基于物聯網技術的建筑工程施工系統架構設計

柯璐 黃歌 程代新 朱義沛

(湖北經濟學院，湖北 武漢 430200)

0 引言

近年來，我國工程建設領域正處于轉型發展階段，急需引入新興科學技術及先進的管理模式。物聯網技術融合了傳感器網絡技術和互聯網信息技術，能夠實現項目數據信息的即時共享。因此，在建筑行業引入物聯網技術，能夠實現兩者的融合發展。

目前，針對物聯網技術在建筑工程施工階段的應用研究主要集中在以下幾個方面：裝配式建筑[1]、施工安全[2]、智能建筑[3]、項目進度管理[4]、與BIM技術的結合[5]、成本管理[6]等。已有相關研究主要針對某個施工環節的系統架構方案應用，如施工安全預警平臺的建立[7]等，基于物聯網技術的建筑工程施工系統架構方案相對較少。

基于此，本文通過分析國內建筑工程施工現狀，針對施工過程中出現的一系列問題提出解決措施，構建基于物聯網技術的建筑工程施工系統架構，以降低項目成本，把控施工進度。

1 建筑工程施工管理現狀與問題

目前，我國建筑工程領域正處于轉型發展階段，傳統的施工管理模式已不能滿足現階段項目管理需求。近年來，產業園區開發項目規模和數量日益增加，政府投資力度不斷增大。產業園區開發項目存在招商困難、工期較長、資金回籠慢等特點，急需引入新的項目管理模式。通過梳理相關研究可知，很多產業園項目主要采取EPC模式[8]，并獲得顯著成效。EPC模式能夠實現總承包商對項目設計、采購、施工過程的整體管理與監控，在保證工程合理周期的前提下降低項目成本。但是，在實際運用中，由于施工階段處于“邊設計、邊施工、邊調整”的“三邊”狀態，主要存在以下問題。

1.1 成本管控難

在工程建設項目啟動之前，因項目的設計、范圍、施工技術等內容不明確，無法開展施工合同和項目成本評估，項目成本管理難度較大。

1.2 設計管理難

在設計階段，設計工作受用地規劃調整、生產設備供應不及時等因素影響，無法準確設計施工圖樣，影響后續工作的開展。

1.3 采購管理難

現階段，建筑工程項目應以功能需求為導向，堅持資源整合和專業集成，在采購方式上進行創新。因此，傳統的采購方式已不能滿足當前項目管理的需要，急需提升采購管理水平。

1.4 進度管理難

進度是傳統的項目管理三大目標之一，而建筑工程施工進度往往受多方面因素影響?，F階段，建筑工程施工管理效率低下，影響項目進度和成本。

綜上所述，為解決施工階段現存問題，一方面，項目各參與方要夯實質量管理基礎；另一方面，要建立健全施工安全生產責任制并落實到位。

2 基于物聯網技術的建筑工程施工系統架構

2.1 系統功能特點

2.1.1 集成化

該系統可將生產、運輸、施工、管理、設計等多個環節集成于同一平臺，形成以物聯網技術為基礎的大數據平臺，便于及時溝通各環節進展情況，有利于加快工程進度、保證工程質量。

2.1.2 便捷化

在該系統中，各環節存在的問題可通過網絡直接傳送至相關責任方，便于及時解決問題，保證工程進度。

2.2 系統構建

基于物聯網技術的建筑工程施工系統架構分為感知層、網絡層、平臺層、應用層4個層級，如圖1所示。

圖1 基于物聯網的建筑工程施工系統架構

2.2.1 感知層

感知層是系統實現自動化功能的重要基礎，主要包括環境感知技術與工業設備控制器，如移動設備、高清攝像頭、GPS定位、智能運輸車、傳感器等。

2.2.2 網絡層

網絡層的最大特點是實時性與可靠性。網絡層包括5G/4G網絡、Wifi、以太網、藍牙設備等。根據傳輸方式及需求的不同，可以采用不同的連接方式滿足系統運行要求。

2.2.3 平臺層

平臺層主要包括云處理器和基礎云平臺網絡。系統數據通過云處理器進行處理，同時有對應的APP支持各種移動端硬件設備接口，具有一定的基礎服務功能，如位置監控等。

2.2.4 應用層

應用層以APP和云平臺網站為基礎提供服務，如派發工單、運輸車實時信息監控等。

2.3 功能規劃

該系統架構的核心組成部分為GPS定位系統和視頻監控系統。項目各參與方通過手機或電腦實時監控施工現場；通過GPS定位系統定位采購車、運輸車等設備；通過監控攝像頭監控施工進度；通過系統派送緊急工單，便于相應負責人及時領取任務。該系統功能規劃如圖2所示。

圖2 基于物聯網的建筑工程施工系統功能規劃

2.4 具體應用

在建筑工程項目中，鋼筋施工工程較為復雜和隱蔽。在實際施工過程中，鋼筋綁扎不牢或振搗棒擾動[9]容易產生安全隱患。下面以鋼筋工程為例，闡述該系統的具體應用。

2.4.1 鋼筋生產

(1)數據記錄。鋼筋生產過程中會生成龐雜的信息數據，以往主要依靠人工記錄，容易出現遺漏和錯誤。在該系統中，鋼筋下單生產后會自動記錄數據，減少了人為操作的失誤。

(2)圖表復核。該系統能夠自動將鋼筋加工圖與建筑效果圖進行核對，并檢查圖樣是否存在錯誤和缺漏，有效保證了鋼筋加工質量。

(3)數據連接。目前，生產設備與生產訂單無法直接連接，需要人工輸入訂單數據，且無法全面了解各設備生產動態。與物聯網技術結合后，可在各生產設備中植入芯片/傳感器，接到訂單后，系統自動分配設備進行生產，并實時記錄生產情況，便于查看加工進度與相關數據。

(4)庫存盤點。在庫存管理中，人工記錄與核驗容易出現遺漏或失誤，導致原材料與成品出入庫數量出現差異。在該系統中，每天自動記錄原材料與成品出入庫數量，實時顯示訂單需要的原材料，自動增減庫存。

2.4.2 鋼筋運輸

鋼筋智能運輸車均設有編號，在揀貨過程中可有效防止裝錯車的問題。在運輸車出發前，系統自動進行路線優化，保證鋼筋快速送達。同時，智能運輸車安裝了GPS定位系統，便于管理人員監測運輸路線。

3 施工保障體系構建

為了更好地實現基于物聯網技術的建筑工程施工系統功能，應同步建立配套的施工保障體系，實現人員與系統、系統和設備、設備和物料之間的信息共享與反饋

3.1 成本保障體系

3.1.1 優化組織架構

優化組織結構，落實責任人。業主負責對設備廠家進行審查把關，對項目功能進行定位；產品加工制造商負責加工工藝的改進和優化；設計人員負責設計工藝方案并對設計成果負責；現場施工人員根據工程設計圖樣組織施工并對施工質量評價結果負責。

3.1.2 推行總承包模式

在總承包模式下，設計團隊全程跟進項目施工過程。項目現場人員可通過系統反饋問題，建立緊急工單；設計人員可針對實際問題及時調整工單，以降低施工難度、保證項目工期。

3.2 設計保障體系

3.2.1 建立項目管理機制

建立以項目為中心、以專業管理為基礎、以質量管理為核心的項目總負責人管理機制。項目主要領導機構采用項目管理組織架構，成員包括設計主管、工程技術主任、建設項目質量工程師、建設項目規劃工程師、專業審核人、專業技術主設人、工程設計人員等。同時，建立產品質量管理架構，包括設計院總工程師、建設項目現場技術主任、專業審核人、校核人、工程設計人員5個管理層級，按照各級產品質量管理要求開展工作。

3.2.2 完善考核機制

結合項目評估和咨詢建議，完善考核機制；根據事故責任分級，進行適當處分。

3.3 采購保障體系

3.3.1 采用固定單價合同

采購管理主要采用固定單價合同。建筑工程項目施工合同應根據項目集成度，結合設計進度分專業(部門)簽訂采購合同。

3.3.2 加強數據管理

采購單位應在系統中出具對應工單，并在相應時間內完成，同時將實際數據錄入系統。庫存盤點應留有記錄，出現偏差時應說明理由。

3.4 施工保障體系

3.4.1 落實安全生產責任制

在工程施工前，逐級簽訂安保責任書，明確各參與方安保目標并制訂安保方案，實現全方位安全管控；各專業負責人對施工現場的監督管理工作負責。

3.4.2 實現設備操作可視化

利用BIM技術提前檢測施工空間是否合理；提前檢查撞擊點，并由專業技術人員進行調整，防止返工；減少施工過程中重大設計變更，保證整體項目設計質量。

3.4.3 實現動態數據信息化

實行以關鍵路徑為主線的進度管理機制，對工程進度動態監控并及時糾偏；將進度計劃分解為季計劃、月計劃、日計劃，并按時檢查，保證工程建設的順利進行。

4 結語

本文針對建設工程施工現狀及問題，構建基于物聯網技術的建筑工程施工系統架構。為了實現該系統功能，從成本、設計、采購、施工4個方面建立施工保障體系，旨在有效提升建設工程施工管理效率和質量。今后，應進一步完善該系統各層級功能，助力建筑業轉型升級。