智慧工地在建筑項(xiàng)目施工管理中的應(yīng)用探究

【摘要】文章對(duì)智慧工地及其在建筑項(xiàng)目施工管理中的應(yīng)用進(jìn)行深入探討，分析了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)如何支撐智慧工地的建設(shè)。研究以某建筑項(xiàng)目的智慧工地建設(shè)為例，詳細(xì)描述了組織機(jī)構(gòu)的構(gòu)建、軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程，以及勞務(wù)實(shí)名制管理、智能塔吊可視系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)和BIM可視化管理等具體應(yīng)用的實(shí)施。研究結(jié)果表明，智慧工地的實(shí)施顯著提升了施工效率、安全性及資源管理能力，成為建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推手。

【關(guān)鍵詞】施工管理；智慧工地；建筑數(shù)字化

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU71 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）11-0169-03

0 引言

隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，尤其是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新興技術(shù)的不斷成熟與廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)建筑行業(yè)正經(jīng)歷前所未有的變革。這些技術(shù)的發(fā)展不僅增加了建筑項(xiàng)目管理的難度與成本，還對(duì)項(xiàng)目的順利完成乃至企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展帶來(lái)了挑戰(zhàn)。因此，探索智慧工地在建筑項(xiàng)目施工管理中的應(yīng)用，對(duì)解決建筑項(xiàng)目管理難題、推動(dòng)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。

1 智慧工地及其技術(shù)基礎(chǔ)

智慧工地是建筑行業(yè)與數(shù)字技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，代表未來(lái)建筑施工管理的新趨勢(shì)。智慧工地的創(chuàng)新之處在于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能（AI）、5G通信等技術(shù)的集成與應(yīng)用。這些技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)了工地現(xiàn)場(chǎng)的全面感知、實(shí)時(shí)分析、智能決策和精細(xì)管理[1]。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)在工地部署各類(lèi)傳感器和智能設(shè)備，如RFID標(biāo)簽、攝像頭、無(wú)人機(jī)、穿戴設(shè)備等，收集人員位置、機(jī)械設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為智慧工地搭建物理世界與數(shù)字世界的橋梁。大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力，使海量工地?cái)?shù)據(jù)得以高效存儲(chǔ)和快速分析，為施工決策提供數(shù)據(jù)支持。人工智能技術(shù)包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理等，負(fù)責(zé)對(duì)工地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，從而預(yù)測(cè)施工進(jìn)度、識(shí)別安全隱患、優(yōu)化資源調(diào)度?，F(xiàn)代5G通信技術(shù)的高速率、低延遲特性確保了工地現(xiàn)場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)傳輸，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控、即時(shí)通信和虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）培訓(xùn)等應(yīng)用，極大提升了工地的智能化水平和管理效率。

2 建筑項(xiàng)目施工管理中智慧工地的作用

2.1 施工模擬與優(yōu)化

在建筑項(xiàng)目施工管理中，智慧工地的應(yīng)用帶來(lái)了革命性變化，施工模擬與優(yōu)化是其主要作用之一。智慧工地集成了BIM（建筑信息模型）技術(shù)，能創(chuàng)建出數(shù)字化三維模型，包含建筑物的幾何形狀及豐富的非幾何信息，如材料屬性、成本估算、施工順序等，從而為施工團(tuán)隊(duì)提供一個(gè)全面的項(xiàng)目視圖[2]。

在智慧工地框架下，BIM技術(shù)用于施工模擬，即在實(shí)際建造前，借助軟件在虛擬環(huán)境中重現(xiàn)施工過(guò)程。該過(guò)程可以幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提前發(fā)現(xiàn)潛在設(shè)計(jì)沖突、施工障礙和資源分配問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)不兼容、物流通道堵塞、設(shè)備安裝空間限制等。在此基礎(chǔ)上，管理者可以直觀看到施工流程中的每個(gè)細(xì)節(jié)，評(píng)估不同施工方案的可行性，比較成本、時(shí)間和質(zhì)量影響，做出更明智的決策。

2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析

智慧工地的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析功能對(duì)提升施工效率、安全性和成本控制能力至關(guān)重要。該功能通過(guò)在工地現(xiàn)場(chǎng)部署環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、人員穿戴設(shè)備、機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控器等智能設(shè)備，實(shí)時(shí)收集工地環(huán)境、人員活動(dòng)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等多維度數(shù)據(jù)。人員穿戴設(shè)備如智能安全帽、GPS定位器等，也可以實(shí)時(shí)追蹤工人位置和監(jiān)測(cè)健康狀況，預(yù)防安全事故生發(fā)并在緊急情況下快速響應(yīng)。此外，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控器能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)警潛在故障，避免因設(shè)備停機(jī)導(dǎo)致施工延誤。收集的海量數(shù)據(jù)可以借助邊緣計(jì)算或云端處理，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)進(jìn)行深度挖掘，轉(zhuǎn)化為可視化報(bào)告和預(yù)測(cè)模型，為項(xiàng)目管理者提供決策依據(jù)。

2.3 智能化預(yù)警與響應(yīng)

建筑項(xiàng)目施工管理中，智慧工地的智能化預(yù)警與響應(yīng)功能顯著提高了安全管理的效能和響應(yīng)速度。該功能利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器、人工智能算法及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能分析工地現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。工地關(guān)鍵區(qū)域的傳感器持續(xù)收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并傳輸至中央處理平臺(tái)，AI算法進(jìn)行模式識(shí)別和異常檢測(cè)。例如，自動(dòng)識(shí)別未佩戴安全裝備的工人、危險(xiǎn)操作行為或異常設(shè)備振動(dòng)，一旦監(jiān)測(cè)到潛在安全隱患或風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)立即觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，通過(guò)手機(jī)APP、短信或現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器等方式，通知相關(guān)管理人員和現(xiàn)場(chǎng)工作人員，提供風(fēng)險(xiǎn)具體位置、性質(zhì)及初步應(yīng)對(duì)建議，輔助管理人員迅速制定響應(yīng)措施。

2.4 協(xié)同作業(yè)與信息共享

協(xié)同作業(yè)與信息共享是智慧工地的核心功能之一，得益于其信息管理平臺(tái)的搭建，能整合各方資源，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各參與方的高效協(xié)同作業(yè)和信息共享。該平臺(tái)通常基于云計(jì)算技術(shù)，連接項(xiàng)目設(shè)計(jì)師、承包商、供應(yīng)商、監(jiān)理單位乃至業(yè)主等所有相關(guān)方，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互和協(xié)作環(huán)境。在智慧工地的信息管理平臺(tái)下，各參與方可以實(shí)時(shí)訪問(wèn)和更新項(xiàng)目進(jìn)度、設(shè)計(jì)圖紙、材料清單、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告等關(guān)鍵信息，確保所有人都能基于最新、最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，避免信息不對(duì)稱導(dǎo)致的溝通障礙和決策失誤[3]。如設(shè)計(jì)師上傳修改后的設(shè)計(jì)圖紙，承包商可立即接收更新并迅速調(diào)整施工計(jì)劃。供應(yīng)商通過(guò)平臺(tái)掌握材料需求變化，及時(shí)調(diào)整供貨計(jì)劃。監(jiān)理單位則在線跟蹤項(xiàng)目進(jìn)展，實(shí)時(shí)提交檢查報(bào)告，確保工程質(zhì)量。此外，平臺(tái)還支持多用戶同時(shí)編輯和評(píng)論，促進(jìn)了跨部門(mén)、跨地域的團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

3 智慧工地在建筑項(xiàng)目施工管理中的應(yīng)用案例分析

3.1 工程概況

某建筑是一座融合智能化與現(xiàn)代金融辦公功能的標(biāo)志性建筑。項(xiàng)目總建筑面積超7.3萬(wàn) m2，合同造價(jià)近7.1億元，包括兩座塔樓及地下室。地下室共2層，南塔樓地上15層，北塔樓地上21層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用混凝土核心筒與矩形鋼管混凝土柱鋼框架。工程面臨深基坑開(kāi)挖、復(fù)雜地質(zhì)條件、狹小施工場(chǎng)地、大體積混凝土澆筑、大規(guī)模鋼結(jié)構(gòu)安裝及復(fù)雜管線布置等多重挑戰(zhàn)，同時(shí)還需協(xié)調(diào)眾多分包單位與施工人員，這對(duì)施工技術(shù)與組織管理提出了極高要求。因此，該工程在施工管理中融入了智慧工地的建設(shè)與應(yīng)用。

3.2 智慧工地建設(shè)

3.2.1 組織機(jī)構(gòu)建設(shè)

為高效推進(jìn)智慧工地建設(shè)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成立了以項(xiàng)目經(jīng)理為領(lǐng)導(dǎo)的核心管理小組，成員包括項(xiàng)目副經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人及關(guān)鍵管理人員、技術(shù)專(zhuān)家和施工班組負(fù)責(zé)人。該小組負(fù)責(zé)明確職責(zé)分工，落實(shí)個(gè)人責(zé)任，通過(guò)高層的統(tǒng)一指揮與協(xié)調(diào)，確保智慧工地建設(shè)的各環(huán)節(jié)都能得到細(xì)致規(guī)劃與有序執(zhí)行，從而穩(wěn)步推動(dòng)智慧工地目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 軟件系統(tǒng)建設(shè)

項(xiàng)目智慧工地軟件系統(tǒng)建設(shè)涵蓋勞務(wù)管理、安全監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、施工管理及辦公自動(dòng)化等多方面。該系統(tǒng)包括勞務(wù)實(shí)名制管理、門(mén)禁安保系統(tǒng)、智能塔吊與施工電梯監(jiān)控、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控與環(huán)境監(jiān)測(cè)、BIM可視化管理和OA辦公管理，旨在優(yōu)化施工流程、資源調(diào)配和團(tuán)隊(duì)協(xié)作。系統(tǒng)需根據(jù)這些工程進(jìn)展適時(shí)部署，確保智慧工地功能的全面覆蓋與有效運(yùn)行。

3.2.3 硬件系統(tǒng)建設(shè)

在智慧工地管理體系中，環(huán)境監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。它能即時(shí)捕捉巖層變化、地下水位等環(huán)境異常，確保施工進(jìn)度不受干擾[4]。為此，該項(xiàng)目智慧工地硬件系統(tǒng)采用無(wú)線溫濕度傳感器，通過(guò)有線方式連接至數(shù)據(jù)采集器，實(shí)現(xiàn)對(duì)工地環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)捕獲。針對(duì)管理需求和工地環(huán)境情況，選用DHT90型號(hào)數(shù)字傳感器與中央控制器連接，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?zhǔn)確。同時(shí)，傳感器獨(dú)有的序列號(hào)有助于系統(tǒng)區(qū)分并處理多源數(shù)據(jù)，一旦監(jiān)測(cè)到溫濕度超出預(yù)設(shè)閾值，將自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)。反之則將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制補(bǔ)碼存儲(chǔ)，便于中央控制器進(jìn)一步處理，最終輸出工地的溫濕度數(shù)據(jù)。此外，施工人員安全管理也是核心環(huán)節(jié)。為此，硬件系統(tǒng)采用了SINRICODE S1手持RFID讀寫(xiě)器，由工人隨身攜帶，與電子標(biāo)簽無(wú)線通信，同時(shí)還具備識(shí)別和區(qū)分不同標(biāo)簽的能力，確保數(shù)據(jù)讀寫(xiě)準(zhǔn)確無(wú)誤。讀寫(xiě)器還支持多設(shè)備協(xié)同工作，進(jìn)一步提升了整體效率。

其他外設(shè)硬件設(shè)施如考勤機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)控設(shè)備、電子顯示屏以及道閘等，也需同步調(diào)試，確保軟硬件系統(tǒng)可以良好適配。

3.3 智慧工地系統(tǒng)的應(yīng)用

3.3.1 勞務(wù)實(shí)名制管理系統(tǒng)

勞務(wù)實(shí)名制管理系統(tǒng)主要利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等前沿信息技術(shù)來(lái)提升勞務(wù)管理的現(xiàn)代化水平[5]。該系統(tǒng)全面登記每位工人的身份資料、職業(yè)類(lèi)別及健康狀況，并與考勤、薪酬發(fā)放及身份驗(yàn)證系統(tǒng)無(wú)縫集成，確保工人的工作記錄準(zhǔn)確無(wú)誤。系統(tǒng)還與銀行和醫(yī)療機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)化處理工資并定期組織健康檢查，以實(shí)現(xiàn)勞務(wù)用工的精細(xì)化管理?；趧趧?wù)實(shí)名制管理系統(tǒng)，該項(xiàng)目工地實(shí)現(xiàn)了對(duì)工人身份的實(shí)時(shí)確認(rèn)，確保合法用工，避免非法勞務(wù)的介入。同時(shí)，系統(tǒng)還能有效追蹤工人出勤情況，為薪酬計(jì)算提供依據(jù)，保障工人的合法權(quán)益。

3.3.2 智能塔吊可視系統(tǒng)

智能塔吊可視系統(tǒng)可管理工程項(xiàng)目中重型塔吊的使用。系統(tǒng)連接各類(lèi)傳感器，同時(shí)集成無(wú)線通信組件、駕駛員人臉識(shí)別系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程可視化管理平臺(tái)。在駕駛室內(nèi)，操作人員通過(guò)可視化界面即可完成對(duì)該系統(tǒng)的操控。此外，系統(tǒng)依托眾多外連設(shè)施和所集成的系統(tǒng)，可以進(jìn)行三維空間防碰撞預(yù)警、超載提醒、運(yùn)行參數(shù)超限提醒以及塔吊全過(guò)程作業(yè)監(jiān)控。實(shí)踐中，項(xiàng)目設(shè)備管理部門(mén)借助該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)掌握塔吊作業(yè)狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)以及潛在安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔吊作業(yè)的全面監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析。同時(shí)，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)使項(xiàng)目管理人員能即時(shí)觀察施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確保施工過(guò)程的安全高效。

3.3.3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成高清攝像頭、無(wú)線Wi-Fi傳輸裝置及無(wú)線供電設(shè)備等，輔以后端軟件平臺(tái)，構(gòu)建了全方位監(jiān)控解決方案。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人能通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行視頻錄制、歷史回放和數(shù)據(jù)導(dǎo)出，一旦監(jiān)測(cè)到違規(guī)操作或異常情況，能迅速采取措施加以糾正。在工程中，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)被廣泛部署于工地出入口、辦公區(qū)域、生活區(qū)以及塔吊等關(guān)鍵位置，確保全方位無(wú)死角覆蓋。同時(shí)該系統(tǒng)還與公司總部實(shí)時(shí)互聯(lián)，與當(dāng)?shù)刭|(zhì)量安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同步，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的全天候監(jiān)控。

3.3.4 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在施工現(xiàn)場(chǎng)部署了兩套環(huán)境監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、風(fēng)速、風(fēng)向、噪聲水平及揚(yáng)塵濃度等環(huán)境指標(biāo)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在云端分析和存儲(chǔ)后，通過(guò)工地電子顯示屏實(shí)時(shí)展示，方便現(xiàn)場(chǎng)人員掌握即時(shí)環(huán)境狀況。同時(shí)，管理人員能通過(guò)電腦或手機(jī)應(yīng)用程序遠(yuǎn)程訪問(wèn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理的數(shù)字化與便捷化。此外，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還與工地的霧炮機(jī)和噴淋系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)，當(dāng)PM2.5濃度超標(biāo)，系統(tǒng)自動(dòng)激活噴淋設(shè)備，釋放水霧以抑制揚(yáng)塵，降低空氣中顆粒物含量，改善施工現(xiàn)場(chǎng)空氣質(zhì)量，保障作業(yè)人員健康。

3.3.5 BIM可視化系統(tǒng)

鑒于本工程項(xiàng)目中設(shè)備繁多、管線布局復(fù)雜，加之鋼結(jié)構(gòu)龐大，安裝施工精度高，故項(xiàng)目組采用現(xiàn)代BIM技術(shù)模擬仿真建筑物的實(shí)體特征與功能信息。BIM使項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能在施工前期虛擬演示施工流程，提前識(shí)別可能出現(xiàn)的安裝誤差、碰撞沖突以及其他技術(shù)難題。該技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了多專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同作業(yè)與溝通，支持設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化調(diào)整，確保最終的建筑產(chǎn)品達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，既提高了施工效率，又保證了工程的質(zhì)量和安全。

4 結(jié)語(yǔ)

智慧工地作為建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要推手，集成了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了建筑施工管理的智能化升級(jí)。從施工模擬與優(yōu)化、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析、智能化預(yù)警與響應(yīng)，到協(xié)同作業(yè)與信息共享，智慧工地在提升施工效率、保障施工安全、促進(jìn)資源優(yōu)化配置等方面展現(xiàn)出巨大潛力。案例項(xiàng)目分析充分展示了智慧工地在復(fù)雜工程項(xiàng)目中的應(yīng)用成效，表明智慧工地將成為未來(lái)建筑施工管理的標(biāo)配，推動(dòng)建筑行業(yè)向更高層次的智能化、綠色化和可持續(xù)化發(fā)展邁進(jìn)。

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