智慧工地應用探索
——智能化建造、智慧型管理

文｜中建八局第一建設有限公司 朱賀 張軍 寧文忠 魏樹臣 杜佃峰

前言：

“智慧工地”是 “智慧地球”、“智慧城市”、“智慧工廠”概念在工程建設領域的應用延伸，用“智慧”的管理理念進行工程特定生命周期的管理，是工程管理新的維度思考。

“智慧工地”也稱工地信息化，筆者認為這樣簡單給他定義過于狹隘，工地信息化只是“智慧工地”的一部分，信息化管理、智能化建造、智慧型管理三者融合的工地才能稱“智慧工地”。

筆者將我司應用的智慧工地項進行梳理、歸類，系統闡述智慧工地在我司的典型應用、創新性實踐，以及過程中的遇到的問題、解決方法。

一、基于標準化流程的信息化管理

公司的信息化建設以實現各項業務活動的橫向互動、審批處理的異地協同、資源管理的系統集成和項目管理的及時受控為目標，內容涵蓋企業的營銷、生產、技術、商務、財務、行政辦公、人力資源等多體系的工作內容。各業務部門綜合調研基層需求，將各部門的標準化管理手冊可操作上線的表單、流程進行應用開發交底，公司信息化管理部進行開發。

公司信息化管理實現手段是在應用云筑網、八局ERP系統的基礎上，以公司項目管理信息系統為主，其他配套建設為輔，如BA決策分析系統、相關方系統、遠程監控系統、勞務管理門禁系統、物資稱重計量系統等。

二、基于勞務實名制管理的智慧型應用

為避免用工風險，保障工人的合法權益，也為了更好地保障工人在施工現場的人身安全，所有的項目部均采用勞務實名制管理系統。項目部設立勞務實名制服務大廳，進場勞務工人全部實名制登記，形成勞務門禁數據庫；工人采用刷卡進出場、刷卡吃飯、洗衣、淋浴、購物的“一卡通”模式。門禁記錄工人的進出場刷卡記錄，形成工人的月出勤統計，同時項目部聯合銀行為工人辦理銀行卡，項目部提供專項賬戶的免息存款，每月項目部代付工人工資，保證農民工工資發放，實現工資發放過程管控。

通過建立聯網的勞務人員數據庫云平臺能實現項目部與項目部之間人員的聯動管理，人員的行為記錄、安全教育記錄、特殊工種教育等均能實現數據互通。

勞務人員的屬地來源、年齡構成、季節性影響、工種分析、趨勢分析是勞務研究的幾個重點。門禁數據庫通過每天的刷卡信息便能統計到每日的門禁刷卡率，刷卡人數，各工種有多少人，管理人員可以通過作業面實際人數對比計劃人數計算人員缺口，及時調整計劃，做好人員的補給。

公司還在探索工人生活區的物業化管理，在保障工人生活住宿環境的同時，還能協助項目辦理工人進退場記錄，建立工人電子體檢檔案，維護電子床位登記系統等等。

三、基于既有信息系統的數據開放應用

濟南市政府監管機構對施工現場的揚塵治理高度重視，并要求所有的工地安裝揚塵噪聲在線監測設備及視頻監控系統，并且數據需集成到政府的云平臺。公司濟南屬地項目統一安裝揚塵在線監測設備，并且數據在集成到公司平臺的同時一并發送到建委平臺。

公司視頻監控系統濟南屬地項目和濟南市建委建筑工地視頻監控集成平臺對接，免去項目部和建委一一對接的繁雜程序。

四、基于傳感器、物聯網、“一張圖”的智慧系統

1、揚塵噪聲在線監測與噴淋控制系統

為有效控制施工現場揚塵噪聲污染，現場在特定位置放置揚塵噪聲在線監測設備，監測數據實時傳送到終端設備，超標有預警功能；且現場安裝智能控制噴淋系統，當現場的揚塵數據超標時會自動觸發噴淋或霧炮設備進行噴霧降塵。

2、標準養護室溫濕度控制環境在線監控、預警系統

標準養護室溫濕度控制環境在線監控、預警系統通過在標準養護室內部放置溫度傳感器、濕度傳感器、防水攝像頭，將真實環境情況進行24小時智能化監督，解脫相關管理人員需定時抄報環境數據的工作，將環境情況數字化、網絡化，實現無紙化記錄數據；設置預警機制，如果環境條件超標可立即進行報警，實現多層級的聯動管理；利用影像記錄可將真實的環境情況進行存儲，以防止溫濕度環境失控，并能形成管理行為記錄。

3、基于GPS/北斗定位模塊的機械物聯管理系統

通過在施工現場的每臺塔吊、升降機上安裝GPS/北斗定位模塊、數據通訊模塊，將公司所有在建工程的塔吊、升降機建立數據庫，然后通過搭建的WEBGIS“一張圖”平臺實時監測其運轉情況（注：不同于塔吊黑匣子數據）、管理情況，實現機械設備統計、安裝監管、頂升監管、拆卸監管、運維監管、調度監管等。

4、基于天氣記錄、預報的智能播報系統

通過系統每天記錄當天的天氣情況，將每天的天氣形成歷史記錄，通過追溯歷史記錄可反推截止到今天累加平均溫度達600℃·天的日期，為同條件試塊的送檢提供依據，方便試驗人員送檢試塊，以免漏送。

通過鏈接本項目屬地城市國家氣象局網站公開預報的天氣，系統能識別未來一周的天氣情況并做出智能提醒，如未來一周有雨雪天氣，系統會自動提醒現場施工注意安全。

5、智能會議系統

智能會議系統結合語音控制技術、電子簽到技術、人員感知技術、直播技術將工程上的會議自動記錄形成臺賬。

具體應用場景：會議簽到不再是紙質簽到，進入會議室通過智能終端實現電子簽到，通過人員感知技術可清查簽到人數與參會人數是否相符，并做出智能提醒，電子簽到自動合成會議附件；會議過程自動抓拍會議影像，作為會議資料附件，同時會議信息會在我司項目管理系統生成會議草稿，可事先選擇是否保存會議語音文件；攝像機可進行聲控提醒是否需要錄播、是否開啟直播功能，人員可與攝像機進行語音交互，未能到場參會人員可通過終端直播收看會議內容。

6、基于“一張圖”管理的平臺搭建

利用GIS（地理信息）技術，地圖API開放平臺打造公司的“一張圖”管理的各項專題圖，將分散世界各地的項目數據進行集成，如“一張圖”市場布局、“一張圖”塔吊管理、“一張圖”施工升降機管理等。

利用GIS（地理信息）平臺將公司施工產業的上下游鏈條進行數據挖掘、分析，用世界“一張圖”的模式直觀展現產業合作伙伴，如業主、監理、分包商、供應商等，建立相應的專題圖，形成公司內部數據、資源共享機制，如工程緊缺材料的供應可以通過施工鏈近距離查找，形成資源互補。

五、三維模型交互及虛擬影像應用

三維模型交互模擬系統是將事先建好的工程仿真模型引入多點觸控三維瀏覽嵌入技術，在終端設備瀏覽器上實現模型快速接入數據，效果更直觀。

1、塔吊動態監控

打通和塔吊黑匣子的數據連接，實現塔吊實時運轉的各種數據均能到我的平臺，通過點擊模型上的塔吊，用戶就能看到該塔吊的實時黑匣子數據，也能實現歷史數據查詢；設置報警機制，塔吊運轉數據超標能觸發報警。

2、施工升降機動態監控

升降機智能動態模擬監控由硬件設備實現現場數據的采集并通過物聯網形式發送至我司平臺，實現項目端實時監控升降機的運作參數。

3、遠程監控

將現場監控的布點情況予以展示，監控點采用觸發控件，點擊該位置監控圖標即可查看實時影像。

4、能耗監控

通過在生活區、施工區設置水電消耗監控裝置，將每天的用電、用水情況實時監督，對于存在異常的情況進行報警，以查找原因。

5、其他監控

通過可視化三維模型，可以將有數據產生的地方都接入模型內，三維模型只是一個承載體和鏈接入口，如大體積混凝土無線電子測溫數據監測、基坑變形監控、高支模變形監測等。

6、虛擬影像應用

現場用無人機航拍影像，能合成多場景全景影像，可直觀的進行現場平面布局規劃；用無人機進行傾斜攝影測量，可將現場進行三維還原，可用于土方平衡測量、BIM原始現場數據模型建立等。

全景相機用于記錄全景影像日志，制作虛擬樣板庫，制作VRAR體驗素材，拍攝VR視頻。

六、基于手持終端應用的工期、安全、質量、實測實量、物料管理

我司自主開發了手持終端應用APP，通過該應用程序，可實現計劃跟蹤考核、安全整改通知單下發、安全日巡檢、質量整改通知單下發、實測實量數據現場填報及后臺分析、進場物料驗收管理。

通過手持終端設備的應用，提高了安全、質量整改效率，能在施工現場快速發現問題、解決問題，整改痕跡會完整記錄；終端還實現了分包商用戶接入整改流程，讓整個整改鏈條與實際相符、完整閉合；整改超過時限會實現預警功能。計劃考核明確責任人、負責人，讓相關人員清晰知道本月、本周的工作計劃，計劃是否完成由項目經理過程考核。實測實量板塊可以實現CAD圖紙在終端下載、上傳、在線瀏覽、填報平整度、垂直度偏差值，后臺自動計算實測實量合格率。用手持終端進行物料進場的過程驗收，并能記錄驗收影像，移動端操作即可生成材料進場臺賬、物資驗收記錄。

手持終端將部分我司項目管理信息系統需要填報的數據移植管理，兩者共用數據庫，大大提高信息化的利用效率。

七、基于BIM技術的智慧型管理

1、BIM相關智慧化應用

我司在BIM方面的研究起步較早，并且多次獲得全國級的BIM大賽大獎。公司提出將“BIM打造成項目層面的精益化管控平臺”，將BIM和商務緊密結合，在“一鍵提取工程量”、鋼筋節點優化和精細管理上均取得了研究成果。另外在BIM創新應用方面，我司探索了BIM5D平臺應用，對工程的全生命周期進行管理；“BIM+無人機+點云”進行土方平衡監測技術，高效完成了大體量土石方工程的施工監測；“BIM+三維激光掃描+放線機器人”進行高效高精度放線作業，精準度達到毫米級；“BIM+VR+3D打印”智能體驗館將虛擬現實技術與3D打印相結合，讓大眾通過高科技VR眼鏡進入建筑內部漫游，體驗了虛擬建造過程，3D打印將難以直觀表現的復雜細部節點建模打印，制作模型進行技術交底，更直觀高效；通過BIM模擬復雜隧道施工方案，更加直觀地指導隧道施工；通過基于BIM+的高效化機電安裝工程對機房進行深化設計、預制加工、現場組裝，提高了大型機房安裝效率和速度。

2、BIM相關智慧化探索

公司還在不斷豐富自身的BIM族庫（含機電安裝、土建、基礎設施）、BIM方案交底庫，將G101圖集BIM化，為現場應用提供了大量基礎性BIM資料、成果。另外公司還在探索建立項目級的BIM平臺，探索實施BIM+信息化+智能化管理，充分發揮BIM的大數據功能，為工程方案選取、物資管控、資金計劃等提供可靠的數據支撐。

由于BIM模型體量較大，且需要借助專業的軟件才能打開，且對電腦的配置要求較高，公司下一步也將致力于將模型輕體量化，實現三級管控平臺下的項目模型在線共享機制，人人通過瀏覽器就能打開BIM模型，查看信息。

八、基于人員識別的行為記錄系統

施工升降機及塔吊均實現操作人員指紋識別（部分采用人臉識別）方能啟動機械的功能，防止機械被亂用，另外操作人員每次刷指紋啟動時，其操作的行為形成的記錄也將同步保存，以備調取用之他處。

工程現場的一級二級配電箱只能是具有電工操作資格證的人員才能進行接線等其他操作，但往往施工現場這塊的管理有缺失，現在絕大多數電箱都是機械鎖，電箱門基本處于不關閉狀態，誰都可以去接電、拆電。借鑒物聯網電子鎖技術，電箱的開啟權限只對電工開放，必須掃描二維碼才能開啟電箱（或者必須是電工的門禁卡）以此嚴格現場安全用電管理。

共享輔助工具：在施工現場為工人準備必要的手頭操作工具及小型施工機具，如工人去地下室沒有手電筒，現場可免費刷卡提供一個，但如果不歸還就能追蹤到是哪個人未還。

九、基于大數據的BA分析系統

公司基于項目管理信息系統運行6年積累的數據，建立面向決策層的BA分析系統，抓取涵蓋工程、技術質量、人資、商務、財務、市場營銷等模塊的數據，利用可視化的線狀、圖狀數據進行數據分析為決策層提供支持。

十、基于綠色智能建造的標準化應用

1、綠色施工

公司于2015年發布了《綠色施工實施指南》，標準化流程管理，指南總結了14項控制項，89項一般項，30項優選項綠色施工相關內容，其中很多技術涉及智能化、信息化技術的應用，是智慧工地重要的組成部分。

2、建造產業現代化

隨著國家經濟趨勢的發展及國家相關政策的鼓勵，建筑產業化將慢慢成為行業趨勢，公司也正探索總結建筑裝配式施工技術、文旅產業成套關鍵技術、工具式模架施工技術、BIM+機電一體化的預制加工及裝配式施工技術，積極推行“以鋼代木”、鋁合金模板應用，打造產業化“智慧工廠”、“智慧工地”。

開發“基于BIM協同產業化信息平臺”，打造設計、施工建造、工廠生產等一體化的產業化協同工作平臺，設計方建立BIM標準構件庫，施工方通過智能拆分技術完成構件批量下單，交于工廠生產加工，全程用RFID技術實現構件實體追蹤，最后運至現場安裝，安裝完畢即可在后臺生成“模擬實體”。

十一、基于智能機器人的人力替代應用

機器人及人工智能的快速發展，已讓某些行業發生了顛覆性改變，如智能家居改變著人們的生活方式；共享單車、滴滴打車改變著人們的出行方式； AGV倉儲物流機器人，物流配送機器人，無人機送貨，智能化程度已經遠遠超出了我們的想象。各行各業都在提“智慧”的概念，“智慧工地”釋放出了行業變革的信號，傳統的勞動密集型作業終將會被機器人取代，測量機器人、抹灰機器人、砌筑機器人、整平機器人、3D打印機器人等各種機器人的出現改變著原有的工作模式，各種創新型的發明、人力替代機具也在工地發生著，相信不遠的將來機器人將在工地廣泛應用，大放異彩。

十二、智慧工地集成化平臺

1、項目層級智慧工地集成平臺

項目層級智慧工地集成平臺將現場基本數據收集、保存、展示，并能對數據進行分析預警，將分散的數據平臺進行集中，同時將項目管理過程中的亮點做法、工程大事、科技成果進行匯總展示，也是記錄項目周期歷程的一個平臺。

平臺整體功能包含重要數據感知、工程影像+虛擬現實等12個模塊。

2、企業層級智慧工地集成平臺

企業層級在WEBGIS、地圖API搭建的平臺下看到所有項目的集成數據；項目部是平臺的數據產生單元，項目部的系統集成各項智慧工地菜單數據；設置項目點亮機制，項目只要有滿足幾項菜單的智慧應用，地圖就會亮起該項目。

企業層級的平臺無審批流程、工作流發生，只是數據流的集成，同時分部門用戶推送預警信息。

結語：

智慧工地的體系性建設工作無標準的內容可以借鑒，我司也是過程中摸索自己總結，真正的智慧工地建設還有一條很長的路要走。科技飛速進步、信息爆炸的年代讓我們能快速“融合”、“借鑒”各種知識為我所用，這樣我們才能平穩前行，為中國的建設信息化貢獻力量。