淺析智慧工地的研發與應用

李雨菲 洪景延

中國化學工程第九建設有限公司 遼寧盤錦 124000

隨著建筑業的快速發展，各地建筑工地的規模和數量不斷增加，管理難度隨之激增。而“互聯網+”的出現，對建筑工地的現場實時管理和精細化管理都有巨大的幫助。智慧工地是一種嶄新的工程全生命周期管理理念，通過運用信息化的技術手段和相關智能設備，集中收取、傳輸、分析、再生與利用項目基礎信息，采用人員勞務實名制、人員安全管理、施工進度監督、現場設備監控等功能，來提高企業管理效率和施工現場的處理決策能力，助力項目管理“耳聰目明”。

1 智慧工地的定義

所謂智慧工地，就是將工程領域與信息化高新技術有機結合的一種工程項目全過程的全新管理理念。主要是通過高新技術手段與信息化相結合，將一切已經發生的或即將發生的過程和問題直觀地展現到管理人員的面前。通過物聯網、智能移動端設備及相關通訊技術采集現場數據，進行深度挖掘與分析，提供施工過程預測和專項工程預案，實現工程施工的可視化、數字化及標準化的智能管理、遠程監控管理，從而提高施工管理的精細化水平，并逐步實現各個工序的有序銜接和工程精細化管理。

智慧工地既重全局，更見于細節。其將更多的信息技術、傳感技術、人工智能、虛擬與現實技術，并與人員穿戴、機械設備相結合，將這些技術有機融合，再進行數據的傳輸、積累和分析，形成智慧工地上的信息網。通過信息網，管理人員可清晰地看到工地各個角落勞務人員的出勤、位置、設備材料使用消耗等情況，再將這些數據加以處理來改進工程各系統組織、崗位及人員的交互方式，進而提高準確性、效率、靈活性和響應速度。并通過通訊技術將有效數據傳送到公司總部，使總部主管部門及相關領導在辦公室就可以對全國各地的工程項目情況，有極為直觀細致的了解。

2 智慧工地的前景

建筑行業是我國支撐經濟持續增長的主要產業之一，近年來產值不斷上升，但是增長速度卻逐年下滑。隨著信息技術的不斷發展，人工智能設備、信息傳輸、大數據分析被應用到施工現場，尤其智慧工地管理平臺將信息化與傳統建筑行業相結合后取得了良好效果。智慧工地依靠信息化搭建的管理平臺，運用移動終端、無線數據傳輸、監控攝像設備、衛星實時定位，達成24h 不間斷監控，最終實現質量、安全、成本管控、進度等大數據化，從而提高施工現場的管理能力，同時也意味著項目精細化管理工作進入了大數據的信息化時代。數據顯示，2017 年我國工地信息化市場規模為79.1 億元，2018 年達到99.1 億元，同比增長24%。

當前，我國建筑行業自動化不夠、管理人員較少、勞務人員較多，監管困難，工地的人力、材料、機械設備都存在著嚴重的浪費，資源得不到有效利用。美國建筑行業研究院的報告指出，工程建筑行業的浪費和無效工作高達57%，而制造業僅為26%，因此建筑行業亟待提高效率、杜絕浪費。開展“智慧工地”建設是實現建筑業精細化管理的最有效措施，也就是說，“智慧工地”是可以大幅度提高工作效率，解決企業信息化管理最后一公里的問題。相比于傳統信息系統需要錄入大量數據而言，智慧工地的數據采集、分析和匯總更加高效準確，其最終以保證人員安全、降低施工成本、按時完成工程、保證質量、保護環境為目的。

3 智慧工地的作用與管理

建筑行業勞務人員較密集，較多的施工活動主要依靠人工完成，工程規模大且施工人員眾多的時候，管理難度也相應提升。與其他行業相比，建筑業在很多方面存在明顯不足，尤其是在科學技術應用方面，例如智能化、信息化、精細化、高效化等信息技術的應用。由于經濟全球化的快速成長，建筑業作為重要經濟支柱之一，應當激流勇進、銳意創新，急需進行產業結構升級和建造模式變革，來進一步加強管理效率和降本增效。

以中國化學工程第九建設有限公司為例，在部署實施勞務實名制管理系統之前，對于勞務人員的管理較為粗放，主要是通過項目人事部門自行統計，實時性和準確率大打折扣，工時計算也難以保障，給項目綜合管理及企業品牌形象建設帶來了很大挑戰。后來，通過部署實施勞務實名制管理系統，規范管理勞務用工，保證勞務用工實名制，從而實現了約束勞務用工、提升勞務用工質量。同時，又推動對項目勞務用工統計的標準規范。經過一年多的勞務實名制管理系統部署實施，考勤打卡率大幅度提升，在勞務用工管理上取得了較好的成果。

4 智慧工地研發

4.1 研發準備

智慧工地研發需要把腳步落下來，前期要到各個項目上進行廣泛走訪調研，了解應用需求和管理難點、痛點和重點，對標先進企業并進行廣泛交流，了解其智慧工地的情況。掌握大量數據事實后，再結合公司實際，進行扎實的研發準備工作。

智慧工地相關系統的賬號管理應該按照層級進行科學分配，不能無限制開放，其主要的獲取方式：先在平臺申請需要對接的項目，審核通過后采用MD 加密算法發送相關賬號密碼；對項目需求進行整理，調用集團側平臺的API 接口，獲取授權Access Token，做好上傳數據的準備工作。

4.2 研發目標

以勞務實名制系統為例，研發目標就是能夠成功獲取集團公司勞務實名制的授權Access Token，并將勞務實名制系統里面的實時數據通過API 接口成功推送到集團公司數據中心，最大程度地將所有集團公司要求的有效數據進行及時主動推送。同時，智慧工地平臺要更方便地進行現場管理人員數據采集，避免無效的數據采集，并針對現場情況進行擴展工地監控、安全帽提示、電子圍欄等項目。另外，對本地端的人臉識別設備進行優化，做到更快、更精準的識別目標。

4.3 研發過程

（1）人員數據錄入、人臉信息采集：此過程中要求項目管理人員對項目上的勞務人員進行入場培訓，并收集人員信息，包含身份證信息、工作時長、是否有重大疾病及應急聯系人等。一方面是為了滿足集團公司的數據需求，另一方面是確保勞務人員為實名制上崗，且身體狀況能完成施工任務。人員錄入信息后，可通過公司配備的攝像頭進行人臉信息采集，采集時要求人臉光線均勻沒有陰影，背景盡量為純色、無雜物。

（2）人員數據通過網絡數據傳輸至人臉識別機：數據通過CPE 及物聯網卡進行數據傳輸，項目管理人員將人員數據收集以后進行權限下發；人員的信息通過無線傳輸進入人臉識別機，更改任何與人員有關的數據后都要進行權限下發，更新設備中的人員數據。

（3）勞務人員通過人臉識別機進行打卡：人臉識別機通過人員雙目識別進行判斷，可在勞務人員佩戴口罩及安全帽的情況下進行識別。若施工人員未戴安全帽，設備還會進行提示。在背光、陰天、夜晚的情況下，設備可通過自身的補光功能進行補光，所以即使在沒有光源的情況下仍然可以打卡。

（4）數據上傳至公司服務器：項目數據實時上傳至公司服務器中，確保不會因意外情況造成數據丟失。當沒有網絡的情況下，仍然可以通過設備中存儲的人員信息記錄進行考勤，恢復網絡以后設備會通過斷點續傳將考勤數據傳輸至公司服務器內。

（5）數據分析對比：根據采集上來的數據，公司平臺會生成考勤明細表、出勤統計表、出勤人數統計表和出勤人數占比表。項目管理人員據此對施工進度進行研判，確定是否需要調整。

（6）將集團所需數據傳至集團數據中心：公司平臺與集團數據中心對接后，按照集團要求調整數據定時進行上傳。

實名制數據采集流程示意圖見圖1。

圖1 實名制數據采集流程示意圖

4.4 MD5 加密算法在研發中的應用

MD5 算法是一種被廣泛使用的密碼散列函數，可以產生出一個128 位（16 字節）的散列值，用于確保信息傳輸的完整一致。可以實現數據簽名、數據完整性校驗等功能，由于其不可逆性，有時會用做敏感信息的加密。MD5算法具有以下特性：

（1）不可逆性：MD5 加密算法是一種比較常用的單向加密算法，無法通過常規方式從MD5 值倒推出它的原文；

（2）壓縮性：無論輸入的消息有多長，都會將輸出轉化為128 位（16 字節）的散列值；

（3）抗修改性：對原文稍作改動，MD5 值就會有巨大的變動，不能因為兩個MD5 值相似就認為輸入的消息相似；

（4）抗碰撞性：很少會有兩個不同的數據具有相同的MD5 值，不同的輸入會產生不同的輸出。

5 智慧工地的應用

5.1 勞務實名制

勞務實名制作為工地管理中極為重要的一個板塊，通過大數據分析可推算出每天的工作量與投入產出，同時可有效地規避和減少用工風險，解決勞務糾紛，避免惡性事件發生，進而提升勞務用工質量。

勞務實名制考勤采用人臉錄入設備，將數據信息通過web 端下發到人臉識別設備上；人臉識別設備在考勤過后，通過物聯網設備將考勤數據回傳到系統中進行數據分析。勞務人員可以在戴著安全帽和口罩的情況下通過雙目快速識別，考勤設備識別時間低于0.2s，識別率達到99%以上，極大地減少了勞務人員等待時間、疫情感染的概率，加快打卡速率。同時，人員未佩戴安全帽時會給予糾正，做到有效的進場安全提示。

項目的考勤數據可以成功地傳至公司的服務器中，準確推送至集團公司。并在數據更新或修改時，及時進行新數據的增量推送。公司和集團都能通過智慧工地平臺，直觀地了解項目上現有勞務人員的實時情況。

（1）考勤明細表：顯示人員每日考勤明細，包括打卡時間、工作時長，未達到工作時長會在人員名單后有特殊標記，方便項目考勤人員進行統計。

（2）出勤統計：統計任意一段時間內人員的出勤狀況，可以看出近一段時間內勞務人員是否根據項目要求工做，是否有遲到早退的情況。

（3）出勤人數統計：統計任意一段時間內項目施工人員人數，可以表格的形式查看也可以直接生成折線圖。折線圖可以更加直觀地顯示某段時間內勞務人員的出勤情況。詳見圖2。

圖2 出勤人數統計圖

（4）出勤人數占比：出勤人數占比是以表格和柱形圖的形式展現的，可以更清晰地展示各家勞務分包公司的勞務人員占整個項目勞務人員之比。同時，也可以通過出勤人數占比統計表統計出各家勞務單位的出勤率。詳見圖3。

圖3 出勤人數占比圖

5.2 BIM技術的應用

BIM 技術實現了工程圖紙由二維模型到三維模型的轉換，也將工程中遇到的問題由被動發現變為主動發現、主動解決，節省了大量的人力和物力。BIM 技術主要有以下幾個特點：可視性、模擬性、優化性、協調性、一體化性、信息完備性、參數化行和可出圖性。這幾個特性可以準確快速地計算工程量，從而提升施工預算的精確度，讓企業精確定制人材計劃，大大減少倉儲環節的浪費。

5.3 電子監控、安全帽提示

安全生產是企業生存和發展的第一要素。建筑生產活動多為露天高空作業，不安全因素較多，有些工作危險性較大，是事故多發性行業。例如，有些勞務人員認識不到安全帽、保險繩對于保證人身安全多么重要，往往安全管理人員提醒就穿戴好，安全管理人員走后就疏于防護。因作業現場環境復雜、點多面廣，安全人員人數、精力有限，不可能全天候監督。而安全帽提示系統核心算法的推廣，將AI 深度學習應用于視頻分析，自動識別未佩戴安全帽的行為，速度快、識別率高，大大提升了現場管理水準，為智慧工地賦能。在此背景下，通過管理平臺的數據分析、安全監控、智能預警等，為建設單位、施工單位和政府監管部門提供科學有效的建議和解決方案，實現工程項目各業務流的有效結合和深度融合，從而提高施工質量、安全、效率，進而提升建筑企業的施工水平和精細化管理能力。

6 結語

智慧工地主要以互聯網為通信基礎，大數據、云計算等作為核心技術，無線傳感設備、虛擬現實設備作為支撐。