IoT、BIM技術(shù)在建筑及市政公用工程施工及養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用分析

程鋮，李靜，趙靜

（1．旌德縣城市管理綜合執(zhí)法局，安徽 宣城 242000；2．江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000；3．安徽長泰建筑有限公司，安徽 宣城 242000）

1 引言

隨著城市更新不斷深入，當(dāng)前城市更新正在全面鋪開，主要集中在房屋建筑及市政公用工程方面，比如老舊小區(qū)改造、城市雨污分流改造、城市道路改造等，城市基礎(chǔ)設(shè)施改造量大面廣，安全管理與監(jiān)督是要放在第一位的，在公共安全體系不斷健全、安全生產(chǎn)責(zé)任制不斷完善的條件下，更需要應(yīng)用新技術(shù)對工程施工及養(yǎng)護(hù)進(jìn)行安全管理與監(jiān)督，堅(jiān)決遏制重特大安全事故，提升事故預(yù)防能力。因此，一方面要求施工企業(yè)不折不扣地落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，另一方面需加強(qiáng)對安全生產(chǎn)主體責(zé)任落實(shí)的監(jiān)督管理。隨著科技的不斷發(fā)展，IoT、BIM 技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域中得到了廣泛的運(yùn)用和推廣，特別是將其運(yùn)用在施工企業(yè)落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任監(jiān)督方面，這對保障建筑工程施工安全具有重要意義。

2 安全生產(chǎn)責(zé)任制落實(shí)現(xiàn)狀

現(xiàn)今，由于施工企業(yè)數(shù)量多，實(shí)際施工項(xiàng)目多，在企業(yè)自身以及行業(yè)主管部門監(jiān)管方面都存在著諸多安全隱患問題，容易造成一些安全責(zé)任事故的發(fā)生，企業(yè)的安全生產(chǎn)管理形勢日趨嚴(yán)峻，安全生產(chǎn)主體責(zé)任缺失情形嚴(yán)重，安全問題已經(jīng)成為建筑及市政公用工程項(xiàng)目建設(shè)的首要問題。當(dāng)前工程項(xiàng)目安全生產(chǎn)主體責(zé)任落實(shí)主要存在以下問題。

重建筑及市政公用工程實(shí)施進(jìn)度，輕項(xiàng)目安全與質(zhì)量。多數(shù)施工企業(yè)項(xiàng)目經(jīng)理及安全質(zhì)量主要負(fù)責(zé)人盲目注重工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益，特別是在一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí)搶工期進(jìn)度，主要是為了快速申請工程進(jìn)度款，安全質(zhì)量意識(shí)淡薄。施工企業(yè)安全生產(chǎn)責(zé)任主體往往將工程進(jìn)度和安全質(zhì)量視為對立面，這是目前企業(yè)在落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任方面存在的最根本的問題。

重長篇累牘的制度制定，輕責(zé)任履行落實(shí)。施工企業(yè)往往會(huì)根據(jù)監(jiān)理及監(jiān)管單位要求制定相應(yīng)的安全主體責(zé)任落實(shí)的制度文件，但往往這些文件僅僅是為了應(yīng)付安全方面的檢查，未能真正落實(shí)到工程施工過程中去，成為一紙空文。相應(yīng)的安全技術(shù)交底也僅僅是為了完成一項(xiàng)任務(wù)，失去了安全技術(shù)交底的本質(zhì)意義。安全教育培訓(xùn)工作不扎實(shí)，預(yù)防和控制事故的能力低下。諸如此類重制度制定，輕責(zé)任履行問題在當(dāng)下的施工管理過程中比比皆是，這是目前工程施工及養(yǎng)護(hù)安全管理方面落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任方面的普遍性問題。

重定點(diǎn)定期定時(shí)檢查，輕常態(tài)化隨機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)督。由于業(yè)主及行業(yè)監(jiān)管部門如住建部門，城管部門等監(jiān)管力量不足，行政執(zhí)法難度較大，未能全面有效地對建筑及市政公用工程施工企業(yè)進(jìn)行常態(tài)化隨機(jī)安全檢查。且建筑工地多，經(jīng)常開展的是集中安全大檢查，定期安全大檢查，對于施工單位來說一方面可能更注重形式，應(yīng)付檢查，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)重視安全，落實(shí)安全主體責(zé)任。但檢查過后，容易放松安全這根弦，容易出現(xiàn)“緊后松”，麻痹大意，導(dǎo)致安全事故。加之建筑工地不斷增多，工地分布不均，安全監(jiān)管任務(wù)重、工作壓力大、行政執(zhí)法成本高，也給工程施工及養(yǎng)護(hù)安全管理與監(jiān)督帶來了一定的難度。

3 BIM技術(shù)和IoT在我國建筑業(yè)中的運(yùn)用現(xiàn)狀

近年來，隨著BIM 技術(shù)和IoT 技術(shù)在我國快速發(fā)展，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位等各業(yè)內(nèi)人員逐漸開始應(yīng)用和推廣BIM 技術(shù)和IoT 技術(shù)?；贐IM 核心的IoT 技術(shù)應(yīng)用，不但能為建筑物實(shí)現(xiàn)三維可視化的信息模型管理，而且能夠促進(jìn)落實(shí)工程施工及養(yǎng)護(hù)安全管理與監(jiān)督責(zé)任。目前，對于施工單位來說對于BIM 技術(shù)運(yùn)用的較多，但對于將IoT 與BIM 融合運(yùn)用于工程項(xiàng)目較少，且運(yùn)用的方式模式暫無具體的實(shí)施方案，本文根據(jù)工程實(shí)際從推動(dòng)和落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任角度提出基于BIM技術(shù)和IoT 技術(shù)融合服務(wù)于工程項(xiàng)目施工安全監(jiān)管的實(shí)施方案。

4 基于IoT及BIM技術(shù)安全生產(chǎn)監(jiān)管平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)施

4.1 設(shè)計(jì)實(shí)施步驟

4．1．1 建筑及市政公用工程項(xiàng)目BIM 建模及平臺(tái)搭建

圖1 基于IoT與BIM技術(shù)融合平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)施步驟圖

構(gòu)建整個(gè)監(jiān)管平臺(tái)首先需要用BIM技術(shù)對工程項(xiàng)目進(jìn)行整體建模，建模數(shù)據(jù)信息不僅包括建筑物及設(shè)備構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對象信息以及各種分部分項(xiàng)工程信息等，將整個(gè)工程實(shí)體完全真實(shí)的尺寸和形狀在計(jì)算機(jī)屏幕上以工程信息的三維模型方式展現(xiàn)。這個(gè)模型的建立及平臺(tái)的搭建，一方面為IoT 及各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)置提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，另一方面也為工程項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)工程信息交換和共享的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

4．1．2 建筑及市政公用工程項(xiàng)目IoT 大數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建

建筑及市政公用工程項(xiàng)目IoT 大數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建主要包括建立以下監(jiān)管系統(tǒng)。

①人：工地現(xiàn)場門禁系統(tǒng)、人員定位監(jiān)控系統(tǒng)、安全帽及安全防護(hù)用品監(jiān)控系統(tǒng)、重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)、管理人員考勤系統(tǒng)、安全生產(chǎn)主體責(zé)任落實(shí)評價(jià)系統(tǒng)等。

②材料：重點(diǎn)材料監(jiān)控系統(tǒng)、易燃易爆材料監(jiān)控系統(tǒng)、倉庫監(jiān)控系統(tǒng)等。

③機(jī)械：機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、強(qiáng)電系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、弱電智能系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、人防系統(tǒng)等。

④結(jié)構(gòu)：主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)、附屬結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)、沉降觀測監(jiān)測系統(tǒng)等。

⑤環(huán)境：塔吊及人貨梯監(jiān)控系統(tǒng)、外墻腳手架監(jiān)控系統(tǒng)、臨邊維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)、模板監(jiān)控系統(tǒng)、支撐監(jiān)控系統(tǒng)、地質(zhì)觀測監(jiān)控系統(tǒng)、基坑邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)等。

4．1．3 建筑及市政公用工程現(xiàn)場IoT 系統(tǒng)布置

針對工程實(shí)際的危險(xiǎn)源、重大危險(xiǎn)源以及IoT 大數(shù)據(jù)平臺(tái)所設(shè)置的各種系統(tǒng)布置IoT系統(tǒng)，設(shè)置傳感器、RFID 以及IoT感知設(shè)備，實(shí)時(shí)無線傳輸危險(xiǎn)源信號(hào)等。如關(guān)于人員安全方面，現(xiàn)場工人必須實(shí)名制，通過人臉識(shí)別技術(shù)，記錄每一位現(xiàn)場施工工人的情況，同時(shí)每一位工人都必須攜帶定位傳感器，可以在BIM 系統(tǒng)中實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場工人作業(yè)的狀態(tài)；對于安全防護(hù)裝備及用品的攜帶，根據(jù)具體情況如在安全帽中設(shè)置傳感器，一旦發(fā)現(xiàn)安全帽運(yùn)動(dòng)異常則將進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的處理告知，其中對于安全生產(chǎn)主體責(zé)任人進(jìn)行特別備注。針對材料安全監(jiān)控方面，對于材料現(xiàn)場設(shè)置視頻及紅外監(jiān)控等，確保材料安全以及現(xiàn)場防火安全。特別是在夏季可以采用基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的GIS 紅外測溫技術(shù)，對施工現(xiàn)場進(jìn)行全面的紅外溫監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)有異常溫度區(qū)域或者超過100℃區(qū)域立即進(jìn)行報(bào)警，并指定人員立即到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地檢查。針對機(jī)械安全監(jiān)控方面，現(xiàn)場根據(jù)各種機(jī)械設(shè)備的屬性設(shè)置不同類型的傳感器以及相應(yīng)的IoT感知設(shè)備，建筑物塔吊，人貨梯以及市政工程機(jī)械，安裝相應(yīng)的感知監(jiān)測傳感器以監(jiān)測其實(shí)際狀況，在可能會(huì)出現(xiàn)一些危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警。同樣針對結(jié)構(gòu)安全、周圍環(huán)境監(jiān)測也是如此。

4．1．4 技術(shù)架構(gòu)平臺(tái)搭建及融合

工程項(xiàng)目信息共享平臺(tái)：通過制定相關(guān)的技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在施工設(shè)計(jì)階段形成以BIM 為基礎(chǔ)，以IoT 為連接感知搜集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵工具，以動(dòng)態(tài)監(jiān)測點(diǎn)布置傳感器類型，全面監(jiān)測施工現(xiàn)場安全。

監(jiān)測數(shù)據(jù)收集管理平臺(tái)：通過傳感器實(shí)施采集安全數(shù)據(jù)信息，利用有線或無線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹IM 平臺(tái)，通過一定方式顯示并保存相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

監(jiān)測數(shù)據(jù)分析評價(jià)平臺(tái)：針對工程項(xiàng)目特點(diǎn)，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)存在異常，會(huì)通過預(yù)先設(shè)定的閥值，來判斷工地中各個(gè)系統(tǒng)是否存在安全隱患及安全問題，并對隱患和數(shù)據(jù)分析情況進(jìn)行評價(jià)。

安全責(zé)任預(yù)警平臺(tái)：通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的安全問題進(jìn)行預(yù)警，將問題實(shí)時(shí)傳輸給工程建設(shè)各方，以盡快啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

VR 模擬平臺(tái)：通過IoT 及BIM 模型進(jìn)行VR模擬，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

無人機(jī)航拍監(jiān)控平臺(tái)：通過BIM 模型以及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，設(shè)置無人機(jī)集群系統(tǒng)，通過無人機(jī)集群采集建筑及市政公用工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)平臺(tái)軟件進(jìn)行計(jì)算和分析可以實(shí)時(shí)從整體上對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控管理。

4.2 監(jiān)管功能實(shí)現(xiàn)

通過IoT 和BIM 技術(shù)的融合運(yùn)用，首先加強(qiáng)了施工企業(yè)自我監(jiān)督，時(shí)時(shí)刻刻有一個(gè)大系統(tǒng)監(jiān)督安全責(zé)任落實(shí)情況；其次為設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位、監(jiān)管單位提供了很好的監(jiān)管平臺(tái)，減少了人力、運(yùn)維、管理、執(zhí)法成本。這樣不但可以促進(jìn)建筑及市政公用工程施工及養(yǎng)護(hù)安全管理與落實(shí)監(jiān)督責(zé)任，而且為建筑物的所有組件和設(shè)備賦予了感知能力和生命力，從而將建筑物的運(yùn)行維護(hù)提升到智慧工地的全新高度，為以后的智慧建筑、智慧社區(qū)、智慧城市建設(shè)提供了更好的平臺(tái)建設(shè)基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

通過將BIM 技術(shù)和IoT 技術(shù)中RFID 標(biāo)簽、二維碼、智能傳感器、視頻前端、定位裝置等感知設(shè)備以及無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)聯(lián)合，將現(xiàn)實(shí)中的人、材料、機(jī)械、結(jié)構(gòu)、環(huán)境及BIM 模型中的信息關(guān)聯(lián)。對于已設(shè)置的系統(tǒng)平臺(tái)，有些系統(tǒng)如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等都可以在項(xiàng)目建設(shè)完成后移交建設(shè)單位或者物業(yè)繼續(xù)保留使用。對于腳手架監(jiān)控系統(tǒng)、支撐體系監(jiān)控系統(tǒng)、主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)、塔吊及人貨梯監(jiān)測系統(tǒng)以及搭建的平臺(tái)，施工單位換一個(gè)工地仍可以繼續(xù)使用。將BIM 和IoT 融合，現(xiàn)實(shí)與虛擬、現(xiàn)實(shí)接口，實(shí)現(xiàn)對施工建造及運(yùn)維階段的行為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對建筑及市政公用工程施工單位本身安全管理具有實(shí)踐作用，對監(jiān)管單位加強(qiáng)監(jiān)督安全主體責(zé)任落實(shí)具有重要意義。