淺談“智慧工地”的應用

洪長河

（廈門市翔安區建設工程質量安全監督站，福建 廈門 361102）

0 引言

建筑產業現代化、綠色建造、工程總承包模式的推進給建筑行業帶來了新的機遇和挑戰，物聯網、云計算和大數據等技術的不斷創新，在迅速改變著建筑行業?！爸腔酃さ亍笔窃诂F有硬件設備上增加監測、數據采集等設備，結合項目已有的信息管理系統，通過互聯網技術將數據信息傳送至云端，由云端進行邏輯關系組織和分類，經統計分析后匯總出項目需要的管理數據，并將數據推送到項目管理平臺、手機APP終端，實現智慧管控。面對新形勢，如何利用信息技術做好“智慧工地”建設，將成為建筑施工領域新的時代主題。

1 概述

“智慧工地”是指綜合運用物聯網、云計算和大數據等新技術，圍繞人、材、機、環境等關鍵要素，建立智能采集信息、科學分析數據、高效協同管理、智慧預測過程的施工現場一體化信息管理模型，形成從一線操作到遠程監管的數據鏈條，有效降低施工現場管理成本，逐步實現“智慧建造”［1］。“智慧工地”是“智慧城市”和“互聯網+”理念在建設工程領域的具體體現，是“互聯網+”與傳統建筑行業完美結合的全新施工現場一體化管理模式。

2 “智慧工地”建設的意義

“智慧工地”建設對施工行業意義深遠，主要體現在以下幾個方面：

1）運用三維設計及信息化管理平臺，精確設計和模擬施工過程，建立智能采集數據、科學分析數據、高效協同管理、智慧預測過程的施工現場一體化信息管理模型，實現施工全過程可視化管控［2］。

2）借助云平臺、大數據和人工智能等手段，對采集的數據進行深入的挖掘和分析，從而為項目管理、決策提供數據支持，優化人、材、機等資源的投入，起到降本增效的作用。

3 “智慧工地”的應用示例

3.1 勞務管理

勞務管理是“智慧工地”的重要組成部分。施工場地采用封閉式圍擋進行管理，施工主出入口配備虹膜門禁系統等設備，實時監控作業人員進出施工現場，杜絕外來人員進出施工現場［3］。

勞務實名制管理通過虹膜門禁系統等勞務管理系統實現。根據勞務人員的身份信息，對勞務人員性別比例、工種結構、年齡段等數據進行綜合分析，合理優化勞務隊伍結構，掌握各分包隊伍人員分布情況。

勞務管理系統通過采集、分析一定期間的數據，準確提供該期間內的勞動力數量分布曲線，根據曲線對比、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，優化勞動力投入的時間點，避免階段性“窩工”出現。

采用勞務實名制管理，勞務人員通過虹膜系統進出施工現場，勞務管理系統實時記錄勞務人員出勤情況，提供勞務人員工資結算的考勤依據。施工單位能夠與勞務派遣單位及時核實勞務人員考勤，避免出現勞資糾紛。

3.2 遠程視頻監控系統

“智慧工地”中的遠程視頻監控有別于傳統的遠程視頻監控，不僅是在施工現場安裝若干攝像機實現本地監控，而且還是基于“互聯網+”對工程施工現場安全、質量、進度等進行全面的遠程監管。利用電腦終端、手機 APP 終端，建設單位、監理單位、施工單位、建設行政主管部門足不出戶，便能及時、準確掌握施工現場情況，提高工作效率，節約人力、物力、財力的投入。通過多方同時監管，提高施工現場人員安全生產意識，規范安全施工行為，做到施工透明化。同時，開展遠程監管綜合檢查，建設單位、監理單位、施工單位、建設行政主管部門能夠及時發現施工過程中的安全隱患、質量問題，采取切實、有效的整改措施，有效遏制安全、質量事故發生。

3.3 VR 技術與安全教育結合

傳統的安全生產教育局限于書面形式、課堂形式、現場形式的教育方式，培訓環境受限、內容枯燥、游于形式，培訓效果差。利用 VR 技術進行施工現場安全生產實景模擬體驗，把以往枯燥、乏味的“說教式”安全教育轉變為生動、形象的“體驗式”安全教育。VR 技術能夠實現基礎、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、觸電、物體打擊、高空墜落等安全事故，管理人員、作業人員親身感受違章、違規作業帶來的危害，提高安全教育培訓效果，強化安全生產意識，規范安全生產行為，降低安全事故發生的概率。

3.4 BIM 技術

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

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

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

3）節點分析：通過解讀設計圖紙中的復雜節點，利用 BIM 技術建模對復雜節點進行分析。例如復雜的梁柱節點（梁、柱鋼筋位置避讓關系等），通過建立模型找出梁柱節點鋼筋碰撞點，優化鋼筋位置。

4）機電設備管線碰撞檢查：孔洞未預留及機電設備管線安裝時發生碰撞現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構二次開鑿洞口或機電管線交叉安裝，可能造成混凝土結構不同程度的損害或者室內實際使用空間減少［4］。利用 BIM 技術對建筑物進行建模，對結構、建筑、機電、設備各專業模型進行合模，直觀把預留洞口及位置在三維模型中顯示出來，分析出管線“打架點”，及時聯系設計單位對圖紙進行修改、調整，在工程前期解決了管線打架問題。

3.5 物資集采與驗收管理平臺

利用“智慧工地”物資集采與驗收管理平臺，對進場大宗物資、機電設備、鋼結構等主要材料進行動態跟蹤、管理。在主要材料管理方面，對材料的進場情況進行實時監控，通過 RFID、二維碼等電子標簽，隨時了解主要材料的進場情況，如材料當前位置、廠家備貨情況、材料運輸時間等，材料員根據工程的實際進展管控材料的進場。

傳統的材料采購與驗收流程為：生產部門提出計劃→材料部門采購→材料進場驗收→材料入庫→結算付款，但這一模式在實際實施中經常出現材料不能按時到場、到場數量不足等問題，嚴重影響施工生產進度。在“智慧工地”的建設中，針對上述問題，結合實際物資管理工作，利用物聯網、大數據技術，實現對主要材料從招標、采購、送貨、驗收到結算的全過程閉環管理。施工單位利用電腦終端、手機 APP 終端，隨時掌握物資配送進度；物資到場后，通過地磅和稱重模塊實現精確計量，杜絕材料供應商短斤少兩行為；進場驗收完成后，采用移動驗收的方式省去磅單打印、多方對賬的繁瑣流程，驗收結果實時傳輸至服務器存儲，方便企業和供應商查詢核對。

3.6 環境控制系統

揚塵、噪聲監測系統依托自動化監測設備，對施工現場區域的空氣質量及噪聲進行實時監測，其中室外環境監測設備可對噪聲、顆粒物濃度（PM 2.5、PM 10）、風向、風速、濕度、溫度、大氣壓等多項環境參數進行全天候精確測量，并在 LED 屏幕上實時顯示，其中監測的數據包括揚塵濃度、噪音指數以及視頻畫面。揚塵監控系統工作時，自動采集超標數據，通過網絡將采集的數據傳輸至云端，隨時掌控環境參數變化，第一時間告知相關部門及責任人，具備報警、外接噴霧降塵設備的聯動功能。

標養室溫、濕度控制環境在線監控、預警系統通過在標準養護室內部放置溫度傳感器、濕度傳感器、防水攝像頭，將真實環境情況進行全天候監控，無需管理人員定時抄報環境數據的工作，實現環境情況網絡化、記錄數據無紙化。環境條件設置預警機制，環境參數超標立即報警，實現多層級的聯動管理。利用防水攝像頭可將真實的環境情況進行存儲，防止環境溫、濕度失控，形成管理行為記錄。

3.7 特種設備監控系統

智能塔吊可視系統基于智能硬件采集+云端數據分析+多終端可視化打造，由安裝于塔吊吊臂、塔身及傳動結構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程服務器部署的可視系統組成。智能塔吊可視系統具有三維立體防碰撞、超載預警、超限預警、大臂絞盤防跳槽監控、塔吊監管、全程可視化、遠程監控等功能。通過塔吊監控平臺結合塔吊司機的考勤系統，管理人員能夠清楚看到現場塔吊的運行情況以及危險報警統計分析。

施工升降機安全管理是建筑安全管理中的又一難點。升降機作為一種常用的垂直起吊設備廣泛應用于后期的內部裝修期間。施工升降機生產作業普遍存在管理不到位、人員違章操作、超載作業、安全限位裝置失效等現象，非專業人員操作極易造成安全事故，嚴重危及人民群眾的生命財產安全。施工升降機人臉識別控制器通過人臉識別授權、啟動繼電器、交流接觸器通、斷啟動電流的工作原理，通過 4G 物聯網卡傳送數據到平臺，進行開啟/斷開電梯操作，確保專人專機作業。

3.8 工程質量檢查

通用工程質量檢查 APP 能夠方便管理者對施工生產中的質量問題進行檢查和督促整改，利用手機拍下問題照片后，在 APP 中標注問題位置，點選檢查項、整改期限等內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，有權限的檢查人或者監理可根據問題反饋進行復查，合格后對問題進行銷項。

工程質量檢查 APP 與傳統的線下紙質工程管理相比，具有“線上閉環”的優勢，實現從發現問題、指派任務、整改反饋到銷項的“閉環管理”，充分體現工程質量檢查 APP“隨時隨地”的優勢，提高了現場檢查和整改的效率。

4 結語

“智慧工地”為建筑工地智能化提供了智能采集信息、科學分析數據、高效協同管理、智慧預測過程的施工現場一體化信息管理模型。隨著社會和科技的發展，“智慧工地”必將成為建筑施工行業發展的方向。