基于BIM技術(shù)的智慧工地實踐與探索

王 勇

上海嘉實（集團）有限公司 上海 201804

21世紀來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能的不斷發(fā)展，制造業(yè)生產(chǎn)方式已向信息化、智能化突飛猛進。建筑業(yè)作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，在當(dāng)前我國城市與工程建設(shè)規(guī)模日益增長的形勢下，面臨的改造與升級任務(wù)十分艱巨，建筑工地普遍存在著勞動生產(chǎn)率低，資源消耗及環(huán)境污染問題嚴重，工程質(zhì)量與安全存在諸多問題。因此傳統(tǒng)的管理及生產(chǎn)方式已經(jīng)越來越不能滿足科學(xué)決策、精益管理的現(xiàn)代工程管理要求，智慧工地就是在這樣的背景下應(yīng)運而生。

1 智慧工地相關(guān)概念

智慧工地是將BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的深度融合，是將“人、機、料、法、環(huán)”等關(guān)鍵因素控制管理，形成的互聯(lián)協(xié)同、信息共享的智能決策系統(tǒng)；并通過計算機軟硬件信息技術(shù)，與施工生產(chǎn)過程相融合，對工程質(zhì)量、安全等生產(chǎn)過程以及商務(wù)、技術(shù)等管理過程加以改造，以提高工地現(xiàn)場的生產(chǎn)效率、管理效率和決策能力，實現(xiàn)工地的數(shù)字化、精細化、智慧化生產(chǎn)和管理。

2 建筑工程建設(shè)項目管理現(xiàn)狀分析

2.1 工程圖紙設(shè)計欠缺

在日益復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，傳統(tǒng)二維平面設(shè)計圖紙往往難以反映三維視圖中的細部設(shè)計，造成圖紙錯誤或深度不足。同樣，機電各專業(yè)在復(fù)雜空間部位，往往也難以考慮各專業(yè)間的空間布置，造成各專業(yè)相互干涉，錯漏碰缺問題多；由此而造成的工程返工、工期損失情況十分普遍。

2.2 粗放管理

目前的傳統(tǒng)工程管理，十分依賴于管理人員的個人素質(zhì)；工程各專業(yè)之間、操作層與管理層以及監(jiān)管層之間，也缺少有效的溝通和聯(lián)絡(luò)。傳統(tǒng)管理模式中各參建方，還存在著各自利益最大化的想法，根本無法做到基于工程項目整體目標(biāo)的管理及決策，造成大量的人力成本和時間成本內(nèi)耗。因此工程問題往往不能最大程度地暴露，信息不能共享并快速流通，企業(yè)管理層不能及時、準確地獲取施工動態(tài)信息并進行有效管控。

2.3 管理手段和工具落后

傳統(tǒng)項目管理，由于缺乏物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控手段，質(zhì)量安全及環(huán)境風(fēng)險依靠條線管理人員人力觀測，材料及進度控制也沒有BIM為基礎(chǔ)的信息數(shù)據(jù)，造成管理精細化不足，管理效率低下，項目管理的風(fēng)險不能及時有效地控制。

3 案例介紹

南京棲霞綜合研發(fā)樓項目，是由棲霞集團投資，集酒店、餐飲、辦公、休閑于一體的綜合性建筑。工程地處南京市棲霞區(qū)馬群仙林大道西側(cè)，包括12棟單體和地下二層車庫，總建筑面積10萬平方米。本工程在施工前期，總包主導(dǎo)建立了各專業(yè)BIM施工模型，并在施工全過程推行了以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的信息化管理，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.1 BIM技術(shù)應(yīng)用

1、基于統(tǒng)一的平臺，讓各設(shè)計、施工、業(yè)主等參建方提前進行“協(xié)同合作”，提早發(fā)現(xiàn)施工圖紙中的“錯漏碰缺”等問題。通過各方參與的深化團隊，圍繞全生命周期進行協(xié)作，實現(xiàn)各方參與的“IPD”管理模式。以3號樓地庫為例，通過地庫綜合BIM模型分析，提前發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)承臺、車道入口等結(jié)構(gòu)梁問題二十多處，設(shè)計及施工各方及時介入保證了設(shè)計優(yōu)化的順利進行，避免了后期的大量工程返工；通過機電BIM綜合管線技術(shù)，對剪力墻體和結(jié)構(gòu)梁的預(yù)埋套管進行了二次深化和復(fù)核，由此而提高了整個地下車庫的安裝標(biāo)高達20cm。

2、BIM是智慧工地的核心信息技術(shù)，BIM技術(shù)為載體生成的三維數(shù)據(jù)文件，全面、準確地為工程全壽命周期各層管理人員提供可視、實時、高效的技術(shù)支撐，可更精細地管控勞務(wù)、材料、設(shè)備等，為精益建造提供精準的數(shù)據(jù)支持。如通過地下室機電BIM管綜導(dǎo)出的材料數(shù)據(jù)，流通于采購、財務(wù)、橋架制造廠等部門，實現(xiàn)了地下室電氣橋架的預(yù)制化作業(yè)，縮短了橋架安裝將近30%的施工工期。

3、實現(xiàn)對業(yè)主的竣工模型交付，通過BIM技術(shù)，將施工過程信息、采購信息進行關(guān)聯(lián)，將建筑物空間信息和設(shè)備參數(shù)信息有機地整合起來，從而為業(yè)主提供完整的建筑物全局信息，為施工后期的3號樓室內(nèi)裝飾的順利施工提供了幫助，同時也給業(yè)主的物業(yè)管理、機電運維提供基礎(chǔ)技術(shù)支持。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

BIM與物聯(lián)網(wǎng)的集成應(yīng)用，實質(zhì)就是建筑全過程信息的集成與融合。BIM技術(shù)發(fā)揮上層信息集成、交互作用，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)承擔(dān)底層信息采集、傳遞和監(jiān)控的功能。二者的集成應(yīng)用可以實現(xiàn)建筑全過程“信息流閉環(huán)”，實現(xiàn)虛擬信息化管理與實體環(huán)境硬件之間的有機融合。

本工程的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要是通過設(shè)備監(jiān)控、傳感器等設(shè)施組成。設(shè)備感知層在一定的范圍內(nèi)與工人、材料、施工方法、環(huán)境因素的現(xiàn)場要素有著密切的聯(lián)系，通過動態(tài)采集，將項目生產(chǎn)、安全監(jiān)測和應(yīng)用的各項數(shù)據(jù)集中、關(guān)聯(lián)到信息化平臺上，從而為項目日常辦公、管理決策提供有力的信息化數(shù)據(jù)支撐。項目管理實現(xiàn)了如下系統(tǒng)功能：

1、信息化監(jiān)測系統(tǒng)：該系統(tǒng)是項目管理統(tǒng)一的安全監(jiān)測信息化模塊，具有開放性、集成性、協(xié)同性特點。

（1）通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時收集工地各類物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括深基坑監(jiān)測、配電柜監(jiān)測、塔吊安全監(jiān)測、物料平臺監(jiān)測等多種監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)多工點、多業(yè)務(wù)的安全監(jiān)測和智能預(yù)警，為安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)支撐。

（2）通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口格式，支持目前主流的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備廠家數(shù)據(jù)接入和計算，方便同市場成熟的第三方監(jiān)測系統(tǒng)集成。

（3）采用無線傳輸技術(shù)，后臺實時讀取全站儀等測量儀器數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像辨別及定位技術(shù)在數(shù)據(jù)庫中進行比較，通過智能判決的方式給項目工序流程及成品行為進行判斷，為質(zhì)量管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2、勞務(wù)實名制管理系統(tǒng)：通過信息化平臺接入現(xiàn)場人臉識別系統(tǒng)，支持實名制、定位系統(tǒng)等硬件設(shè)備數(shù)據(jù)，可以在信息化平臺中實時了解現(xiàn)場人員種類、身份及進出場等情況，可對未識別或未參與培訓(xùn)人員推送預(yù)警信息，實現(xiàn)對勞務(wù)人員數(shù)量、位置、狀態(tài)、工種等信息的全面監(jiān)管。

3、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)： 將揚塵監(jiān)控終端系統(tǒng)、視頻采集終端等集成至信息化平臺，通過平臺可對施工現(xiàn)場揚塵、噪聲、風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、PM2.5等環(huán)境數(shù)據(jù)進行實時查看監(jiān)控，環(huán)境數(shù)據(jù)超限能自動聯(lián)動自動噴淋降塵設(shè)備，保證施工環(huán)境綠色環(huán)保。

4、視頻監(jiān)控系統(tǒng)： 將視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成至信息化平臺，并標(biāo)記在BIM場景相應(yīng)位置，通過模型來觀察監(jiān)控點空間位置，重要監(jiān)控點實時視頻預(yù)覽和云臺控制，確保施工生產(chǎn)精準、實時控制。

3.3 信息化平臺

BIM為基礎(chǔ)形成的數(shù)據(jù)，是企業(yè)信息化建設(shè)的“細胞”，在管理流程、輔助科學(xué)決策等方面，正變得越來越重要。作為企業(yè)首個智慧工地示范項目，我公司自主開發(fā)的智慧工地管理平臺最大化地利用當(dāng)前最前沿的BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，獲得多項國家發(fā)明專利、著作權(quán)。平臺具有模型輕量化、多點位登錄（PC端、手機端、iPad端三個應(yīng)用層次）、多人在線協(xié)同特點，將物料跟蹤、實際進度考核、質(zhì)量安全可視化管理、模型管理、資料信息管控等系統(tǒng)納入動態(tài)管理范圍，突破了傳統(tǒng)任務(wù)管理的局部性。

1、采集層：充分利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)手段，將環(huán)境、人員、機械、作業(yè)情況等方面信息，通過手動移動終端、攝像頭、各類傳感器等數(shù)據(jù)采集口，在平臺中進行集成，實現(xiàn)互聯(lián)互通。解決施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集效率低、不及時等問題，提高數(shù)據(jù)獲取的實時性、準確性、真實性。

2、傳輸層：將既有各應(yīng)用系統(tǒng)以部分集成管理和多點位登錄的方式接入平臺，實現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的提取，并供處理層應(yīng)用和分析。

3、處理和應(yīng)用層：將提取的業(yè)務(wù)及報表數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯總分析，形成可視化圖表數(shù)據(jù)。根據(jù)實際管理的維度和細度，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分類納入不同的功能模塊進行管理，便于用戶查詢和分析。在工期管理上，集成 BIM 技術(shù)中進度管理信息，并以可視化技術(shù)手段展示，實時進行工期糾偏。在物資管理上，集成物資管理平臺，多點登錄，實現(xiàn)多方協(xié)同的智慧建造。在質(zhì)量安全管理上，利用實測實量工具或手機App進行檢查拍照和上傳，將檢查信息與BIM模型相關(guān)聯(lián)，實時查詢問題整改情況，達到更好的統(tǒng)計分析效果。

4 存在問題

4.1 平臺系統(tǒng)集成了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、其它經(jīng)營管理數(shù)據(jù)等，如數(shù)據(jù)之間的標(biāo)準不統(tǒng)一，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的流通和應(yīng)用產(chǎn)生障礙，對集成數(shù)據(jù)的應(yīng)用深度和廣度有著重大的影響。例如采購部門和財務(wù)部門，對同一產(chǎn)品需求不一樣，往往導(dǎo)致部門間的代碼格式無法融為一體。

4.2 平臺的應(yīng)用者出于不同的利益目的或管理需要，在數(shù)據(jù)的填報上差異較大，影響了數(shù)據(jù)的真實性。

5 結(jié)束語

在南京棲霞綜合研發(fā)樓項目中，通過BIM及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在信息化平臺中的深度融合，綜合了各相關(guān)方資源，打破了信息孤島，保證了數(shù)據(jù)實時獲取和共享，提高了各層次管理人員協(xié)同能力。通過BIM模型與項目管理的緊密銜接，讓抽象模糊的傳統(tǒng)管理變成以數(shù)據(jù)支撐的智能化、信息化管理；應(yīng)用過程中制定了項目智慧工地建設(shè)標(biāo)準，為企業(yè)后續(xù)智慧工地的推廣應(yīng)用提供了依據(jù)。

后續(xù)我們將以數(shù)據(jù)的格式統(tǒng)一為突破口，以服務(wù)于工程全壽命周期為目的，從設(shè)計端開始著手數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，力求將設(shè)計、施工、經(jīng)營、財務(wù)、采購等各部門的產(chǎn)品編碼形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編碼格式，更深層次地向智慧工地探索，為企業(yè)向真正的智慧建造方式轉(zhuǎn)型升級而服務(wù)。