智慧工地在綠色施工中的應用研究

向廣旭，周衛杰，錢海波，楊 偉，王 劍，周利陽（中國建筑第八工程局有限公司上海分公司， 上海 200135）

當前我國建筑業飛速發展，環境污染和資源浪費等問題也日益突出，尤其是民用建筑施工質量嚴重影響人們的生活環境和生活質量。因此綠色施工的推廣與應用顯得尤為重要[1]。以信息化、技術創新為先導，推進項目綠色施工的管理工作，實現建筑施工中的“四節一環保”的目標[2-3]，這一理念在當下的環境產業戰略升級的大潮中愈發普遍。為推進建筑施工的標準、規范化和信息化，智慧工地系統的概念[4]也就應運而生。智慧工地系統作為一種嶄新的項目一體化管理模式，是互聯網與傳統建筑行業的深度融合。通過充分利用移動互聯、物聯網、大數據等新一代信息技術，圍繞人、機、料、法、環等各方面關鍵因素，智慧工地系統徹底改變了傳統建筑施工現場參建各方現場管理的交互方式、工作方式和管理模式，為建設集團、施工企業、政府監管部門等提供工地現場管理信息化解決方案[5-6]。智慧工地作為一種新的信息化管理模式可以有效促進綠色施工的發展。

1 工程概況

某研發樓項目總建筑面積為 51 608.6 m2。該項目共有地下室 2 層，基坑挖深 11.2 m；地上 15 層，建筑高度為69.95 m。結構形式為鋼框架結構形式。

該項目位于上海市浦東新區陸家嘴金融區，地理位置重要，各類外部檢查頻繁，長期處于環保高壓態勢。同時，在綠色施工創獎方面，該項目需竭力爭取全國性的綠色施工示范工程的目標。

2 智慧工地

2.1 總體框架

為適應智慧建造的需求，某公司自研智慧工地系統。通過智能化技術手段，圍繞施工過程管理，建立互聯協同、智能生產、科學管理的施工項目信息化生態圈，并將此數據在虛擬現實環境下與物聯網采集到的工程信息進行數據挖掘分析。提供過程趨勢預測及專家預案，實現工程施工可視化智能管理，從而實現智慧建造、綠色建造和生態建造。

智慧工地平臺的管理架構分為 4 個方面：應用層、平臺層、網絡層和感知層。應用層指根據實際管理的維度，將業務分類納入不同的功能模塊進行管理。平臺層指監測的數據和物聯網數據等進行匯總、分析，形成可視化圖表。網絡層指運用網絡通信技術將相關的數據進行傳輸。感知層指運用多種傳感器實時回饋采集的數據以及及時抓取企業的數據庫信息等。智慧工地數據平臺管理架構如圖 1 所示。

圖 1 數據平臺管理架構圖

2.2 用電管理

在項目的生活區、辦公區和施工區安裝智能電表，通過實時監控端口的用電量，將數據反饋給智慧工地管理平臺。系統自動進行匯總和分析，形成可視化的圖表，如圖 2、圖3 所示。當采集的數據發生異常時，系統自動通過平臺對管理人員進行報警提醒，管理人員可迅速定位排查，解決用電量異常的問題，控制用電的浪費情況。當功率過大超過負荷時，系統將自動切斷以保護用電線路，達到節約用電的目的。

圖 2 辦公區用電

圖 3 施工區用電

2.3 用水管理

與用電管理方式一樣，在項目的生活區、辦公區和施工區安裝智能水表。通過實時監控端口的用水量，將數據反饋給智慧工地管理平臺。系統自動進行匯總和分析，形成可視化的圖表，如圖 4 所示。

圖 4 辦公區用水

智慧工地管理平臺可對項目當前階段的整體用水量進行分析，如圖 5 所示。方便現場的管理者評估當前施工階段綠色施工的指標完成情況。若有用水指標超標的情況，通過采集的數據了解水電能源消耗的癥結所在，控制項目的用水量。

圖 5 項目總用水量

當采集的數據發生異常時，系統自動通過平臺對管理人員進行報警提醒，管理人員可迅速定位排查，解決用水量異常的問題，控制用電的浪費情況。

2.4 材料管理

智慧工地管理平臺可進行物料無人化和精細化管理。智慧工地運用物聯網對進場物料跟蹤管理。結合電子標簽，對進場大宗物資、機電設備、鋼結構、PC 構件等進行物料跟蹤管理，對材料的計劃、點驗、使用等各環節進行信息記錄和實時共享。管理人員能夠根據材料實際需求量與計劃需求量進行分析核算，找出材料超量的原因，通過信息化的措施高效地管控材料，減少物資材料的浪費，如圖 6 所示。

圖 6 物料管理

2.5 環境管理

智慧工地管理平臺可實時監控揚塵、噪聲情況，如圖 7所示。一旦實時監測的揚塵或噪聲數據超標，監測系統終端發出警告。若揚塵超標，平臺會自動開啟噴淋設備，進行噴灑降塵，當揚塵數據回歸正常，警報解除，噴淋關閉。智慧工地管理平臺提高了環境保護的智能化水平。

圖 7 揚塵、噪聲管理

2.6 BIM 技術

（1）運用 BIM 技術提前進行場地布置。根據施工現場的實際條件，合理地進行分階段場地規劃，使得機械、加工區、材料堆放等設置合理，優化施工路線，提高場地利用率，達到節約用地和減少二次搬運作用。分階段場地布置圖如圖 8 所示。

圖 8 分階段場地布置

（2）利用 BIM 技術檢查管網三維模型“碰撞”部位，查找不符合設計規劃的部位，提高工作效率，避免出現返工的現象，減少資源浪費。BIM 管線碰撞檢測圖如圖 9 所示。

圖 9 BIM 管線碰撞檢測

（3）運用 BIM 技術對復雜節點進行深化設計，同時對部分節點進行優化，既縮短了施工工期又能降低構件加工出錯概率，減少返工現象。

利用 BIM 技術提高綠色施工的信息化水平，有效地減少建筑施工能耗。BIM 技術對綠色施工“四節一環保”的作用如表 1 所示。

表 1 BIM 技術在綠色施工中的應用

3 結 語

智慧工地基于項目施工開發了一整套信息化系統和設施，大幅提高了綠色施工的管理水平。通過運用物聯網、可視化技術、信息管理等技術，智慧工地管理平臺可對施工現場的水電資源、物資、噪聲和揚塵進行有效管控。根據實時監測結果和大數據的過程趨勢預測，實現工程綠色施工的智能化管理，節約資源，降低環境污染。此外，BIM 技術的應用為綠色施工提供了技術保障。其在場地布置、管線碰撞和深化設計階段都有著重要的作用，大幅提高了工作效率，并減少了返工的現象。