地鐵智慧工地構建研究及應用分析

林梅

（青島市市政公用工程質量安全監督站）

1 智慧工地的內涵

1.1 智慧工地的概念

智慧工地是以施工過程的現場管理為出發點，借助云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能、建筑信息模型等各類信息技術，與建造技術融合，集成項目全生命周期信息，實現建造過程各利益相關方互聯協同、信息共享、安全監測及智能決策的新型信息管理方式。

智慧工地建設的重要意義集中體現在推進工程標準化發展、智能化決策以及施工現場工作效率的提高三個方面[1]。

1.2 智慧工地的范疇

“智慧工地”是基于建設工程項目管理、信息管理和計算機三個學科交叉整合的理念。

建設工程項目是指依法立項的新建、擴建、改建工程。包括策劃、勘察、設計、采購、施工、試運行、竣工驗收和考核評價等階段。

建設工程項目信息管理是通過有效的項目信息傳輸的組織和控制為項目建設提供增值服務。

計算機軟件系統設計，典型的多層分布式系統可劃分為3個層次。第一層為表現層，用于提供用戶界面，一般可通過Web界面或移動客戶端實現。第二層為業務層，包含復雜的業務處理規則和流程約束，在中間層服務器實現，為實現智能感知、數據采集，需要利用物聯網技術。第三層為數據層，用于數據的集成存儲。

2 智慧工地的構建研究

2.1 智慧工地系統的架構層次

智慧工地系統適用的項目需求不同，架構層次劃分不同。建筑業典型的比較完整的智慧工地應用架構模式分為5層。智能采集層：對RFID、攝像頭、傳感器等施工現場設置的裝置進行數據采集。通信層：由通信網絡組成。數據層：存儲項目中的實時和歷史數據的數據庫系統。應用層：包含人員、成本、進度、安全、質量、環保、物料、設備等系列專業管理系統。用戶層：將應用分析結果傳遞到用戶界面，包括項目端、企業端、行業監管端。

2.2 智慧工地關鍵技術分析

2.2.1 BIM技術

通過建立虛擬的建筑工程三維可視化模型，并為這個模型提供與實際一致的信息庫，可幫助實現建筑項目全生命周期信息的集成，項目相關設計、施工、設施運營及業主單位等各方人員進行協同工作，借以提高工作效率、節省資源，實現建筑信息化與智能化[2]。

2.2.2 物聯網技術

智慧工地物聯網技術通過各類傳感器、無線射頻識別（RFID）、視頻與圖像識別、位置定位系統等信息傳感設備，按約定的協議，將施工相關物品與網絡相連接，進行信息實時收集、交換和通信。

2.2.3 信息傳輸與處理技術

1）移動互聯網技術

是移動通信技術、終端技術和互聯網融合的技術，移動互聯網可以移動，隨時隨地隨身訪問互聯網。

2）大數據技術

可以確保數據公共資源的合理分配，能夠將各部門的結構性數據在同一平臺進行整合利用，使各自之間的利益關系得到具體明確的體現[3]。

3）云計算服務

計算由多臺服務器分布式計算協同完成，是互聯網技術支持的一項新技術，多人共享計算資源池（資源包括網絡、服務器、存儲、應用軟件等），給更多用戶提供動態和可擴展的各種服務。

2.2.4 智能分析相關技術

1）機器學習

機器學習算法可對視頻信號進行處理，實現安全設置狀態識別、危險行為識別、現場危險事件預測等。

2）決策理論

不同的理論方法，如競爭型決策分析、風險型決策分析等貫穿于整個建筑施工過程。

3）計算機模擬

建筑工程領域，可利用施工過程模擬，比較不同的施工組織安排，為合理的施工組織設計和工程進度的管理與控制提供支撐。

4）虛擬現實與增強現實技術

虛擬現實（VR）是能夠讓用戶創建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術。增強現實（AR）是能夠把真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成，并進行一定互動的技術。

VR技術可在實時收集施工現場信息的虛擬建筑模型中進行用戶沉浸。AR技術可以利用實時更新的數據，對難以實時獲取的施工現場信息進行實時補充。

3 智慧工地的樣板建設

3.1 BIM技術應用+智慧建造

3.1.1 工程概況

青島地鐵1號線為南北走向線路，全線共設地下車站41座，線路起至黃島區峨眉山路站終至城陽區東郭莊站，形成了貫通青島市南北的快速軌道交通走廊。

3.1.2 應用實踐

本項目機電設備安裝工程“智慧建造”，依托于地鐵1號線工程汽車北站、流亭機場站、廟頭站、文陽路站四車站及區間，將BIM技術應用于施工全生命周期，主要應用到的BIM措施有三臨布置、方案模擬、可視化技術交底 、工廠化預制、機房設備管線排布優化、模擬設備運輸通道、BIM平臺應用等。

1）安全管理

①BIM+VR安全教育：讓施工人員感同身受，將高空墜物、機械傷害、觸電、火災等場景通過VR的形式體現出來，讓施工人員更直觀、印象更深刻。

②三臨”規劃設置：通過場景漫游，提前發現安全隱患或者事故易發點，在施工之前有效減少不安全因素。

2）質量管理

①可視化交底：BIM可視化交底采用動畫形式，提高交底質量。

②樣板方案模擬：工藝樣板墻BIM模型，直觀展現風、水、電及砌筑裝修專業施工工藝標準（見圖1）。

③管線調整排布

地鐵車站各專業管線多，排布復雜，利用BIM模型綜合調整排布，既滿足了空間要求，又整齊美觀，還可以在滿足設計要求的基礎上最大程度節省材料。

3.2 智慧工地集成平臺

3.2.1 工程概況

青島地鐵6號線一期工程，全線共設地下車站21座，起點為辛屯路站，終點為生態園站，貫穿西海岸新區中心城區。

3.2.2 應用實踐

青島地鐵6號線的規劃以“打造地鐵示范性工程”為目標，按照“安全、創新、綠色、智慧”的建設理念，融合互聯網、物聯網、BIM技術、人工智能、大數據、云計算等新技術，努力打造成為一條智慧地鐵線，創新引領行業發展。

1）BIM技術應用

在可研階段，地鐵6號線將城市線路規劃與周邊環境資料導入BIM信息化管理平臺，形成BIM選線設計模型，實現選線及方案比選。

在設計、施工階段，利用BIM技術深化設計方案，論證工程項目的可行性和合理性。推進采用裝配式施工技術，BIM技術對裝配式縮短工期、節約投資的效應立竿見影。

2）系統功能

①人員管理

?人臉識別系統：實現人臉抓拍、對比識別、實名制門禁、人臉數據庫管理和檢索。

圖1 工藝樣板墻BIM模型效果圖與成品對比

?人員履約管理

?在線教育培訓管理

?勞務人員職業健康體檢，與“人臉識別系統”相關聯，實現人員身份識別、履約管理、入場教育、健康體檢情況在線查詢。

②現場管理

?風險管理：與BIM+GIS中的三維地質模型相互關聯，實時查看現場工程施工進度，實現臨近時做提醒、延誤時做提醒、前方地質突變與異常等節點預警，實現風險動態管理。

?質量安全管理：能夠對施工現場存在的質量安全隱患問題進行展示和預警提示。對整改完成情況進行催辦、督辦直至整改閉合。

?視頻監控：對監控區域實時遠程監控，對違規動作（安全帶掛鉤不規范、翻越圍欄、車行道進人等行為）進行自動抓拍并推送至相關責任人，實現快速處理。

?人機定位調配系統：通過視頻監控、人機定位等設備終端，實時查看現場施工人員、運輸機具的在崗、離崗時間、實時位置。對工程項目的人、機、料、法、環以及關鍵部位等信息進行直觀、動態、綜合的智能分析。

?大型設備安全管理：通過將大型設備的監控系統接入平臺，實現吊裝區域安全防護、防碰撞、超載、防偏斜等的預警、報警、銷警，自動監測參數的統計、分析。

?出渣車管理：集成現場車輛門禁與視頻監控，通過圖像識別分析，對未備案車輛以及未沖洗車輛，自動進行報警提示。

?環境監測：與“環境監測系統”相關聯，對施工現場的溫度、濕度、PM2.5、風力、風向、噪音等環境信息進行實時監測，進行預警推送。

③VR安全教育培訓系統

智慧工地運用最先進的虛擬現實手段，開設安全體驗館，通過佩戴全套VR設備，讓工人掌握安全操作規程和緊急應對措施。

4 結語

智慧工地是信息化、智能化理念在工程領域的具體應用，能夠促進建筑業企業提高核心競爭力，推動建筑業轉變發展方式，建設發展智慧工地意義重大，是智慧城市的重要組成部分。