大型市政項目中智慧工地平臺的應(yīng)用

陳 燕 陳 禹

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

隨著BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，智慧建造新技術(shù)在施工現(xiàn)場的應(yīng)用極大改善了建筑業(yè)的技術(shù)水平和管理水平。2016年國家發(fā)布的《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》中明確提到“加快工業(yè)化和信息化的深度融合，把數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化作為提升產(chǎn)業(yè)競爭力的技術(shù)基點”。

本文所介紹的“大型市政項目智慧工地管理平臺”符合該綱要中的戰(zhàn)略部署，符合《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》的總體精神，也滿足《上海市科技創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》確定的重點任務(wù)需求。

1 大型市政項目智慧工地管理平臺策劃

在建筑行業(yè)的施工階段，工地信息化是實現(xiàn)智慧工地的主要手段之一，通過互聯(lián)網(wǎng)，將工程在施工過程中的人員信息、設(shè)備信息、監(jiān)控信息等諸多信息流形成項目信息環(huán)，為現(xiàn)場施工智能化的管理、監(jiān)控、統(tǒng)計分析提供支撐，從而實現(xiàn)智慧建造。

1.1 管理目標(biāo)

本文智慧工地管理平臺的研究是基于大型市政項目，市政工程與其他建設(shè)工程相比，一般具有工程體量大、投資高、周期長、影響范圍廣、專業(yè)多、對周邊環(huán)境影響大、施工組織復(fù)雜、工程目標(biāo)要求高等特點，這無疑給項目管理帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，亟需通過基于BIM大型市政項目智慧工地管理平臺，對工程人員、設(shè)備、環(huán)境、監(jiān)控的集成化管理，推動建設(shè)工程精細(xì)化、集約化管理，打通各階段、各專業(yè)、各參與方之間的信息傳遞，實現(xiàn)建設(shè)項目管理信息化。

1.2 解決思路

大型市政項目智慧工地管理平臺基于BIM技術(shù)，融合物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)工程管理人員與工程施工現(xiàn)場的整合[1-7]，圍繞項目的全生命周期建立一個支撐現(xiàn)場管理、互聯(lián)協(xié)同、智能決策、知識共享的智慧管理平臺（圖1）。

2 具體實施

智慧工地系統(tǒng)采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要由信息采集層、網(wǎng)絡(luò)接入層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、信息存儲與處理層組成。如圖2所示。智慧工地系統(tǒng)將工地進(jìn)出口的視頻數(shù)據(jù)、實名制考勤信息及時上傳到中心管理平臺。平臺融合多方數(shù)據(jù)，報警聯(lián)動抓拍、視頻、通知給負(fù)責(zé)人，方便現(xiàn)場管理方及時準(zhǔn)確了解工地現(xiàn)場的狀況，有效提高項目管理和現(xiàn)場管理的效率。

圖1 平臺架構(gòu)

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成分為三級架構(gòu)，分別為以攝像頭、閘機(jī)為主的前端感知層；以交換機(jī)、通信線為主的傳輸層；以平臺軟件，數(shù)據(jù)存儲、計算分析為主的控制中心。

2.2 主要內(nèi)容

1）人員管理。施工現(xiàn)場按照全國建筑勞務(wù)實名制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行項目建筑工人實名制信息錄入工作，錄入成功后，可在后臺系統(tǒng)查看在場施工人員的姓名、年齡、工種、公司、培訓(xùn)證書等情況，為工程辦提供數(shù)據(jù)支撐，避免由于勞務(wù)問題影響工程進(jìn)度?，F(xiàn)場采用智能門禁系統(tǒng)，通過利用RFID卡片或IC卡片實現(xiàn)人員進(jìn)出信息自動記錄和分析，門禁系統(tǒng)和人員管理系統(tǒng)融合，禁止非系統(tǒng)中人員進(jìn)入，同時將進(jìn)出人員實時顯示在大屏，同時門禁系統(tǒng)結(jié)合AI技術(shù)，實時監(jiān)控進(jìn)入工地人員是否佩戴安全帽，對未戴安全帽的人員進(jìn)行拍照保存和提醒。此外，現(xiàn)場還通過施工人員佩戴的安全帽對其進(jìn)行定位，定位精度在空曠范圍內(nèi)可達(dá)30 cm，能夠?qū)崿F(xiàn)人員的精確定位和軌跡查詢，這不僅可以在人員靠近危險區(qū)域時及時發(fā)出報警提示，還可以通過現(xiàn)場人員定位信息，調(diào)度安排現(xiàn)場人員工作任務(wù)，提高負(fù)責(zé)人調(diào)度工作效率。

2）設(shè)備管理。實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一化管控，建立設(shè)備準(zhǔn)入制，為每個施工設(shè)施設(shè)備打印1個二維碼或RFID身份牌，粘貼在施工設(shè)施設(shè)備上。當(dāng)這些設(shè)施設(shè)備存在安全問題時，可以通過掃碼方式將問題關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的施工設(shè)施和設(shè)備。此外，可通過BIM模型展示設(shè)備所處位置，實現(xiàn)設(shè)備操作人員與設(shè)備一一對應(yīng)?，F(xiàn)場車輛進(jìn)出口位置還設(shè)置了高清攝像頭和車牌識別裝置，自動采集出入車輛圖片信息，對汽車起重機(jī)、材料運(yùn)輸車、渣土車出入未清洗上路和無證車輛入場清運(yùn)等違法違規(guī)現(xiàn)象進(jìn)行抓拍，實現(xiàn)工地設(shè)備車輛進(jìn)出記錄及追溯，及時將違規(guī)違法信息反饋給監(jiān)督人員，結(jié)合工地現(xiàn)場安全隱患排查處理方法，實現(xiàn)監(jiān)督的閉環(huán)管理（圖3）。

圖3 設(shè)備管理界面

3）環(huán)境管理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接施工現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)備，可實時查看施工現(xiàn)場的總懸浮顆粒濃度、噪聲、風(fēng)力、溫度、濕度等環(huán)境指標(biāo)，如果超過預(yù)警程度，則自動提醒管理人員進(jìn)行人工干預(yù)。現(xiàn)場基于BIM的揚(yáng)塵控制系統(tǒng)，當(dāng)現(xiàn)場揚(yáng)塵數(shù)值達(dá)到揚(yáng)塵監(jiān)測預(yù)警值時，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器平臺，并在三維BIM場布模型上高亮顯示報警點位，電腦端管理人員可根據(jù)報警信息調(diào)動霧炮機(jī)到事故現(xiàn)場，并一鍵觸發(fā)霧炮機(jī)和圍擋噴淋聯(lián)動系統(tǒng)進(jìn)行處理，實現(xiàn)了建筑工地?fù)P塵污染的在線監(jiān)測、處理一體化管理，減少了現(xiàn)場霧炮機(jī)的數(shù)量。因此，基于BIM技術(shù)與現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測設(shè)備相結(jié)合，可對施工現(xiàn)場的環(huán)境情況進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控，開展綠色施工（圖4）。

圖4 環(huán)境管理界面

4）監(jiān)控管理。平臺可獲取并集成現(xiàn)場所有遠(yuǎn)程攝像頭的位置和數(shù)據(jù)信息，并可根據(jù)調(diào)用指令實時調(diào)取相關(guān)監(jiān)控內(nèi)容，滿足項目管理者對施工現(xiàn)場實施監(jiān)控的需求。基于BIM技術(shù)的監(jiān)控管理，滿足了傳統(tǒng)監(jiān)控?zé)o法找到所需監(jiān)控點位的需求，通過在BIM模型上布設(shè)與現(xiàn)場一致的監(jiān)控點位，便于管理人員根據(jù)實際需求有針對性地查看所需畫面，有助于提高施工現(xiàn)場管理效率?，F(xiàn)場所配置的攝像頭系統(tǒng)還結(jié)合了AI技術(shù)，對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)未戴安全帽人員進(jìn)行抓拍，規(guī)范現(xiàn)場管理安全，降低現(xiàn)場安全隱患（圖5）。

圖5 監(jiān)控管理界面

3 平臺應(yīng)用方式

本平臺基于B/S軟件架構(gòu)，后臺程序運(yùn)行于云端服務(wù)器，所有用戶通過網(wǎng)頁端和微信端登錄系統(tǒng)，根據(jù)用戶權(quán)限設(shè)置，賦予每一個登錄用戶使用系統(tǒng)的相關(guān)功能。

項目管理人員可以通過網(wǎng)頁端實時了解現(xiàn)場人員、設(shè)備、環(huán)境、監(jiān)控相關(guān)情況，便于及時對現(xiàn)場發(fā)起的告警提示進(jìn)行處理。同時微信端也可查看現(xiàn)場實時情況，支撐告警信息及時推送，為現(xiàn)場的安全施工保駕護(hù)航。此外，智慧工地平臺上的所有數(shù)據(jù)信息還可通過大屏展示的形式進(jìn)行查看，適用于展示和匯報項目整體情況。如何使平臺有效應(yīng)用是個難點，本項目主要從以下幾個方面落實。

3.1 操作便利性

沒有不用平臺的員工，只有不好用的平臺?，F(xiàn)在總結(jié)下平臺的優(yōu)點，首先是以業(yè)主為主導(dǎo)的平臺，有利于對項目做總體全過程規(guī)劃，對全參與方進(jìn)行更有效的管控。其次，該平臺實現(xiàn)了設(shè)計、施工及與運(yùn)維對接全過程應(yīng)用。最后，操作便捷也是一大亮點，所有操作均堅持三步原則，點擊3次即可實現(xiàn)操作目的，并且線上根據(jù)線下設(shè)置工單，線下打印線上工單，避免很多平臺存在的線上線下重復(fù)工作的問題。線上發(fā)起問題，線下解決問題，線上關(guān)閉問題，實現(xiàn)線上線下聯(lián)動。

3.2 保障措施

平臺要落地實施必須要有相應(yīng)的保障。首先是前期策劃，前期做好充分的調(diào)研，認(rèn)真總結(jié)分析項目及行業(yè)的特點、難點，做好全面考慮。其次是實施標(biāo)準(zhǔn)，有了策劃，一定要做好各項標(biāo)準(zhǔn)制定，以確保原定目標(biāo)有效開展。軟硬件配置，軟件開發(fā)一定要秉承可落地、便于操作原則。最后要制定考核辦法、實行過程審核，培訓(xùn)分類別層次展開，而不是模塊式培訓(xùn)。

3.3 難點及對策

1）不同軟件之間的格式互通，不同硬件與軟件的對接，很難做到“一模到底”。我們在項目應(yīng)用中，通常建議施工方、運(yùn)維方在設(shè)計階段提前介入，共同參與前期策劃，建立監(jiān)督與管理機(jī)制有效實現(xiàn)一模到底。

2）全員參與BIM應(yīng)用?，F(xiàn)場施工人員素質(zhì)良莠不齊，參與單位眾多，場地分布廣，各場地應(yīng)用需求不同，導(dǎo)致“全員參與BIM應(yīng)用”推行困難。對應(yīng)以上問題，本項目選取重點區(qū)域試點應(yīng)用，逐步推行全線應(yīng)用。

3）軟硬件可靠性問題。本項目全線約14 km，場地跨度大，各場地硬件布置不同，且部分場區(qū)位于郊區(qū)，信號較差。基于這些問題，項目上配置了靈敏度及數(shù)據(jù)交互的可靠性較高的硬件設(shè)備。

4 結(jié)語

大型市政項目智慧工地管理平臺是基于BIM技術(shù)、GIS、互聯(lián)網(wǎng)、云平臺等技術(shù)開發(fā)而成的，可實現(xiàn)市政項目的標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化管理，不僅是城市道路建設(shè)的一個重要實踐和亮點，也是當(dāng)前市政建設(shè)管理的迫切需要。與此同時，該平臺對數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測、集成和分析不僅為項目決策提供了科學(xué)依據(jù)，更提高了施工組織的協(xié)調(diào)性，有效地提高了項目管理效率。

但現(xiàn)階段智慧工地管理平臺還存在一些不足之處，如智慧工地管理平臺建設(shè)的針對性和應(yīng)用性與施工現(xiàn)場還有一定差距，首先是平臺上填寫的一些表單樣式與實際有差異，可能無形中增加了現(xiàn)場的工作量；其次，項目參與方眾多、多項目管理有差異，導(dǎo)致平臺表達(dá)無固定格式，大多需根據(jù)現(xiàn)場實際需求重新設(shè)定調(diào)整；最后，要想更好地運(yùn)用智慧工地管理平臺，缺少不了軟硬件的搭配，該部分需要比較大的資金投入，這也是現(xiàn)階段限制該平臺應(yīng)用發(fā)展的一個因素。針對以上這些問題，對于智慧工地接下來的研究，我們應(yīng)該實時與現(xiàn)場保持聯(lián)系，根據(jù)現(xiàn)場需求改進(jìn)平臺，使平臺應(yīng)用更加貼合現(xiàn)場管理操作，真正意義上做一個落地的大型市政項目智慧工地管理平臺。