核電工程智慧工地政策分析及推進策略

楊云斐 劉曉東 吳文同 李軍 陳子明 中核浙能能源有限公司

習近平總書記在中國共產黨第十九次全國代表大會報告中提出：“推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合，建設數字中國、智慧社會。”核電行業立即響應黨中央號召，積極推動以互聯網思維促進核電工程建設的信息技術升級，打造智慧工地管理集成管理平臺，實現了從傳統型工程管理模式向智慧工地管理模式的轉變。當前，核電工程信息化正逐漸由傳統的管理信息系統向數字化、智能化協同應用趨勢發展。國內多家核電集團及企業在智慧核電、智能工程等領域都做出了積極探索。國家能源局、生態環境部也發布了《關于加強核電工程建設質量管理的通知》，明確要求“發揮現代信息化技術在核電建設管理中的作用，建立現場人員識別和定位系統，提高工程管理信息化水平”。核電智慧工程建設也由此拉開序幕。

一、核電工程建設智慧工地的必要性

核電工程建設是一項涉及多專業、多階段、多參與方的復雜系統工程，對工程質量和安全管理有極高要求。傳統的核電工程建設管理模式存在溝通協同效率低、安全監管成本高、施工人力投入大、工程質量保障難等諸多問題，難以滿足核電行業高質量發展的需要。為此，利用物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術，構建智慧工程管理系統，實現核電工程建設過程的數字化、智能化、可視化，是核電行業數字化轉型的重要方向和創新突破點。核電工程智慧工程管理模式可以提高核電工程建設的安全性、質量和效率，降低成本和風險，增強核電行業的競爭力和影響力，可以促進管理規范化、業務標準化、成本科學化、信息自動化，并且使工程現場的人、事、物等各類信息實現透徹感知、深度互聯，從而協同利用各類資源，實現降本增效。

二、核電工程智慧工地建設的內涵

在技術層面，智慧工地能夠集成建筑信息模型、射頻識別、虛擬現實、增強現實、傳感器網絡、可穿戴智能設備等，實現信息技術與建造技術充分融合；在管理層面，智慧工地能夠對工程建設各利益相關方進行有效協同，提取有價值的數據，支撐管理決策，是一種全新的數據導向型建設項目管理模式[1]。核電工程智慧工地是建筑信息模型、物聯網、云計算、人工智能等技術的綜合應用，實現了施工現場感知功能、數據互聯互通、工程建設全過程的智能化管理。核電工程智慧工地管理系統可以根據施工現場的實際情況智能響應，打通業主方、總包方、監理方、制造方以及所有參建單位的信息平臺，形成互聯協同、智能建造、科學管理的新模式，實現設計、設備、工程等相關人員、安全、質量、環保、計劃的目標管理，對工程建設全要素系統管理便于提高效率、減少人工、智能控制、輔助決策、高效管控。

三、智慧工地建設相關政策分析

2020 年7 月3 日，住房城鄉建設部等十三部委發布《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，各級政府積極推進智慧工地的政策落地，明確提出“以數字化、智能化升級為動力，形成涵蓋科研、設計、生產加工、施工裝配、運營等全產業鏈融合一體的智能建造產業體系，提升工程質量安全、效益和品質，有效拉動內需，培育國民經濟新的增長點，實現建筑業轉型升級和持續健康發展”。2020 年8 月28 日，住建部、教育部、科技部、工信部等九部委聯合發布《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》，明確“建筑工業以信息化帶動的工業化”。2020 年12 月25 日，國家能源局和生態環境部聯合發布《關于加強核電工程建設質量管理的通知》，進一步明確要充分發揮現代信息化技術在核電建設管理中的作用，明確“統籌配備必要的硬件設施設備，對進入工程現場的人員，采用人臉、虹膜等生物識別技術進行電子打卡，采用移動定位、電子圍欄等技術對作業人員進行提醒和監督”。2023 年2 月6 日，中共中央、國務院發布《質量強國建設綱要》，明確要求“智能建造將物聯網、大數據等新一代信息技術與工業化建造技術深度融合，實現工程建設高效益、低消耗、高質量、低排放”。中國核電工程建設積極響應，率先開展智慧工地建設和部分功能模塊應用。核電工程智慧工地的功能模塊目前主要包括人員管理、設備管理、安全管理、環境管理等17 個對象[2]。

四、智慧工地功能模塊的重要性評價

智慧工地政策要求和相關利益主體對智慧工地效益的需求并不完全一致，所選擇的智慧工地功能模塊也有差異，需要根據企業自身實際需求對功能模塊的重要性進行評價分析。相關研究表明，常見52 項功能可以采用功能指數法進行功能評價。相關研究結論是塔吊監控、升降機監控、基坑監測、高支模監測、安全質量巡檢為智慧工地功能模塊最為重要的前五名[3]，也就是說，與傳統的工地信息化對人員門禁、車輛管理、周界安全、視頻監控、人員定位不同，對其重要性的評價是對智慧工地投資和收益的合理性的判斷依據之一。

五、智慧工地在不同階段的主要特征與功能需求

據不完全統計，2021 年某集團在建核電廠對比智慧工地管理要求（27 項）、技術要求（71 項）、實施指南（28 項）三份智慧工地建設標準，均有不同程度差異項。經過初步調研發現，目前智慧工地建設大多處于初級階段，個別處于初級向中級過渡階段。智慧工地在不同階段的需求不同，需要提前策劃總體方案、功能模塊設計文件，主要包括動火管理、智能巡飛、智能用水、智能用電、危大工程、智能廣播、塔吊管理、深基坑監測、混泥土監測等功能模塊。在項目核準到總包合同簽訂期間，以網絡建設、供電系統建設、專線布置、電纜電線為主；在土建階段，以智能巡飛、安全質量、環保管理為主；在安裝階段，以永臨結合為主設計數字廣播與通信、工業電視與實體保衛視頻監控、無線和有線網絡的與智慧工地重疊部分；在系統功能調試到正式運行階段，以工業視頻監控系統和數字廣播系統等為主。應根據工程進度各階段在里程碑設計相應推進計劃，結合工程進度的特點和現場人力分布情況逐步實現智慧工地總體目標。

六、核電工程智慧工地建設的主要挑戰

（一）核電智慧工地基礎理論研究相對滯后

通過大量調研發現，目前國內智慧工程建設大多仍處于初級階段，其智慧程度不高，仍需要大量人工操作，無法實現數據透徹感知、自動預警，也不能使各參建方安全質量環保進度的信息深度互聯，更不是智能建造模式下的智慧生態系統。而且當前針對“智慧工程”的研究未能充分考慮核電工程的行業特殊性，與之相關的概念定義、理論方法、評估策略、技術路線、建設策略等理論與實踐問題都尚未完全解決。核電工程智能建造模式的策略、方法和路徑尚不清晰，缺乏有效的經濟、社會、創新效益與投資收益評價機制。

（二）總承包單位智慧工地建設動力不足

在總承包模式下，業主單位對工程項目主要進行原則性、整體性、目標性的協調與控制，更加關注影響項目的重大問題，對具體實施工作介入較少。受限于各企業、項目規模、成本等因素，智慧工地的功能應用無法全面實施，總承包單位必然面臨功能選擇和組合優化的問題，從而帶來智慧工地建設動力不足的問題。

（三）智慧工程管理平臺集成程度相對較低

核電工程的安防監控、人員管理、動火管理、智能巡飛、危大工程、塔機塔吊等智慧工地平臺的功能模塊缺少與工程管理平臺的數據共享，互聯互通[4]。比如部分工程建設現場的塔吊安全系統智能化水平不高，塔吊可視化系統和防碰撞系統沒有與操作人員、指揮人員聯動協同，較少集成傳感器網絡、生物識別、人工智能等新技術，監控預警技術裝備未能對起重作業人員違章行為、起重設備運行異常、作業環境風險起到全過程監督預警和技術屏障作用。

（四） 智慧工地“永臨結合”缺乏系統性思維

“永臨結合”是按照永久標準進行施工，減少臨時設施的資源浪費，降低了臨時設施拆除過程對工程建設進度和安全的影響，起到節能、節材、環保等作用，避免重復建設[5]。目前，核電工程鮮有“永臨結合”的正式案例，智慧工程的研究尚未從工程建設到電廠運行至退役的全生命周期角度來提煉建設理論與方法。由于缺乏來自頂層的智慧工程的理論研究和底層相關方利益不同步的現狀，導致當前國內核電工程智慧工程較少與工程管理平臺、業主管理平臺、建安施工單位管理平臺、監理信息管理平臺數據全面貫通。而數據未能在工程全生命周期中實現全面貫通，就難以開展跨時間、跨空間的核電工程全生命周期的大數據分析，也就難以對“永臨結合”提出科學準確的指導。

（五）智慧工地的智能化智慧化程度不夠高

當前的核電智慧工地主要對工程建設全過程“人、機、料、法、環”進行信息化、數字化、智能化管理。但個別核電的智慧工地仍采用人工方式，如視頻監控的風險識別、隱患查找，建安承包商的施工工藝、建筑垃圾管理、危險廢物管理，工程管理平臺與智慧工地管理平臺未深度融合。建筑信息模型、射頻識別、虛擬現實、增強現實、傳感器網絡、可穿戴智能設備、工業機器人等新技術與核電工程建造不同階段需求并沒有充分結合，技術應用效果不理想。未能真正構建出以透徹感知、深度互聯、自主學習、智能應用、全局協同、永臨結合為特點的核電智慧工程形態。

七、核電智慧工地推進策略

（一）深入研究核電智慧工地基礎理論

結合核安全文化、防人因失誤理念、核電工程業務需求和新型信息技術，采取揭榜掛帥的方式，聯合科研院所深入開展智慧工地的基礎理論研究，將個人屏障、實體屏障、組織屏障、管理屏障等4 個重要應用場景作為核電工程智慧工地的功能模塊。加大人工智能和工業機器人技術應用與施工組織管理協同模型，深入應用數字孿生技術，將核電工程建設的物理場景與虛擬場景深度融合，進一步開發智能建造的策略、方法和路徑。

（二）推進核電工程智慧工地建設各利益主體動力協同

業主牽頭，由工程總包單位認真組織設計、設備、施工及監理單位貫徹落實各項政策及上級單位的指示精神、建設標準。在政策的引導下，總包單位要充分利用高科技信息技術革新傳統管理模式，節約人工成本，提升核心競爭力，形成可復制、標準化的智慧工地設計方案。智慧工地建設應納入工程建設范圍和項目概算，按照“標準化、集約化、一體化、契約化”要求，統籌業主單位、總包單位、各參建單位全生命周期的業務需求，由工程總包單位牽頭開展工程設計、集約化采購和推進實施。最后，從效益驅動、創新驅動、環境驅動三個方面推進智慧工地的動力協同。

（三）促進多專業多功能的管理平臺技術融合

綜合業主單位、總包單位、監理單位、建安單位的管理與技術業務需求，同時充分激發工程建設各方專業知識和管理能力，包括人員、資金、機械、材料、環境等實體要素在施工工藝、方法、流程和管理機制等因素聯動下的技術融合，最終形成人員、安全、質量、成本、進度、環境、合同、技術、信息、資源、風險和文化等功能模塊集成的智慧工地管理平臺，各單位各子平臺的信息互聯互通，以實現工程管理多目標、多要素管理。

（四）將“永臨結合”納入工程總體設計

通過試點、優化、固化、規模化實踐經驗，推進“永臨結合”技術標準的建立。如5G 專網的設計與實施，智慧工地及智慧電廠皆可借鑒。鑒于工業視頻監控系統和正式系統的視頻監控實體保衛系統、智慧工地的通信廣播系統與運行電廠通信廣播系統等功能均相同，可考慮“永臨結合”的設計，將智慧工地與運行電廠功能相同的系統和設備設施進行正式設計，提前使用，降低工程造價。

（五）深入推進人工智能、工業機器人在智慧工地的應用

工程總承包單位應加大人工智能、工業機器人、施工自動化技術的研發和應用。比如，場外自動化預制系統以自動化方式生產混凝土構件、鋼桁架、墻板、地板及樓梯等預制構件；推廣型材搬運機器人、砌墻機器人、鋼筋焊接機器人、組模與脫模機器人等應用范圍[6]；在智慧工地管理平臺中增強人機交互功能，建立良好的人機界面以及人機交互作用機制，使人與機器人系統協同地完成更復雜、更高風險的施工任務；通過人工智能、工業機器人技術開展建筑垃圾、危險廢物排放在線監管和過程監控；通過融合物聯網、大數據等多項信息技術構建建筑垃圾、危險廢物的在線監管平臺，準確收集信息數據并評估績效。

八、結語

當前核電工程智慧工地處于信息化、數字化向智能化轉變的關鍵時期，應擴大功能模塊，積極推進“永臨結合”，進一步開發人工智能算法對工程建設信息進行預測和評估，將智能化管理和工業機器人應用滲透到核電工程建設全產業鏈中，如此才能實現智能化技術和智慧化管理的深度融合。本文缺乏實踐案例驗證，在智慧工地理論深度上存在一定的不足，比如智慧工地的經濟效益、社會效益、創新效益的評價依據和標準的不足，對各利益相關主體對智慧工地建設動力的影響因子分析不足。筆者期望把核安全文化理念、人因失誤理論與智慧工地功能模塊深度融合，在智能化自動管理和智慧化輔助決策方面有更深入的發展。