智慧工地系統(tǒng)在建筑工程管理中的應(yīng)用

佟琴梅

（云南省曲靖市會(huì)澤縣不動(dòng)產(chǎn)登記中心，云南 會(huì)澤 654200）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)的現(xiàn)代化已經(jīng)提上日程。為了緊跟時(shí)代發(fā)展腳步，傳統(tǒng)建筑工程管理模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前行業(yè)發(fā)展，伴隨著現(xiàn)代化技術(shù)（BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等）的興起，智慧工地系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，本文主要討論智慧工地系統(tǒng)在建筑工程的管理方面的應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)工地管理問題

傳統(tǒng)建筑工程現(xiàn)場管理模式存在3 個(gè)主要問題。

1.1 管理難度大

建筑施工中有很多基層勞動(dòng)人員，他們技術(shù)能力不高，安全意識(shí)較差，管理難度較大。一旦發(fā)生事故，造成的影響復(fù)雜，對工程進(jìn)度和工程質(zhì)量影響巨大。

1.2 環(huán)境污染

傳統(tǒng)施工過程中污染物防治工作極差，且污染物處理能力低下，對環(huán)境的污染較為嚴(yán)重。

1.3 管理方式落后

在傳統(tǒng)的建筑工程管理中，常常存在管理部門管理不積極的問題，而且傳統(tǒng)工地管理受人為因素影響較大，管理系統(tǒng)不完善，管理效率低下。

傳統(tǒng)建筑工程管理中存在的問題可以利用智慧工地系統(tǒng)有效解決或減少。

2 智慧工地系統(tǒng)概況

2.1 智慧工地系統(tǒng)構(gòu)成

智能工地系統(tǒng)由3 個(gè)操作部分構(gòu)成：應(yīng)用部分、平臺(tái)部分以及終端部分[1]。

2.2 智慧工地系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

會(huì)澤縣近年來緊抓科研事業(yè)，大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)新時(shí)代創(chuàng)新型人才。會(huì)澤縣數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目便是典型代表。該產(chǎn)業(yè)園區(qū)依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，旨在建立新時(shí)代的標(biāo)志性創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)。

該產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建立為會(huì)澤縣的眾多大型項(xiàng)目的發(fā)展提供了技術(shù)和人才的支持。同時(shí)也為智慧工地系統(tǒng)的建立與完善提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

2.2.1 BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)是最新研發(fā)出的一項(xiàng)技術(shù)，通過收集不同類型的相關(guān)參數(shù)，集成所有施工點(diǎn)項(xiàng)目的起始過程的全部信息進(jìn)行數(shù)學(xué)建模及仿真，在數(shù)學(xué)層面模擬仿真三維實(shí)體，設(shè)計(jì)出一個(gè)與原模型比例一致的建筑模型。

BIM 技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）協(xié)同性能好。工地智能管理過程中，往往需要多樣化的軟件同時(shí)處理一項(xiàng)數(shù)據(jù)，因此這時(shí)不同軟件之間或者不同系統(tǒng)之間的矛盾也就體現(xiàn)出來。BIM 技術(shù)協(xié)同性好的體現(xiàn)在于他有獨(dú)立數(shù)據(jù)庫，具有單一工程數(shù)據(jù)源，不會(huì)產(chǎn)生多種軟件一同工作時(shí)由于不一致性產(chǎn)生的分歧，并且具有自主創(chuàng)建工程模型和共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的功能。

（2）全過程可視化。BIM 模型創(chuàng)建過程中均可以實(shí)現(xiàn)可視化，將整個(gè)模型的建立直觀地呈現(xiàn)在管理人員面前，模擬過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)施工過程存在的安全隱患、施工問題等，管理人員通過此模型可以避免相應(yīng)的損失。早期的建模技術(shù)是由低維度慢慢擴(kuò)展到高緯度，而BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維一體化，建模速度更加可觀。而且對觀察人員的觀察能力要求較低，建模效果好。

（3）可模擬性。BIM 技術(shù)可以建立一個(gè)完整的信息模型，對于建筑工程中的某一項(xiàng)目可以鏈接其不同階段的數(shù)據(jù)和信息，繼而完整地描述每個(gè)工程對象，并且系統(tǒng)內(nèi)部自帶各種算法，可以模擬其實(shí)時(shí)工作的工作狀況，利用此項(xiàng)技術(shù)可以大致估計(jì)建筑工程的工作進(jìn)程。

2.2.2 定位技術(shù)

無線定位方法指的是系統(tǒng)接收物體發(fā)射的無線電波信號，記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。根據(jù)既有算法模擬出方位或坐標(biāo)信息（經(jīng)度、緯度、高度）[2]。常用的無線定位方法有幾種：信號強(qiáng)度分析法、到達(dá)時(shí)間定位法、到達(dá)時(shí)間差定位法。在智慧工地系統(tǒng)中使用的定位技術(shù)可能不止這3 種，需要根據(jù)實(shí)況而定。

2.2.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)指的是多個(gè)物體將各類信息通過計(jì)算機(jī)這個(gè)媒介進(jìn)行上傳工作，計(jì)算機(jī)將這些所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、共享等后期處理工作。大數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存豐富的數(shù)據(jù)信息，而且數(shù)據(jù)類型多樣化，在各方面都有廣泛應(yīng)用。

2.3 智慧工地系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

智慧工地系統(tǒng)將施工方面的各項(xiàng)信息收集完善，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作。實(shí)現(xiàn)了管理層面同數(shù)據(jù)層面的有效結(jié)合。

會(huì)澤縣旨在通過智慧工地系統(tǒng)提高工地管理效率、確保工地施工在安全和環(huán)保方面達(dá)標(biāo)?；ヂ?lián)網(wǎng)與人工智能催生了智慧工地系統(tǒng)的產(chǎn)生發(fā)展，智慧工地系統(tǒng)將兩者的優(yōu)點(diǎn)很好地融合在一起，完成管理模式的創(chuàng)新。智慧工地系統(tǒng)能夠?yàn)閿?shù)據(jù)采集和分析工作帶來許多便利，并且完善了傳統(tǒng)工地模式下管理的弊端，與實(shí)際工程現(xiàn)場的情況進(jìn)行結(jié)合，實(shí)行信息化管理，創(chuàng)造現(xiàn)代化的新型工地管理模式。

3 智慧工地系統(tǒng)在建筑工程管理的應(yīng)用

3.1 管理施工人員

對施工人員的管理涉及施工人員人身安全與工程的整體進(jìn)度，以下詳細(xì)介紹智慧工地系統(tǒng)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在建筑工程管理方面的應(yīng)用。

3.1.1 依托大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)名管理系統(tǒng)

首先保證每一位進(jìn)場施工人員的實(shí)名認(rèn)證，嚴(yán)格進(jìn)行實(shí)名制的管理。對缺乏實(shí)名認(rèn)證意識(shí)的施工人員進(jìn)行道德教化，詳細(xì)地為其講解實(shí)名認(rèn)證的好處。要求每一位施工人員都進(jìn)行實(shí)名登記，將自己的工齡、等級、以及學(xué)歷等相關(guān)信息一一上報(bào)。最重要的舉措就是采集人臉信息，施工人員通過面部識(shí)別進(jìn)入施工現(xiàn)場。收集完信息之后，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將所有的人員相關(guān)信息保存在數(shù)據(jù)庫中，以便后期隨時(shí)調(diào)用。通過SQL 系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫之后[3]，為每一位施工人員準(zhǔn)備工作卡，工作卡用于餐飲消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場一卡通。而一卡通的數(shù)據(jù)終端接入智能系統(tǒng)的監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄人員出入信息，以及每一位施工人員的行動(dòng)路線，并記錄其所處位置。這樣也可以確保突發(fā)情況時(shí)迅速調(diào)動(dòng)人員。工地管理系統(tǒng)同時(shí)可以根據(jù)自己的情況及時(shí)有效地分配到最合適的崗位，在一定程度上提高了施工質(zhì)量。智慧工地系統(tǒng)根據(jù)人員施工能力、經(jīng)驗(yàn)的甄別分配以合適的工作，真正做到人盡其用。

該防空洞項(xiàng)目建設(shè)要求設(shè)計(jì)嚴(yán)格封閉，禁止外來人員闖入，這可以使用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立實(shí)名管理系統(tǒng)，確保對該項(xiàng)目施工人員的實(shí)名管理。為了確保施工管理的封閉性，智慧工地管理系統(tǒng)設(shè)置禁止外來無關(guān)人員闖入的系統(tǒng)，保證嚴(yán)格的封閉性，將施工影響降到最小。

3.1.2 VR 技術(shù)應(yīng)用于人員培訓(xùn)

依托智慧工地系統(tǒng)對全體施工人員進(jìn)行現(xiàn)代化的培訓(xùn)工作。傳統(tǒng)的崗前培訓(xùn)方式主要采用口頭傳授然后進(jìn)行面試的形式，以至于很多專業(yè)知識(shí)僅僅停留在理論部分，為今后的事故埋下安全隱患。智慧工地管理系統(tǒng)依托先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，首先可以搜尋相關(guān)專業(yè)視頻供大家觀看，觀看過后，使用VR 技術(shù)令施工人員得到各種安全事故的沉浸式體驗(yàn)。通過對各種事故的模擬可以迫使施工人員規(guī)范自身行為，提高安全意識(shí)。

在地下防空洞的建設(shè)過程中，有許多基層工作人員，安全意識(shí)不高。采用VR 技術(shù)使其體驗(yàn)在地下建設(shè)中發(fā)生的各類安全事故，使其規(guī)范自身行為，提高安全意識(shí)。

3.1.3 自帶定位系統(tǒng)的智能安全帽

安全帽是建筑施工過程中最基本也是最重要的一項(xiàng)保護(hù)工作。智慧安全帽不同于以往的安全帽，他集成了多項(xiàng)智能技術(shù)?？梢詫θ藛T的地理位置進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，確保施工的平穩(wěn)進(jìn)行，同時(shí)施工人員若未正確佩戴安全帽，或者產(chǎn)生了操作上的失誤，智能安全帽會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示降低了施工人員的施工風(fēng)險(xiǎn)。

在該地下防空洞建筑過程中，存在多種安全隱患，而且安全問題不易發(fā)現(xiàn)，施工人員佩戴智能安全帽可以保證其生命安全，而且有效避免操作失誤的發(fā)生。

3.2 監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)

建筑工程通常涵蓋范圍面廣，環(huán)節(jié)復(fù)雜，要人為地監(jiān)控所有環(huán)節(jié)并不現(xiàn)實(shí)，因此智慧工地系統(tǒng)采取廣泛使用智能監(jiān)控的方式，對建筑施工的每一環(huán)節(jié)都進(jìn)行監(jiān)控工作。

3.2.1 監(jiān)控污染情況

會(huì)澤縣建筑施工過程中的傳統(tǒng)型污染主要包括空氣污染、固體廢棄物污染、土壤污染等，其中空氣污染較為嚴(yán)重，表1 為云南省曲靖市會(huì)澤縣環(huán)境空氣質(zhì)量結(jié)果，針對性地指出云南省曲靖市會(huì)澤縣存在大氣污染的情況。

表1 云南省曲靖市會(huì)澤縣環(huán)境空氣質(zhì)量結(jié)果

會(huì)澤縣的污染源大部分由建筑工程產(chǎn)生，以下從兩種污染類型入手，介紹智慧工地系統(tǒng)在污染監(jiān)測與管控方面起到的作用。

（1）傳統(tǒng)型污染。近年來，我國環(huán)境保護(hù)力度不斷加大，而對于建筑工地的環(huán)境要求更是重中之重。施工現(xiàn)場難免會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵、廢水等，對空氣和水資源都會(huì)造成不可忽視的影響，而且會(huì)嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。在會(huì)澤縣數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園的防空洞規(guī)劃設(shè)計(jì)中，明確指出了環(huán)保要求。使用智慧工地系統(tǒng)可以有效減少對環(huán)境的污染程度，達(dá)到節(jié)能減排的效果。在施工前，智慧管理系統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)收集原材料的基礎(chǔ)信息，利用內(nèi)部算法模擬施工現(xiàn)場，粗略估計(jì)出固體廢棄物、廢氣以及廢水等污染物的種類、化學(xué)成分以及質(zhì)量。如果不符合國家標(biāo)準(zhǔn)則會(huì)給出相應(yīng)解決方案供規(guī)劃人員參考。施工完成后，在污染物排放前，監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)對污染排放量進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)工作。一旦發(fā)現(xiàn)有污染超標(biāo)的情況，會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，直至將污染物進(jìn)行凈化處理，達(dá)到合法標(biāo)準(zhǔn)才進(jìn)行排放，有效降低污染物對環(huán)境的危害。

（2）噪聲污染。施工現(xiàn)場多大型設(shè)備（如塔吊），工作時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，人類將噪聲污染歸為一種污染類型，因其對人們的日常生活有一定的阻礙作用。以會(huì)澤縣為例，會(huì)澤縣建筑過程中產(chǎn)生的噪音問題對市民生活，學(xué)生學(xué)習(xí)都產(chǎn)生了一定影響。智慧工地系統(tǒng)首先在工地整體范圍內(nèi)設(shè)置了隔音墻，起到一定的阻隔作用。同時(shí)，在多個(gè)大型的噪音制造設(shè)備附近設(shè)置了分貝檢測系統(tǒng)，一旦超過規(guī)定分貝則會(huì)發(fā)出警告，管理人員會(huì)對大型設(shè)備進(jìn)行工作模式的調(diào)整。

3.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控施工情況

以會(huì)澤縣數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的防空地下室設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，審查意見詳細(xì)指出，對于施工構(gòu)件、排水管道、防護(hù)門以及通風(fēng)口等設(shè)施不得進(jìn)行預(yù)留設(shè)計(jì)，智慧工地系統(tǒng)對每個(gè)工作周期的施工情況進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)工作，并且以效果圖的形式直觀地展現(xiàn)出建筑工程的施工情況。還可以對施工方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，這樣不僅符合施工要求，而且可以有效避免二次施工。

3.2.3 監(jiān)控外部環(huán)境

在地下防空洞的施工過程中，地下環(huán)境多變，智慧工地系統(tǒng)可以通過多種傳感器對工程周圍環(huán)境進(jìn)行各種環(huán)境參數(shù)的采集，包括溫濕度，壓強(qiáng)，以及天氣狀況。如果外界環(huán)境不適合施工，會(huì)向管理人員報(bào)告，管理人員選擇施工進(jìn)行與否。防患于未然，可以避免因自然原因發(fā)生的設(shè)備損壞以及事故發(fā)生。

3.3 管理設(shè)備運(yùn)行

3.3.1 管理施工設(shè)備

施工設(shè)備多為大型機(jī)械設(shè)備，長時(shí)間工作會(huì)出現(xiàn)高磨損，運(yùn)行不靈敏的情況。這不僅影響了工地的施工效率，還有概率造成人員傷亡。對施工設(shè)備進(jìn)行智能的管理有利于減少這些問題。

以塔吊為例，介紹對機(jī)械設(shè)備的智能化管理。

塔吊是工地施工的常見機(jī)械設(shè)備，而塔吊問題也是長久以來難以解決的問題。要有效防止塔吊事故的發(fā)生，智慧管理系統(tǒng)對塔吊進(jìn)行全面的、細(xì)致的監(jiān)控工作。首先在塔吊的典型部位安裝各種傳感器，例如力矩傳感器實(shí)時(shí)地監(jiān)測某部位所受力矩，高度傳感器負(fù)責(zé)感知所處高度，等等。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[4]將各類數(shù)據(jù)傳輸入管理計(jì)算機(jī)，管理人員可以獲得塔吊工作的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)數(shù)據(jù)嚴(yán)重超出正常范圍，（如塔吊超高負(fù)荷工作），會(huì)觸發(fā)安全警報(bào)系統(tǒng)，管理人員通過此系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)塔吊問題所在，并進(jìn)行及時(shí)地修正工作。此外，該系統(tǒng)對于人員使用塔吊的行為也有一定規(guī)范作用，減少了不正確行為的產(chǎn)生。

3.3.2 管理環(huán)保設(shè)備

在施工環(huán)境中安裝傳感器對揚(yáng)塵以及噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，處理器設(shè)置規(guī)定的范圍，對于揚(yáng)塵較多的情況，會(huì)觸發(fā)揚(yáng)塵報(bào)警裝置。報(bào)警裝置與降塵設(shè)備相連，降塵設(shè)備收到命令后，進(jìn)行降塵處理，直至揚(yáng)塵達(dá)到可控范圍。處理噪聲污染的方式類似，由聲音傳感器實(shí)時(shí)檢測噪音大小，超過一定分貝則會(huì)引起警報(bào)，帶動(dòng)降噪設(shè)備的工作。

4 結(jié)語

本文介紹了智慧工地系統(tǒng)的基本概念與關(guān)鍵技術(shù)，闡述了智慧工地系統(tǒng)在工程管理時(shí)的目標(biāo)。重點(diǎn)分析了智慧工地系統(tǒng)在建筑工程管理中的3 大應(yīng)用。在現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)工地結(jié)合而成的智慧工地系統(tǒng)中，重大機(jī)械設(shè)備的安全系數(shù)以及工作效率得到有效提升。智慧工地系統(tǒng)緊緊圍繞人文主義和可持續(xù)發(fā)展理念，將環(huán)境保護(hù)和安全保證放在首位，具有極大發(fā)展?jié)撃?。?huì)澤縣在智慧工地系統(tǒng)的使用中仍存在不足，待后期技術(shù)完善后可加以改正。