基于數字孿生技術的智慧工地工程管理研究

中圖分類號：F830 文獻標識碼：A

文章編號：2096-6903（2025）03-0049-03

0 引言

通過建立數字孿生模型，可以實時分析工地數據，預測和防范潛在風險，從而提高管理效率，優化資源配置，減少資源浪費，增加風控能力。國內數字孿生技術應用起步較晚但發展迅速，本文根據實際工程需求，利用數字孿生技術，設計一套符合西坑高中壓調壓站工地的智慧工地管理模式。

1數字孿生及智慧工地概述

數字孿生（DigitalTwin）技術在建筑行業的應用被稱為智慧工地，其核心在于通過數字化手段提升工程項目從設計、施工到運維全過程的效率、質量和安全[。智慧工地[2利用物聯網、大數據、云計算等技術收集工地上的各類數據，然后通過數字孿生模型進行深入分析和處理，以制定決策。

2智慧工地實現路徑

通過集成云計算與物聯網 （IOT）、數據采集與處理分析技術和建筑信息模型 （BIM），基于數字孿生技術，搭建智慧工地管理平臺，對建筑施工全生命周期的精確模擬和實時監控，可實現對在建項目工地的實時預測和優化管理。

2.1數字孿生仿真建模

數字孿生模型是通過整合工地的場地信息、機械信息、實時數據和環境數據等生成一個全方位的三維虛擬模型。此模型能精確地映射智慧工地的狀態，為決策提供科學依據。利用數字孿生模型進行施工過程的動態仿真，可以在不同的施工階段預測結構應力、物流流量等，從而預先識別可能的瓶頸和風險，對施工方案進行

優化調整。

2.2數據采集與處理分析

智慧工地中，各種傳感器被頻繁應用于實時監測工地的現場環境及作業條件，如溫度、濕度、風速、噪聲、揚塵等。這些傳感器采集的數據對分析場地環境、設備狀態等情況至關重要。利用攝像頭、無人機、手持相機收集施工現場圖像和視頻數據，通過圖像處理技術自動識別現場安全隱患、物資分布和工人的行動狀態，有效提升工地監控的效率和準確性。

在建項目工地環境復雜且數據量大，大數據技術在此過程中扮演著重要角色，其能夠處理和分析龐大的數據集合，提供數據存儲、管理、分析的高效解決方案。并且對收集到的大量數據進行分析學習，機器學習算法能夠預測施工過程中可能出現的問題，并給出改進建議。

2.3 云計算與物聯網

智慧工地中的數據存儲與計算任務依賴于云計算平臺，其提供了彈性的資源使用方式，能夠根據實際需求動態分配存儲和計算資源。作為連接現場設備與云端數據的橋梁，物聯網（IOT）確保了數據的實時傳輸和設備間的智能互聯，是實現實時遠程監控和管理的關鍵。

2.4信息集成與智能決策

將建筑信息模型（BIM）與其他智慧工地技術集成，實現工程設計、施工和管理的高效協同[3]。基于實時數據和仿真結果，智能決策系統為工地管理提供科學的決策支持，提升管理效率和施工質量。

2.5 可視化管理平臺

通過VR/AR技術，工程師和管理人員可以身臨其境地查看數字孿生模型及其仿真結果，提供更直觀的工程分析和維護決策體驗。結合大屏幕和多平臺終端的實

時監控系統，使得項目管理者可隨時獲取工地最新狀態，及時響應可能出現的問題和調整施工策略。

3智慧工地應用實例

3.1 工程概況

某工程位于廣東省惠州市西坑工業區，屬于三級地區，該工程采用DBB模式投資建設，設計壓力管道等級GC1級，上游氣源為惠州西坑數碼園門站。通過城市間高壓燃氣管道輸送 2.5MPa 天然氣進入西坑高中壓調壓站[4，經工藝裝置區過濾、加熱、計量、調壓后向城市燃氣中壓管網供氣。供氣能力 日均供氣量約51.2萬 。建設工期為180d。

3.2繪制仿真建模

根據西坑高中壓調壓站的設計施工圖紙，結合該項目現場實際工程量和項目進度計劃，運用3Dmax建模軟件，繪制了西坑高中壓調壓站仿真模型[5]。

基于數字孿生技術，將項目施工現場劃分為各類區域進行管理，主要包括工地進出口、工地生產區（含放散塔）、工地輔助區、物料堆放區、建材加工區等。西坑高中壓調壓站仿真模型如圖1所示。

3.3設置數據采集點

根據西坑高中壓調壓站實際情況，設計布局了安全監管點及監管設備，在智慧工地的各基礎地點、進出□、四周圍墻、生產區、輔助區、物料堆放區、建材加工區、特種設備等安裝數據采集設備和各類傳感器。通過大數據技術對設備和傳感器采集的數據進行處理和分析，在搭架的智慧工地管理平臺上編程管理接口模塊，設定危險值和報警值，通過收集人員操作命令，AI學習危險和緊急情況輔助人員決策。智慧工地安全監管點及監管設備如表1所示。

3.4搭建可視化管理平臺

結合施工現場實際情況，搭建可視化管理平臺，包括感知層、數據層、平臺層、應用層與用戶層5個主要部分。每一層都承擔著不同的功能，共同構成完整的系統架構。這種分層的設計不僅能夠有效分離關注點，還便于后期維護和擴展。

感知層通過各種傳感器和監控設備收集施工現場的實時數據。數據層負責存儲感知層采集的原始數據，并進行必要的清洗與格式轉換。平臺層是基于微服務架構搭建，主要包括數據管理、服務治理、業務邏輯處理等功能，通過微服務架構，系統可以拆分成多個獨立的服務單元，每個單元負責特定的業務功能。這些服務單元通過服務注冊與發現機制相互通信，實現動態負載均衡和容錯處理。應用層為現場管理人員提供可視化界面，展示實時監控畫面、數據分析結果、預警信息等。通過數字孿生技術，該層可以實現對施工現場的高精度動態仿真及趨勢分析、預測和模擬。用戶層主要為移動端和PC端用戶提供訪問接口，用戶可以通過這些接口獲取施工信息、提交數據和接收指令。多端支持是現代軟件系統的必備特性，它能夠提升用戶體驗，保證信息的及時傳遞。西坑高中壓調壓站智慧工地可視化管理平臺如圖2所示。

4智慧工地效果分析

4.1提升安全管理效果

通過安裝傳感器和監控設備，智慧工地能夠實時監測施工現場的安全狀況，如粉塵、噪聲、溫度、濕度等環境指標，以及工人的位置和健康狀況。系統可以自動發出預警，當檢測到潛在的安全風險時，立即采取措施，顯著降低了事故發生率。使用無人機進行空中巡查，可以到達人員難以接近的區域，減少了安全盲區，增強了現場的安全管理。

4.2 優化成本控制

通過對工地資源實時監控和數據分析，幫助管理者更合理地調配人力和物資資源，通過分析材料使用率和消耗速度，更精確地進行材料采購和使用計劃，避免資源浪費，降低成本，精準施工計劃和實時監控，減少了因計劃不當或監督不足引起的返工，節省了材料和人工成本，也縮短了項目的總體工期。

4.3改善勞務管理

基于物聯網技術的實名制管理系統，實現了對施工人員身份與工作記錄的數字化管理。這一系統不僅精確記錄了工人的出勤狀況、工時數據，還有效追蹤了他們的實時位置，從而顯著提升了管理效率，保障了工人的合法權益。基于互聯網的施工人員培訓系統，該系統依據工人的技能水平和職責需求，提供了個性化的在線培訓課程。

4.4提高項目質量和合規性

智慧工地能夠精確監控和調控施工過程中的各種關鍵變量，這種精細化管理確保了施工質量達到設計標準，為項目管理者提供了強有力的決策支持。智慧工地能夠實時監測施工活動，確保所有操作嚴格遵守法律法規以及行業標準。嚴格的合規性檢查大幅減少了因不規范操作可能導致的法律風險和經濟損失，保障了工程項目的順利進行。智慧工地輔助項目管理者得以實現對施工全過程的精準把控，從而優化資源分配，提升工程效率。

4.5加強溝通與協作

信息的實時共享使得項自管理人員能夠隨時隨地獲取最新的項目進展信息，顯著加強了各方的溝通和協作，確保了項目管理人員能及時響應，有效提升了整體工作協同性。預警和通知功能進一步增強了項目管理的效率，預警機制能及時發現潛在的風險和問題，并通過即時通訊工具將相關信息迅速傳達給相關責任人，這種高效的信息傳遞方式大大縮短了問題識別和解決的時間間隔，使項目管理人員能夠迅速響應并采取相應措施，最大程度地減少了風險和延誤，保障了項目的順利進行。

5結束語

通過研究數字孿生技術在智慧工地管理中的應用及其實際價值，運用集成先進的物聯網技術、大數據分析以及仿真建模，數字孿生為建筑工程管理工作帶來了提升。優化了資源分配，增強了工地安全和施工效率的監控與管理能力，有效減少成本超支和工期延誤，提高了項目質量。隨著科學技術水平的進一步發展和創新，數字孿生將在建筑工程管理領域發揮更大的作用，推動建筑行業向更智能、高效、可持續的方向發展。

參考文獻

[1]孫楊世佳.基于數字孿生的新城規建管一體化研究[J].上海建設科技，2023（4）：5-8.

[2]李瑞玲.BIM技術在建筑工程設計和施工中的應用[].新城建科技，2024，33（4）：7-9.

[3]關永發.建筑信息模型在綠色裝配式建筑中的應用研究[]·建設科技，2022（11）：87-91.

[4]趙詩揚.城市燃氣管道施工質量管理分析[J].城市建設理論研究（電子版），2024（5）：72-74.

[5]吳瑜靈.基于BIM技術的建設項目智能建造應用研究[].廣東土木與建筑，2023，30（12）：1-4+14.