智慧工地信息技術應用研究

周偉，祁小強，鐘鵬，岑翠，楊啟文

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

當前，我國經濟發展進入新常態，各行各業的發展都從強調速度逐漸轉化為強調質量。建筑施工的高質量發展要走精細化、集約高效、智慧發展、綠色低碳的可持續道路。智慧工地在建筑業產業現代化的基礎上，通過科技創新，運用智慧運維手段，數字賦能建筑業，助力建筑業的轉型升級。

2 智慧工地

2.1 概念

智慧工地是指運用信息化手段，通過三維設計平臺對建筑工程項目進行精確設計和施工模擬，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，以提高工程管理信息化水平，從而逐步實現綠色建造和生態建造[1]。

智慧工地將AI（人工智能）、傳感技術、VR（虛擬現實）等技術植入到建筑、機械、人員穿戴設施、場地進出關口等各類物體中，并且被廣泛互聯，形成“物聯網”，再與“互聯網”整合在一起，實現建筑項目工程管理中人與工程施工現場的整合。智慧工地的核心是以一種“更智慧”的方法來改進建筑項目工程各參與方相互協調、運作、管理的方式，以便提高交互的精準性、靈活性和響應速度。

2.2 發展情況

毛志兵教授按照建筑項目信息數據的累積情況，將智慧工地分為初級、中級、高級三個階段，每個階段對數據和信息技術的挖掘和使用程度不同，整個階段需要較長時期，是建筑施工工地管理從數字化到智能化，再到智慧化的歷程。當前，我國的智慧工地建設還處于初級階段，正在由數字化轉型到智能化，主要是圍繞建筑工程項目的全生命周期，建立信息化的軟、硬件，并引入高科技的技術，將這些技術做到和信息數據、管理方式的融合發展，而不是技術的堆疊，真正使科技創新、技術發展成為智慧工地建設的有效驅動力。

3 智慧工地信息技術應用研究

3.1 支撐技術

1）數據交換標準技術

在一個建筑工程項目中，項目的規劃、設計、施工、運維等各參與方需要進行相關數據的交換和共享，這些需要傳遞和共享的數據種類多樣并且龐雜，它們分布在項目的不同階段、不同時間和不同空間內，而且各參與方還使用了不同的計算機應用軟件，這些都給數據的共享和傳遞造成了困擾。那么，要實現對建筑工地的智慧化管理，首先就需要有統一的信息數據交換標準，具體包括：信息數據交換和共享的格式、需要交換和共享的信息內容、確定交換的信息數據和需要的是同一個。

2）BIM技術

BIM是智慧工地三維建模的技術支撐，它具有可視性、參數化設計、協同作業、模擬施工現場工作、告警等特性，可以完全應用在建筑工程項目信息管理中，包括把施工現場獲取的所有數據或者圖像等信息以三維模型的形式進行體現，并可以隨時更正、優化設計施工方案，便于方案比選和參數化設計、施工。與射頻識別技術（RFID）的結合，將信息數據導入管理系統，可以進行建筑物的資產管理[2]。

3）3S技術（遙感技術、地理信息系統和全球定位系統）

3S是空間技術、傳感器技術、衛星定位和導航技術與計算機技術、通訊技術相結合，多學科高度集成的、對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術，3S是智慧工地成果的展示平臺。虛擬現實技術（VR）是利用計算機生成模擬環境，通過傳感設備使用戶“沉浸”到環境中，實現用戶與環境直接進行交互的技術。

4）物聯網(IOT)

IOT是物物相連的互聯網。物聯網的核心和基礎是互聯網，在互聯網的基礎上延伸和擴展到物與物之間，并將它們進行信息的交換和通信。

5）云計算技術

云計算是網格計算、分布式計算、并行計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化和負載均衡等計算機技術與網絡技術發展融合的產物。它旨在通過網絡把多個成本相對較低的計算實體，整合成具有強大計算能力的完美系統，并把這些強大的計算能力分布到終端用戶手中。

3.2 應用技術

3.2.1 智能監控技術

在智慧工地建設中，智能監控技術主要包括：群塔作業協同監管應用技術、全景視頻實時監控技術、養護室溫濕度實時監控技術、人員管理在線監控技術。

1）群塔作業協同監管應用技術

具體表現在：在操作室加裝人臉識別裝置，非注冊人員無法啟動塔吊；在吊臂上安裝重量傳感器，并進行實時監測，預防超載；在操作室內加裝傳感器和信號回傳裝置，預防碰撞，將盲區可視化、實現異常報警等功能；在塔吊頂端安裝風速儀，超過規定風速閾值將自動報警。

2）施工電梯智能監控技術

具體表現在：安裝超載自動統計系統，實時記錄電梯內的人員數量和載重量；安裝電梯沖頂限位自動報警系統，當上升到限位點時自動停止運行；安裝駕駛員身份識別系統，避免無關人員的操作；安裝實時數據遠程監控，便于管理者及時了解電梯運行狀況[3]。

3）卸料平臺智能監控技術

在原有的卸料平臺上安裝傳感器、顯示器、報警器，當壓力超過限定閾值，系統會立即發生報警并推送相關管理人員，消除隱患。

3.2.2 智能監測技術

1）環境監測、降塵除霾聯動技術

主要包括監測系統、數據顯示傳輸系統、環境預警干預系統三部分，可以對工地的環境情況進行實時監測，并將數據傳回云平臺進行存儲分析。通過對采集到的數據進行分析后，按照預先設定的標準進行判斷，是否需要打開噴淋系統。

2）智能防火監測技術

利用能耗監測系統對工地中的用能狀態進行實時監測，監測到不合理的用能情況，進行告警的同時切斷供能系統。除此之外，還可以利用煙霧和溫度傳感器進行火災報警。

3.2.3 無線能耗監測及節能控制技術

該技術主要是將能耗的管理進行數據化分析，包括能耗總量走勢分析、歷史能耗分析、能耗排名分析、能耗指標分析、單位能耗指標分析、能耗同比對比分析等，通過對比分析，可以對風險進行預警以及故障分析報警。

3.2.4 智能降溫技術

這項技術主要應用于夏季施工工地的生活區，可以根據溫度、濕度傳感器采集到的數據進行噴灑降溫裝置的安裝，將經過凈化處理的雨水進行智能噴水，在降低溫度的同時，也達到了節能的效果。

3.2.5 精準定位技術

施工工地的管理者通過可穿戴設備，利用無線測距和無源被動檢測技術了解到施工現場工人的分布、所處位置、考勤情況等信息，既能做到安全管理，也能為薪酬發放提供依據。

3.3 管理技術

3.3.1 無線巡航技術

該技術通過設定無人機飛行航線，讓無人機在飛行時采集施工現場的視頻資料，將這些影像數據傳送到平臺進行分析，便于施工進度的控制和安全問題的排查。

3.3.2 智聯應用技術

智聯應用以IoT設備管理為核心，依照統一的接口標準，采集設備上的數據，并對其進行實時監控及管理。該系統將建筑工程項目施工過程中的數據進行了融合，實現了對施工生產、管理、服務的智慧化監管，形成智慧工地的智聯技術應用體系。

3.3.3 VR體驗技術

VR技術融合3D影像投影技術，將施工現場的各種場景進行沉浸式體驗，包括施工現場的高空墜物、滅火逃生等安全體驗場景，管理者利用VR體驗技術，讓工人體驗到安全施工的重要性，也便于進行三維技術的交付。

4 結語

科技推動發展，創新引領未來，智慧工地將建筑業的核心工作——工程項目管理與眾多高科技技術進行了有機融合，極大改變了傳統施工工地雜亂無章、耗能高、污染嚴重的現象。經過不斷的實踐和探索，我們發現集成化的數字、智能技術能夠提高建筑工程項目質量，提高建筑工地的科學化管理水平，節約建筑工程項目的成本，引領建筑業走向綠色可持續發展的健康道路。