環(huán)等的實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集、分析處理和決策支持等，對于提升項目管理水平具有重要意義。 通過采用人員定位、出入管理、視頻監(jiān)控、有害氣體檢測、應(yīng)急報警、塔機監(jiān)控等，有助于消除傳統(tǒng)施工管理中的盲區(qū)，幫助及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患，保證施工安全。通過借助信息化管理平臺， 對終端上傳的海量數(shù)據(jù)進行整合處理，在此基礎(chǔ)上進行項目決策、調(diào)整、改進，可以大幅提高項目管理人員信息獲取和分析整合能力，降低勞動強度，提高項目管理效率和精細化水平。

2 智慧工地發(fā)展展望

智慧工地建設(shè)以創(chuàng)新推動項目管理的完善， 更好地實現(xiàn)項目目標，關(guān)鍵要把物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)與項目現(xiàn)場管理的實際需求有機結(jié)合， 既需要熟悉工程項目現(xiàn)場業(yè)務(wù)及管理特點的人員提出合理的產(chǎn)品需求， 又需要信息化人才將這些需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，由多個專業(yè)、不同領(lǐng)域組成的綜合團隊進行智慧工地產(chǎn)品的開發(fā)。

智慧工地平臺由單一模塊向集成化方向發(fā)展， 利用大數(shù)據(jù)、 云計算等信息化技術(shù)實現(xiàn)工程項目各類管理數(shù)據(jù)的高度集成。 打造標準化的數(shù)據(jù)接口、友善的交互界面、流暢的操作體驗，集勞務(wù)實名制、視頻監(jiān)控、人員定位等眾多獨立模塊于一體的操作平臺，并且實現(xiàn)移動端、電腦端同步查閱、操作。

智慧工地建設(shè)的目的是要解放勞動力， 提高工作效率和優(yōu)化建設(shè)效果，便捷化是智慧工地的另一個發(fā)展方向。 隨著智能手機、移動互聯(lián)網(wǎng)的普及，極大地方便了項目現(xiàn)場管理工作，如基于位置的工作流訂單、實時信息交換等，但目前的移動端大多存在覆蓋的工作流程不全面、結(jié)構(gòu)不合理、操作不順暢、用戶界面不友好、交互體驗差等缺點，后續(xù)需要持續(xù)進行優(yōu)化。

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展， 智能化也是智慧工地發(fā)展的一個方向。 包括自動化的數(shù)據(jù)采集，較高層次的數(shù)據(jù)處理分析等，可以有效提高數(shù)據(jù)準確性和工作效率。

3 智慧工地應(yīng)用

以下結(jié)合某項目智慧工地的應(yīng)用案例淺析智慧工地部分模塊的應(yīng)用及使用中的注意事項等。

3.1 施工工地視頻監(jiān)控系統(tǒng)

項目進展情況、人員、財產(chǎn)安全等是建筑施工企業(yè)管理者關(guān)心的頭等大事。 建筑工地分布廣泛，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境復雜，尤其是石化行業(yè)，工地多分布在遠離城市的偏遠地區(qū)。 如何進行有效的工程監(jiān)督，了解項目實時進展情況，保證人員、材料、設(shè)備等人員財產(chǎn)安全，提高現(xiàn)場各類事件的可追溯性，一套有效的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于管理者來說是非常有必要的。

項目建設(shè)過程中，現(xiàn)場多次發(fā)生材料、機具等失竊情況，均通過監(jiān)控系統(tǒng)查閱視頻找到了作案人員，起到了震懾作用，減少了項目現(xiàn)場偷盜情況發(fā)生。 同時為現(xiàn)場的安全事件、成品破壞事件等的追溯調(diào)查提供了依據(jù)。

視頻監(jiān)控攝像頭的安裝位置應(yīng)選取制高點， 盡可能多地覆蓋作業(yè)區(qū)域，對于壓縮機等重點部位、重點設(shè)備應(yīng)單獨設(shè)置攝像頭進行監(jiān)控， 防止重要設(shè)備遭到破壞或重要部件出現(xiàn)丟失，給項目進程帶來較大影響，同時應(yīng)注意加強監(jiān)控設(shè)備的日常維護。

3.2 塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)

塔式起重機是施工現(xiàn)場常見的起重機械之一，塔機事故常見原因包括設(shè)計不周、制造不良、材質(zhì)較差等機器方面的原因和超載、斜吊、過卷揚等人為操作原因。 塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)是主要針對人為原因?qū)е碌乃C事故所采取的預(yù)防控制措施。

塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)融合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)融合處理、無線傳感網(wǎng)絡(luò)與遠程數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，高效率地實現(xiàn)了塔式起重機單機運行、群塔干涉作業(yè)防碰撞的實時監(jiān)控與聲光預(yù)警功能， 有效防范了塔機使用過程中各類事故的發(fā)生。 通過結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)和移動終端，可實現(xiàn)隨時隨地遠程監(jiān)控、遠程報警和遠程告知等功能。

3.3 勞務(wù)實名制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的勞務(wù)實名制存在管理人員工作量大、應(yīng)用體驗差、數(shù)據(jù)采集的準確性差、資源無法共享、無法遠程監(jiān)控、無法統(tǒng)計數(shù)據(jù)等缺陷，易出現(xiàn)管理漏洞。 勞務(wù)實名制管理系統(tǒng)將所有人員的基本信息、勞務(wù)合同、培訓信息等整合管理。 項目部為每位勞務(wù)人員錄入人臉信息和身份證信息， 采用人臉識別方式，用于勞務(wù)人員考勤、安全培訓的簽到、開閘入場作業(yè)及個人綜合信息的身份識別等。

勞務(wù)實名制管理系統(tǒng)對閘機上傳的考勤信息進行統(tǒng)計分析，項目管理人員可以直觀、快速了解各單位、各工種、各班組人員的出勤情況，據(jù)此分析勞務(wù)用工效率、工種組合合理性、各工種人員數(shù)量等是否滿足進度節(jié)點要求等， 為項目決策提供依據(jù)。 考勤記錄還可作為分包單位發(fā)放工資或處理勞務(wù)工資糾紛的依據(jù)。

3.4 可視化調(diào)度平臺

通過使用定位手機、裝載定位軟件，可以對施工現(xiàn)場主要管理人員進行工作時間內(nèi)的定位監(jiān)控。 該平臺具有電子地圖、人員定位、軌跡回放、電子圍欄、拍照取證等功能，增強了對施工現(xiàn)場管理人員的管控作用。

1）電子地圖。 通過對全廠經(jīng)緯度進行勘測，將工程項目施工區(qū)域平面圖導入地圖中，使現(xiàn)場各施工區(qū)域清晰可見。

2）人員定位。 可以對持有定位終端人員發(fā)起快速定位，并顯示在電子地圖上， 便于高層管理者監(jiān)督現(xiàn)場各崗位管理人員的履職情況并供調(diào)度使用。

3）軌跡回放。 可以隨時調(diào)閱特定人員在某一段時間內(nèi)的巡檢軌跡，并在廠區(qū)地圖上顯示。 本功能可以用于督促、指導項目管理人員每日巡檢到位，防止出現(xiàn)怠工或重要、高危作業(yè)面巡檢不到位等情況。 隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，輕型化、小型化定位產(chǎn)品的出現(xiàn)，將定位應(yīng)用到廠區(qū)內(nèi)全體作業(yè)人員，并結(jié)合勞務(wù)實名制系統(tǒng)，可以幫助管理者清楚了解各作業(yè)面、各區(qū)域作業(yè)人員數(shù)量、 工種構(gòu)成等信息， 為項目決策提供真實、實時依據(jù)。

4）電子圍欄。 在電子地圖上設(shè)定圍欄區(qū)域、相關(guān)人員進出該區(qū)域時，便會觸動報警并上傳調(diào)度平臺，調(diào)度平臺出現(xiàn)入?yún)^(qū)出區(qū)報警，并生成入?yún)^(qū)、出區(qū)報警清單。 電子圍欄的形狀和顏色可根據(jù)管理需求自定義，不同的電子圍欄區(qū)域可重合。 該功能可避免非本區(qū)域作業(yè)人員誤入。 特別對于老廠區(qū)擴建、改造工程，可以在老裝置區(qū)周邊設(shè)置電子圍欄，避免施工人員誤入老裝置區(qū)而產(chǎn)生較大風險。

5）電子隱患整改通知單。 巡檢人員可拍攝現(xiàn)場隱患或問題照片，上傳至調(diào)度平臺，選擇隱患或問題類別，注明隱患或問題內(nèi)容，選擇推送、抄送人員，自動形成隱患整改通知單，接收人可及時查閱隱患內(nèi)容、圖片、拍照人員、拍照位置、拍照時間，及時進行整改消除隱患，并在平臺回復關(guān)閉。 平臺也可對因隱患或問題內(nèi)容進行分類歸檔。

3.5 VR安全培訓系統(tǒng)

隨著技術(shù)發(fā)展，通過將VR 和體感設(shè)備的結(jié)合，體驗者可以感受到事故發(fā)生過程中的顛簸感、失重感、沖擊感，給體驗者以刻骨銘心的安全教育。 相比于實體式安全體驗設(shè)施，突破場地大小限制，占地面積小，十幾平方米即可安裝VR 安全體驗館，一次購買，多次使用，減少建筑垃圾，安全管理人員可隨時隨地組織工人進行安全培訓，符合綠色施工理念。 VR 體驗可以再現(xiàn)很多難以實體建造的危險場景， 使得VR 安全培訓更加真實完整、體驗感更強。

3.6 無人機巡檢系統(tǒng)

通過采用無人機對施工現(xiàn)場開展定期巡檢， 航拍工程進展情況，尤其對于工程規(guī)模較大的項目現(xiàn)場，實地查看耗費時間長，通過無人機航拍巡檢，使管理人員對各裝置工程進展情況了如指掌。 尤其對于人員不容易到達的高處部位等，無人機巡檢有助于及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場安全隱患或施工存在的問題， 有助于及時消除隱患。

無人機航拍影像資料是項目建設(shè)過程的真實記錄， 也是珍貴的檔案資料， 無人機航拍能夠全面直觀的反應(yīng)原始地貌和項目進展情況，為決策者提供參考。

3.7 二維碼管理系統(tǒng)

1）工序二維碼。 通過制定施工裝置工序二維碼，張貼于施工現(xiàn)場，可以方便快捷地對施工工序進行監(jiān)管。 各級管理人員可在現(xiàn)場用手機掃描二維碼，查看各工程實體施工方案、施工工序，對工程進度有直觀了解。

2）人員信息二維碼。 現(xiàn)場施工人員安全帽上都貼有個人信息二維碼， 可在施工現(xiàn)場用手機掃描二維碼對人員資質(zhì)和基本信息進行了解，便于施工人員監(jiān)管。

4 結(jié)語

通過智慧工地建設(shè)， 改善了公司總部和項目部對施工現(xiàn)場各項活動的管控能力，提高了項目精細化管理水平。 智慧工地平臺將碎片化信息進行有機整合、處理分析，公司總部、項目部管理層可以通過智慧工地平臺隨時掌握項目現(xiàn)場施工進度、人員數(shù)量、安全、物料等情況，便于及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在的問題，為決策提供實時、真實的依據(jù)，便于綜合把控、調(diào)配各項生產(chǎn)資源，控制項目成本，減少資源浪費，提高項目管理效率。