淺談“智慧工地”的應(yīng)用

洪長河

（廈門市翔安區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，福建 廈門 361102）

0 引言

建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、綠色建造、工程總承包模式的推進(jìn)給建筑行業(yè)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在迅速改變著建筑行業(yè)?！爸腔酃さ亍笔窃诂F(xiàn)有硬件設(shè)備上增加監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集等設(shè)備，結(jié)合項(xiàng)目已有的信息管理系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)信息傳送至云端，由云端進(jìn)行邏輯關(guān)系組織和分類，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后匯總出項(xiàng)目需要的管理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)推送到項(xiàng)目管理平臺、手機(jī)APP終端，實(shí)現(xiàn)智慧管控。面對新形勢，如何利用信息技術(shù)做好“智慧工地”建設(shè)，將成為建筑施工領(lǐng)域新的時代主題。

1 概述

“智慧工地”是指綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，圍繞人、材、機(jī)、環(huán)境等關(guān)鍵要素，建立智能采集信息、科學(xué)分析數(shù)據(jù)、高效協(xié)同管理、智慧預(yù)測過程的施工現(xiàn)場一體化信息管理模型，形成從一線操作到遠(yuǎn)程監(jiān)管的數(shù)據(jù)鏈條，有效降低施工現(xiàn)場管理成本，逐步實(shí)現(xiàn)“智慧建造”［1］。“智慧工地”是“智慧城市”和“互聯(lián)網(wǎng)+”理念在建設(shè)工程領(lǐng)域的具體體現(xiàn)，是“互聯(lián)網(wǎng)+”與傳統(tǒng)建筑行業(yè)完美結(jié)合的全新施工現(xiàn)場一體化管理模式。

2 “智慧工地”建設(shè)的意義

“智慧工地”建設(shè)對施工行業(yè)意義深遠(yuǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）運(yùn)用三維設(shè)計(jì)及信息化管理平臺，精確設(shè)計(jì)和模擬施工過程，建立智能采集數(shù)據(jù)、科學(xué)分析數(shù)據(jù)、高效協(xié)同管理、智慧預(yù)測過程的施工現(xiàn)場一體化信息管理模型，實(shí)現(xiàn)施工全過程可視化管控［2］。

2）借助云平臺、大數(shù)據(jù)和人工智能等手段，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的挖掘和分析，從而為項(xiàng)目管理、決策提供數(shù)據(jù)支持，優(yōu)化人、材、機(jī)等資源的投入，起到降本增效的作用。

3 “智慧工地”的應(yīng)用示例

3.1 勞務(wù)管理

勞務(wù)管理是“智慧工地”的重要組成部分。施工場地采用封閉式圍擋進(jìn)行管理，施工主出入口配備虹膜門禁系統(tǒng)等設(shè)備，實(shí)時監(jiān)控作業(yè)人員進(jìn)出施工現(xiàn)場，杜絕外來人員進(jìn)出施工現(xiàn)場［3］。

勞務(wù)實(shí)名制管理通過虹膜門禁系統(tǒng)等勞務(wù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)勞務(wù)人員的身份信息，對勞務(wù)人員性別比例、工種結(jié)構(gòu)、年齡段等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，合理優(yōu)化勞務(wù)隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，掌握各分包隊(duì)伍人員分布情況。

勞務(wù)管理系統(tǒng)通過采集、分析一定期間的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確提供該期間內(nèi)的勞動力數(shù)量分布曲線，根據(jù)曲線對比、分析用工高峰期與低谷期勞動力使用情況，在不影響正常施工的前提下，優(yōu)化勞動力投入的時間點(diǎn)，避免階段性“窩工”出現(xiàn)。

采用勞務(wù)實(shí)名制管理，勞務(wù)人員通過虹膜系統(tǒng)進(jìn)出施工現(xiàn)場，勞務(wù)管理系統(tǒng)實(shí)時記錄勞務(wù)人員出勤情況，提供勞務(wù)人員工資結(jié)算的考勤依據(jù)。施工單位能夠與勞務(wù)派遣單位及時核實(shí)勞務(wù)人員考勤，避免出現(xiàn)勞資糾紛。

3.2 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

“智慧工地”中的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控有別于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，不僅是在施工現(xiàn)場安裝若干攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控，而且還是基于“互聯(lián)網(wǎng)+”對工程施工現(xiàn)場安全、質(zhì)量、進(jìn)度等進(jìn)行全面的遠(yuǎn)程監(jiān)管。利用電腦終端、手機(jī) APP 終端，建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位、建設(shè)行政主管部門足不出戶，便能及時、準(zhǔn)確掌握施工現(xiàn)場情況，提高工作效率，節(jié)約人力、物力、財(cái)力的投入。通過多方同時監(jiān)管，提高施工現(xiàn)場人員安全生產(chǎn)意識，規(guī)范安全施工行為，做到施工透明化。同時，開展遠(yuǎn)程監(jiān)管綜合檢查，建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位、建設(shè)行政主管部門能夠及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的安全隱患、質(zhì)量問題，采取切實(shí)、有效的整改措施，有效遏制安全、質(zhì)量事故發(fā)生。

3.3 VR 技術(shù)與安全教育結(jié)合

傳統(tǒng)的安全生產(chǎn)教育局限于書面形式、課堂形式、現(xiàn)場形式的教育方式，培訓(xùn)環(huán)境受限、內(nèi)容枯燥、游于形式，培訓(xùn)效果差。利用 VR 技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場安全生產(chǎn)實(shí)景模擬體驗(yàn)，把以往枯燥、乏味的“說教式”安全教育轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦?、形象的“體驗(yàn)式”安全教育。VR 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)、主體、裝飾裝修等施工階段各類安全事故的仿真模擬，例如基坑坍塌、模板支撐失穩(wěn)、觸電、物體打擊、高空墜落等安全事故，管理人員、作業(yè)人員親身感受違章、違規(guī)作業(yè)帶來的危害，提高安全教育培訓(xùn)效果，強(qiáng)化安全生產(chǎn)意識，規(guī)范安全生產(chǎn)行為，降低安全事故發(fā)生的概率。

3.4 BIM 技術(shù)

“智慧工地”的開展深度由 BIM 技術(shù)的精確度決定。BIM 技術(shù)是一個由二維模型到三維模型、從傳統(tǒng)施工中被動到主動的轉(zhuǎn)變過程。BIM 技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個方面。

1）總平面管理：前期施工總平面布置開始，通過BIM 技術(shù)對臨建布置、施工場地區(qū)段劃分、塔吊、施工電梯的定位、材料加工區(qū)及堆放區(qū)布設(shè)、場區(qū)臨時施工道路的布置進(jìn)行建模，通過 BIM 模型對人員和車輛的進(jìn)出場路線進(jìn)行模擬，人車分流，在用人及車輛進(jìn)出場高峰期施工場地能井然有序地運(yùn)行。借助 BIM 技術(shù)對塔吊的作業(yè)范圍、吊重、利用率進(jìn)行綜合分析，合理布置塔吊及材料加工、堆放區(qū)域。

2）可視化交底：BIM 技術(shù)具有可視化特點(diǎn)。借用此特點(diǎn)，既可以對作業(yè)人員進(jìn)行三維動畫交底，又可以模擬施工方案。通過 BIM 技術(shù)展示高支模支架搭設(shè)的三維技術(shù)交底，取代傳統(tǒng)的技術(shù)交底方式，以形象、有趣、通俗易懂的方式對管理人員、作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，掌握高支模支架搭設(shè)的技術(shù)要點(diǎn)。

3）節(jié)點(diǎn)分析：通過解讀設(shè)計(jì)圖紙中的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，利用 BIM 技術(shù)建模對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。例如復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)（梁、柱鋼筋位置避讓關(guān)系等），通過建立模型找出梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋碰撞點(diǎn)，優(yōu)化鋼筋位置。

4）機(jī)電設(shè)備管線碰撞檢查：孔洞未預(yù)留及機(jī)電設(shè)備管線安裝時發(fā)生碰撞現(xiàn)象在以往施工過程中屢見不鮮。以往的措施就是在混凝土結(jié)構(gòu)二次開鑿洞口或機(jī)電管線交叉安裝，可能造成混凝土結(jié)構(gòu)不同程度的損害或者室內(nèi)實(shí)際使用空間減少［4］。利用 BIM 技術(shù)對建筑物進(jìn)行建模，對結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電、設(shè)備各專業(yè)模型進(jìn)行合模，直觀把預(yù)留洞口及位置在三維模型中顯示出來，分析出管線“打架點(diǎn)”，及時聯(lián)系設(shè)計(jì)單位對圖紙進(jìn)行修改、調(diào)整，在工程前期解決了管線打架問題。

3.5 物資集采與驗(yàn)收管理平臺

利用“智慧工地”物資集采與驗(yàn)收管理平臺，對進(jìn)場大宗物資、機(jī)電設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)等主要材料進(jìn)行動態(tài)跟蹤、管理。在主要材料管理方面，對材料的進(jìn)場情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，通過 RFID、二維碼等電子標(biāo)簽，隨時了解主要材料的進(jìn)場情況，如材料當(dāng)前位置、廠家備貨情況、材料運(yùn)輸時間等，材料員根據(jù)工程的實(shí)際進(jìn)展管控材料的進(jìn)場。

傳統(tǒng)的材料采購與驗(yàn)收流程為：生產(chǎn)部門提出計(jì)劃→材料部門采購→材料進(jìn)場驗(yàn)收→材料入庫→結(jié)算付款，但這一模式在實(shí)際實(shí)施中經(jīng)常出現(xiàn)材料不能按時到場、到場數(shù)量不足等問題，嚴(yán)重影響施工生產(chǎn)進(jìn)度。在“智慧工地”的建設(shè)中，針對上述問題，結(jié)合實(shí)際物資管理工作，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對主要材料從招標(biāo)、采購、送貨、驗(yàn)收到結(jié)算的全過程閉環(huán)管理。施工單位利用電腦終端、手機(jī) APP 終端，隨時掌握物資配送進(jìn)度；物資到場后，通過地磅和稱重模塊實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量，杜絕材料供應(yīng)商短斤少兩行為；進(jìn)場驗(yàn)收完成后，采用移動驗(yàn)收的方式省去磅單打印、多方對賬的繁瑣流程，驗(yàn)收結(jié)果實(shí)時傳輸至服務(wù)器存儲，方便企業(yè)和供應(yīng)商查詢核對。

3.6 環(huán)境控制系統(tǒng)

揚(yáng)塵、噪聲監(jiān)測系統(tǒng)依托自動化監(jiān)測設(shè)備，對施工現(xiàn)場區(qū)域的空氣質(zhì)量及噪聲進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，其中室外環(huán)境監(jiān)測設(shè)備可對噪聲、顆粒物濃度（PM 2.5、PM 10）、風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、溫度、大氣壓等多項(xiàng)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行全天候精確測量，并在 LED 屏幕上實(shí)時顯示，其中監(jiān)測的數(shù)據(jù)包括揚(yáng)塵濃度、噪音指數(shù)以及視頻畫面。揚(yáng)塵監(jiān)控系統(tǒng)工作時，自動采集超標(biāo)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸至云端，隨時掌控環(huán)境參數(shù)變化，第一時間告知相關(guān)部門及責(zé)任人，具備報(bào)警、外接噴霧降塵設(shè)備的聯(lián)動功能。

標(biāo)養(yǎng)室溫、濕度控制環(huán)境在線監(jiān)控、預(yù)警系統(tǒng)通過在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)部放置溫度傳感器、濕度傳感器、防水?dāng)z像頭，將真實(shí)環(huán)境情況進(jìn)行全天候監(jiān)控，無需管理人員定時抄報(bào)環(huán)境數(shù)據(jù)的工作，實(shí)現(xiàn)環(huán)境情況網(wǎng)絡(luò)化、記錄數(shù)據(jù)無紙化。環(huán)境條件設(shè)置預(yù)警機(jī)制，環(huán)境參數(shù)超標(biāo)立即報(bào)警，實(shí)現(xiàn)多層級的聯(lián)動管理。利用防水?dāng)z像頭可將真實(shí)的環(huán)境情況進(jìn)行存儲，防止環(huán)境溫、濕度失控，形成管理行為記錄。

3.7 特種設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

智能塔吊可視系統(tǒng)基于智能硬件采集+云端數(shù)據(jù)分析+多終端可視化打造，由安裝于塔吊吊臂、塔身及傳動結(jié)構(gòu)處的各類智能傳感器、駕駛室的操作終端、塔司人臉識別考勤、無線通訊模塊以及在遠(yuǎn)程服務(wù)器部署的可視系統(tǒng)組成。智能塔吊可視系統(tǒng)具有三維立體防碰撞、超載預(yù)警、超限預(yù)警、大臂絞盤防跳槽監(jiān)控、塔吊監(jiān)管、全程可視化、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。通過塔吊監(jiān)控平臺結(jié)合塔吊司機(jī)的考勤系統(tǒng)，管理人員能夠清楚看到現(xiàn)場塔吊的運(yùn)行情況以及危險報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析。

施工升降機(jī)安全管理是建筑安全管理中的又一難點(diǎn)。升降機(jī)作為一種常用的垂直起吊設(shè)備廣泛應(yīng)用于后期的內(nèi)部裝修期間。施工升降機(jī)生產(chǎn)作業(yè)普遍存在管理不到位、人員違章操作、超載作業(yè)、安全限位裝置失效等現(xiàn)象，非專業(yè)人員操作極易造成安全事故，嚴(yán)重危及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。施工升降機(jī)人臉識別控制器通過人臉識別授權(quán)、啟動繼電器、交流接觸器通、斷啟動電流的工作原理，通過 4G 物聯(lián)網(wǎng)卡傳送數(shù)據(jù)到平臺，進(jìn)行開啟/斷開電梯操作，確保專人專機(jī)作業(yè)。

3.8 工程質(zhì)量檢查

通用工程質(zhì)量檢查 APP 能夠方便管理者對施工生產(chǎn)中的質(zhì)量問題進(jìn)行檢查和督促整改，利用手機(jī)拍下問題照片后，在 APP 中標(biāo)注問題位置，點(diǎn)選檢查項(xiàng)、整改期限等內(nèi)容后即可形成整改工作流，推送至整改人的APP 端，待整改完成后，有權(quán)限的檢查人或者監(jiān)理可根據(jù)問題反饋進(jìn)行復(fù)查，合格后對問題進(jìn)行銷項(xiàng)。

工程質(zhì)量檢查 APP 與傳統(tǒng)的線下紙質(zhì)工程管理相比，具有“線上閉環(huán)”的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)從發(fā)現(xiàn)問題、指派任務(wù)、整改反饋到銷項(xiàng)的“閉環(huán)管理”，充分體現(xiàn)工程質(zhì)量檢查 APP“隨時隨地”的優(yōu)勢，提高了現(xiàn)場檢查和整改的效率。

4 結(jié)語

“智慧工地”為建筑工地智能化提供了智能采集信息、科學(xué)分析數(shù)據(jù)、高效協(xié)同管理、智慧預(yù)測過程的施工現(xiàn)場一體化信息管理模型。隨著社會和科技的發(fā)展，“智慧工地”必將成為建筑施工行業(yè)發(fā)展的方向。