基于BIM技術的智慧工地系統在項目建設管理中的應用

黃子儼

（廣西旅發置業集團有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

建筑行業是促進我國經濟發展的支柱產業，在社會經濟發展中取得了巨大成就，建設項目的數量和規模也在不斷擴大。但在項目建設過程中，安全事故頻發，因此進一步增強工程建設質量安全監督管理已成為建筑業發展的重要趨勢。智慧工地管理系統引入當代信息技術手段，結合工地管理特點，將圖像采集、自動識別、精密檢測、云計算及射頻識別等先進技術與施工現場設備、機械和硬件相結合，逐步形成以工程為核心的建筑安全管理體系，推進各部門管理協同，促進達成工程精益施工和綠色施工。

1 智慧工地概述

智慧工地是以BIM技術、物聯網技術、信息傳輸與處理技術、智能分析技術等先進信息技術為支撐，在施工項目參與方合理有效的溝通與合作下，能夠進一步提升施工生產運營效率。其特點如下：第一，專業高效的項目管理。在智慧工地管理理念下，對施工全過程實施監控、安全預警和預防，可以快速高效地獲取各類施工項目管理信息，提升項目管理效率。第二，網絡化和數字化項目的管理。智慧工地借助大數據處理平臺，促進各任務相互間的高效協同，逐步形成虛擬空間與實體工地相互間的映射關系，更好地做到工地數據的鏈接與共享。第三，在線智能項目管理。在智慧工地理念下，實時采集工地進度、人員、環境等基礎數據。借助對相關數據進行智能在線分析、預測和處理，及時發現施工中的安全隱患，快速高效地開展監督預防。第四，綜合項目管理。在智慧工地管理理念下，能夠優化建設項目中各種資源的配置和應用。同時，集成管理軟件和硬件能夠將信息快速高效地集成到施工現場的智能系統中，進一步提升施工項目安全管理的效率和穩定性[1]。

2 BIM技術應用優勢

2.1 可視化優勢

在施工階段，BIM技術的應用能夠幫助相關人員結合工程模型，逐步形成對后續施工效果的直觀感知。在正式開工前，設計師還能夠模擬施工過程，并及時對工程設計方案中不合理的位置進行修改。隨著城市的快速發展，建筑工程的數量在逐步增加，規模也在不斷擴大，人們對建設工程的高質量要求體現在逐漸精細化的技術程度中。在傳統技術的支持下，鑒于主觀錯誤和經驗積累不足，在施工和質量管理中會出現各種問題。主觀經驗管理模型無法預測項目實施階段可能出現的各種問題，從而妨礙建設進度和項目的整體質量。

2.2 工程模擬優勢

BIM技術是3D數字技術、網絡技術和計算機技術融合逐步形成的綜合性技術產品，能夠構建完整的3D工程模型，這也是BIM技術模擬的優勢所在。設計人員能夠借助計算機后臺和相關軟件模擬工程施工過程中出現的各種問題，配合施工過程中的定期檢查，準確預測后續施工中可能出現的各種問題，并形成針對性的解決方案。與傳統的工程建設管理技術相比，BIM技術克服了時間和空間的限制，能夠借助可視化和仿真技術的獨特優勢來模擬工程模型的構建，避免后續構建過程中出現各種影響質量和進度的問題。

2.3 施工協調性優勢

隨著我國建筑業的信息化、智能化發展，建筑的復雜性顯著增強，工程規模的擴大逐漸拉長了施工所需的時間，施工過程中可能會出現相關問題，工作難度會明顯提高。BIM技術的應用能夠依靠構建三維工程信息模型來協調后續施工的規劃，最大限度地減少每個施工節點出現問題的可能性，保證各個施工部門順利施工，確保在規定的工期內完成施工工作。

3 智慧工地建設的主要內容

3.1 智慧工地項目技術的前提

在實施智慧工地時，應當更多地應用傳感技術和人工智能技術，用高科技對相關數據進行分析和控制，用先進的技術對傳統的施工工藝、設備、人員和建筑物進行組合和分析。在建設智慧工地項目的過程中，要應用更科學、更完善的技術，為后續發展予以更有效的支持。在應用互聯網的過程中，應當在物與物之間進行信息交換與溝通，延伸客戶終端，借助虛擬技術拓展和完善更多的領域，更好地促進用戶相互間的聯系。此外，對于標準數據交換技術，在構建過程中應當從中學習不同的產品信息。鑒于信息的多樣性和復雜性構建有所關聯的平臺，保證各個項目之間信息的及時溝通。因此，在建設智慧工地項目的過程中，應當保證其技術的完整性和可靠性，從而保障項目建設的順利完成[2]。

3.2 智慧工地建設的要點

在智慧工地建設過程中，一定要完善用工管理，確保任何項目施工都有人參加，因此要落實人員考勤。在智慧工地，借助設置電子信息，通過電子設備刷卡或人臉識別，記錄員工工作狀態，減少曠工問題的出現，有效控制人力成本，更好地控制人口紅利。此外，設備和材料的管理也是智慧工地建設過程中不可或缺的一環，添加相關設備能夠更好地減少人工勞動的支出，進一步提升整體工作效率。在當前建設項目的大環境下，整體背景十分復雜，在施工過程中，應當更直觀、更及時地對項目整體計劃進行檢查和監督，控制建設過程中的風險，確保用科學的流程開展工程建設。在智慧工地的建設過程中，還要控制生產環境，在施工過程中嚴格依據施工進度安排。

4 BIM技術在智慧工地建設中的應用

4.1 智慧工地設計階段的應用

第一，將設計單位交付的圖紙發送給施工單位，交付的圖紙是BIM信息系統的模型，解決了以往先設計二維圖紙再構建BIM信息系統三維模型的問題。第二，一旦建筑公司接管了BIM模型，就需要再次深入相關項目，劃分建設單位或工程監理單位委托的BIM模型，構建多個適合實際施工的專業BIM模型。

4.2 技術管理功能中的BIM應用

技術文件管理、施工組織項目管理、施工進度計劃管理、現場施工技術管理、技術管理文件審批管理、技術交底管理等是技術管理工作的主要內容。在智慧工地建設中，主要結合BIM技術，借助移動互聯網的在線功能，推動傳統紙質模型向數字化模型轉變。同時，借助BIM技術將所呈現的技術內容細化、虛擬化，進一步提升技術管理水平。技術文件管理應予以BIM相關功能。施工組織項目管理應予以過程組織BIM模擬視圖、資源配置BIM模擬視圖、平面布置BIM模擬視圖等功能。現場施工技術管理應予以復雜節點BIM3D展示、腳手架施工過程模擬BIM3D展示、設備及規模較大的構件安裝過程模擬BIM3D展示、預制構件裝配過程模擬BIM展示、臨時支護施工過程模擬BIM3D展示、土方施工過程模擬BIM3D展示等功能。電子圖紙增強和增強管理應予以設計圖紙和BIM深化圖紙的下載和傳輸，以及電子圖紙和BIM模型的關聯等功能[3]。

4.3 質量管理功能模塊中的BIM應用

質量管理程序模塊是智慧工地管理系統軟件的組成部分。本功能模塊重點完成信息化管理，如質量方案管理、施工現場監督管理、現場變更管理、質量工程驗收管理、工程項目數字化檔案管理等。對建筑標準引起的變更管理，主要涵蓋變更登記、工程圖紙版本號管理、BIM實體模型變更更新的信息內容管理、變更時驗證和電子印章管理，從而完成電子信息管理全流程改革。檢驗檢測管理涉及施工現場質量檢驗管理規定，帶來檢驗信息化管理。既要具備施工現場、試驗中心和管理單位的信息共享能力，又要具備關聯BIM建模信息內容的能力。事實上，它涵蓋目擊記錄、記錄保存和存儲、檢驗和測試數據信息、在線統計分析、檢查數據分析系統、預警信息、測試報告等全過程。同時，應具備施工現場大體積混凝土測溫等信息化管理能力，以及標準的現場維修實驗室管理能力。為滿足施工現場質量檢驗要求，提出了質量檢驗項目數字化維修信息管理模型和質量檢驗計劃。整個檢測過程需要記錄工程質量檢測數據信息，并提交檔案。

4.4 智能碰撞檢查與優化調整

傳統的管道碰撞施工方法是人工配合。在施工前進行管道碰撞分析，不僅提高了效率，還減少了圖紙中容易丟失的相應數據信息。通過選用MagiCAD軟件，在碰撞檢查智能檢測功能下，分析建筑模型中的數據碰撞信息，并標注碰撞點。對數據進行分析后，做出碰撞分析報告，并將報告發送給設計院和預算設計師，以便及時溝通，在避免工期延誤的同時進一步提升工程施工效率。在工程項目中驗證碰撞后，需要借助BIM系統將碰撞點進行3D可視化，并提出不同的解決方案。在3D可視化的影響下，建筑將被再次規劃。方案一經確定，借助BIM仿真技術進行圖紙設計，最終有效指導施工現場工作。

4.5 智能排布砌體降低成本

為合理布置砌塊，加快施工進度，施工前應事先編制砌塊布置圖，明確墻、地板、橫梁、門、窗、開口等位置。傳統的CAD砌體布局直接在CAD中繪制墻體輪廓，然后在頂部繪制砌塊。這種方法簡單易用，但不適用于規模較大的工程項目，施工人員大多數情況下依賴經驗，造成材料和成本的浪費。通過采取廣聯達BIM5D軟件進行三維視覺砌筑布置，只需定義一鍵式選框和布局規則，軟件就會自動對整個砌體進行布局。從某種角度來看，對于建筑中需要的非整體砌體，如輕質砌塊，可提前切割成一定尺寸，避免浪費材料。

5 智慧工地系統在項目建設管理中的應用

5.1 施工初期工程量快速統計

在施工前期，合理的施工現場布局對綠色建筑管理、節約成本、降低安全風險、進一步提升工程效益具有重要作用。項目建設場地相對充足，但工期緊、施工難度大，施工前應合理組織現場機械等施工資源。根據BIM技術的智慧工地系統進行三維施工規劃，可以解決二維工地布置中道路、料場、塔吊、大門、工棚等可能出現的問題。檢查施工現場布置的合理性，參照施工現場情況優化布置，并制定項目清單。建筑項目工作量大、工期緊，應參照施工進度，選擇場地施工過程中的永久和臨時建筑物、材料堆場，制定合理的建筑布局，避免場地混亂。

5.2 智能設備監測系統

第一，塔吊視頻監控系統實時自動記錄司機的行為，借助司機面部識別功能恢復系統進行特征識別，鑒定合格后方可啟動塔吊。系統能夠傳輸遠程GPRS數據，并與BIM模型數據庫中的數據進行比對。如果運行程序出現異常，會及時將數據發送到大數據分析平臺。一旦塔臺監控系統的扭矩或實際重量檢測傳感器發生短路或工作不正常，系統將記錄并發出聲光報警。在多臺塔吊協同作業時，系統可予以防撞系統檢測。第二，施工電梯調度管理系統集超速報警、超載報警、超重報警、遠程監控等功能于一體。該系統可做到對電梯工作狀態的遠程監控和遠程控制，如果在運行過程中出現異常情況，會及時將異常數據發送至云平臺。

5.3 隱患排查處理系統

智慧工地在工程施工安全生產管理中的應用，主要是借助信息采集和分類，達到在線辦公的目的，進一步提升整體工作效率。同時，要合理應用BIM技術模擬現場工作環境，讓工作人員在視覺、聽覺等方面感受工作氛圍，更好地展現安全教育的效果。從目前情況看，該技術事故隱患排查處理系統應用廣泛，可為全流程封閉式管理網上辦公提供服務。現場安裝移動監控設備，對重點位置進行全天候監控，借助網絡排查治理安全隱患。同時，對關閉文件進行網上管理，如通知、整改等，避免遠程審批工作，從而降低管理成本。此外，還要進行隱患排查治理記錄的統計，包含隱患分析、治理方案等大數據內容，避免重復勞動，減少人為因素造成的影響，進一步提升工作可靠性。在應用過程中，一方面需要注意在關鍵部位安裝監控裝置，確保現場信息的有效傳輸，另一方面要對項目隱患庫進行監督，便于隱患信息的補全和整改。

5.4 在工地安全管控方面的應用

首先，人員安全管理。借助智能視頻分析和深度學習技術，對作業生產區域進行精細化管理。可部署音頻發布系統、喇叭和現場實時信息進行報警。參照用戶需要，還可將報警信息發送給相關管理人員，協助其進行安全生產管理。其次，主要危險源安全監測。借助視頻分區管理、煙霧探測、有害氣體監測等檢測設備，對施工現場主要危險源進行監控。當非授權人員進入該區域時，將借助聲光報警提醒其盡快遠離。當危險源運行狀態發生變化時，多個傳感器會在第一時間發出警報，提醒相關人員趕赴現場處置。最后，高模板安全監測。借助高模板實時監測傳感器，借助采集高模板沉降高頻、豎桿軸力、桿件傾角和支座整體水平位移，參照計算模型，生成預警閾值，可在緊急情況下自動觸發報警，提醒操作人員撤離危險區域，有效減少施工安全事故。

6 結語

基于以上分析，智慧工地能夠借助各種數字化、智能化手段，促進多方聯動、統籌規劃設計。借助BIM技術獨有的特性，完成統一的技術應用和計算施工。建設施工現場智能信息服務平臺，進一步提升現場設計施工水平，有效管理工程質量，保障項目施工的正常運行。借助BIM技術，進一步提升智慧工地施工質量，最大限度地減少建筑施工過程中的材料損耗和成本支出，為智慧工地與BIM的協調發展打下堅實的基礎。