智慧工地在甘肅省科學院高技術產業園中的應用

李璽 韓杰

(甘肅一安建設科技集團有限公司，甘肅 蘭州 730060)

隨著新興信息技術與建設工程領域深度融合，利用科技手段對建設項目傳統的建造和管理方式進行改造已成為必然趨勢。智慧工地——集成BIM、云計算、大數據、互聯網和各項智能設備等與施工現場管理融合，將項目從施工方案設計開始，通過信息化、智能化模型，采用監控、探測、數據收集等方式，智慧化管控整個項目的開展，規避各項風險及意外，協調施工進度，從而取得全局性最優效果。本研究依托甘肅省科學院高技術產業園項目旨在打造BIM云平臺為核心的智慧工地項目管理系統。根據國家創新驅動發展戰略要求，近年來甘肅省科學院積極提升自身科技成果轉化能力，釋放建院以來40年科研積累，為了支撐“蘭白國家自主創新示范區”建設，積極吸納民間資本，探索新的“產學研”模式，依托自身成熟的金屬納米粉體系列產業化、磁傳動系列產業化等世界領先科技成果，建立甘肅省科學院高技術產業園區，可將產品研發、中試和生產過程集中在一個園區開展。以園區為依托，打造國內外、省內外優秀科技成果與科技人才的吸引轉化基地，為西北高新技術企業發展提供支持。

1 項目概況

甘肅省科學院高技術產業園項目位于蘭州高新區榆中園區，是園區重大工業性建設項目，由甘肅一安建設科技集團有限公司承建。項目總建筑面積為203970.02m，其中創新孵化大廈高度48.4m，建筑面積81141.59m，采用框架剪力墻結構和梁筏基礎。中試車間二和宿舍，建筑面積為34358.3m，為條形基礎的框架結構。中試車間一采用門式鋼架結構，鋼筋混凝土獨立基礎，建筑面積10414.43m。項目策劃階段BIM+智慧工地建設方案要求：打造智慧建造中心管理平臺，把項目中所應用的智慧工地數據集中匯總于統一的大數據中心平臺，結構化處理多來源、多類型數據，進行數據的集中展示和管理。預期達到工作效率可視化，質量檢測結果數字化，資源分配合理化，將現場系統和硬件設備集成在同一平臺，將產生的數據實時匯總使項目管理層全面掌握整個項目過程，從而有效的分配資源和降低風險。

2 BIM+智慧工地系統分類

“智慧工地“是指利用BIM三維設計平臺，對工程項目進行施工階段精細化設計和施工過程模擬，圍繞施工過程管理，構建互聯協作、科學管理的施工項目信息化生態，利用物聯網將工程數據進行收集分析處理，提供施工預測與處理方案，達到施工過程的可視化、智能化管理。如圖1所示，本項目BIM+智慧工地主要包括七部分組成：人員管理系統、機械管理系統、現場管理、安全管理、綠色施工管理、質量管理和物料管理系統。通過互聯網和5G技術將云平臺、云端服務器與前端應用關聯，所有監控管理措施可通過應用發布與協調。項目建設有指揮中心看板和前端展示大屏幕，如圖2所示，同時可與電腦、手機等移動終端互聯，各分項數據及現場監控可直接點擊調取，也可發布調度措施。

圖1 BIM+智慧工地子系統分類

圖2 指揮中心監控看板

3 機械管理及物料驗收系統

本項目特色系統設置包含現場機械管理系統及物料驗收數據系統，如圖3所示。機械管理系統能實現操作員身份識別與操作員作業范圍內監控觀察功能，同時設置高度傳感器、變幅傳感器、吊重預警傳感器、回轉預警傳感器等輔助操作員執行操作，對不合理操作及風險進行實時報警。同時，安全監控設備能將塔吊各項數據上傳到智慧工地管理平臺，專項管理人員可隨時對大型設備的各項參數進行監控和數據存儲。物料驗收系統具有自動采集進出場材料信息的功能，并關聯云平臺，覆蓋整個施工過程，對材料的進場、堆放、使用進行數據分析與統計，方便物資管理人員對物資信息的收集和處理，統籌物料的合理儲備使用。

圖3 機械管理與物料驗收系統

4 BIM應用

4.1 BIM模型進行設計優化

通過建立三維BIM模型，承載了整個項目的施工信息并進行了數字化轉化，實現了施工實體與三維模型的相互關聯，并將數據及管理信息通過BIM進行各個單項的關聯和整合。同時，利用BIM模型技術能夠在局部直觀的發現設計缺陷進行優化，從而提前規避缺陷或更改設計方案，在提質降本增效方面，效果突出。本項目根據建筑設計文件、結構設計文件及機電設計文件，在施工階段采用BIM深化施工圖設計，創建深化設計模型生成深化設計圖并附有模塊清單和單項工程深化設計圖。通過施工階段的BIM建模，直觀的進行模型測量、剖切、部分工序及設計進行了優化，對管線綜合模型、土建模型進行符合性檢查，解決了管口、預埋件、預留孔洞、支架錯位等問題。

圖4 BIM建模對原始設計優化的對比

例如，圖4中樓梯下方支撐設計了放大處理基礎，但與條形基礎效果重復，故優化設計取消放大基礎與條形基礎直接連接，減少了工程量及不合理工序。

4.2 BIM+云平臺應用

項目按單體工程進度計劃結合BIM模型模擬施工，同時對實際施工日程和施工計劃進行符合對比，及時匯報施工進度偏差，對后續施工進度部署具有指導性作用。BIM云平臺如圖5所示，還可以實現項目圖紙、文件、模型和實時信息的集中化管理及信息共享，實現了跨專業、跨部門、跨區域協同合作，有效的促進了設計、施工與業主等各方的信息交流。云平臺有效的對不同階段數據進行實時保存，也為工程后續總結、發現問題及追溯責任提供了保障。同時，可以引入人工智能算法等研究施工進度，進行資源優化，基于“BIM+”的進度管理平臺可以達到更精細、智慧化管控。例如：雄安新區市民服務中心項目采用以BIM+云平臺為支撐，移動端/PC端為應用的管理平臺，對采集的數據進行分析，輔助管理者進行決策，實現了各專業高度協同，各參與方互聯互通。

圖5 BIM+云平臺對施工進度及文件的管理

4.3 BIM場布模型

項目初期應用場地策劃軟件，根據現場地形建立三維場地模型，確定合理的施工布局與堆料位置，統籌優化合理的運輸路線、施工動線及施工現場進出口。對臨時宿舍和材料加工棚之間的距離合理計算，降低噪音及安全問題。如圖6所示，通過場地布置為本項目共節省塔吊一臺，節省了機械費用的同時降低了塔吊臂碰撞的安全隱患。

圖6 BIM場布模型及場地布置優化結果

5 綠色施工環境智慧監管

1）如圖7所示，在室外環境設置環境監測設備，實時監測現場的PM2.5、PM10、噪聲、溫濕度、風速、風向等指標在室外環境可靠工作，能夠連續、自動監測，自主顯示，并關聯現場噴淋系統。

圖7 綠色施工環境智慧監管

2）噴淋系統可根據揚塵監測系統的實時監測數據自動聯動到現場噴淋裝置實施降塵作業。有效降低空氣中PM值，達到綠色文明施工需求。

3）智慧工地可以利用物聯網技術實現對工程能源消耗的統一管理。采用水、電能效管理系統，熱水控制、雨水回收措施等降低能源消耗。

6 應用效果評價

1）甘肅省科學院高技術產業園項目通過引入BIM+智慧工地建設方案，將BIM模型及智慧工地數據匯總于云端大數據平臺，對多來源、多類型、長時間的工地數據進行收集，并與BIM模型進行比對和優化，從而實現資源分配更合理，工作效率提高、提高質量的同時降低了安全風險。智慧工地還可以更新兼容新技術，施工安全、進度與成本將得到最有效的保障。

2）智慧工地系統中布設的物聯網傳感器，具有準確性、實時性的優點，對項目危險源、質量、工人安全規范等情況能進行實時監控預警，提醒并介入管理，從而保障該項目進度持續，保證質量合格?，F場監測數據還為遠程化監管，上級部門監管提供了可視化渠道和支持數據。智慧工地系統應持續提高數據挖掘能力，對數據綜合分析研判與利用。

3）人員實名制管理連接VR安全教育演示系統，對工作人員的技術、設備、防護等進行綜合考評，實現項目人員安全考核閉環管理?？蓴U展相關人員數據采集設備——智能穿戴設備，通過低功耗+長續航的新一代智能設備，解決工人健康、工作狀態及安全等各方面的綜合管控?；谝苿游锫摼W感知設備建設，實時掌握該項目所有設備運行動態數據，降低人員管理效率，樹立項目成為優質項目。