BIM+智慧工地集成管理平臺研發與實踐

劉家會 蔣小軍 衛世全 程勛明 韋盛輝 陳亞魁

(中國建筑第五工程局有限公司安徽分公司，合肥 230041)

引言

住建部印發：2016-2020年建筑業信息化發展綱要中提出“十三五”時期，全面提高建筑業信息化水平著力增強BIM、大數據、智能化、移動通訊、云計算、物聯網等信息技術集成應用能力[1]，形成一批具有較強信息技術創新能力和信息化應用達到國際先進水平的建筑企業及具有關鍵自主知識產權的建筑信息技術企業[2]。

科技引領加速產業融合，智能建造助推行業升級。在數字信息浪潮席卷及國家深化建筑行業改革大環境下，“智能建造”作為新時代產物備受矚目。近年來，智慧工地的發展和應用成果顯著，目前市面上智慧工地平臺眾多，存在費用高，信息不安全等問題。為積極響應“中國建造2035”戰略發展目標，提升企業建筑工地管理水平和可持續發展，中國建筑第五工程局有限公司全面開展數字智能化建設，公司自主研發了依托于肥東大劇院文化館的智云互聯場館BIM+智慧工地集成管理平臺(簡稱“智云互聯”)。

1 工程概況

肥東大劇院文化館，項目位于合肥市肥東縣東部新城瑤崗路與撮鎮路交口。本工程規劃建設用地約63.3畝，總建筑面積為4.75萬m2。其中地下室面積1.7萬m2，地上部分面積3.05萬m2。大劇院地上4層，地下1層[3]，建筑空間主要功能有1 200座歌劇院、會議室、排練廳、休息室等。文化館地上四層，地下一層，建筑空間主要功能有650座多功能廳、多功能排練廳、會議室、書法教室、舞蹈工作室等，如圖1所示。建筑功能能夠滿足各類高檔次大型演出，建成后將會面向大眾全面開放，可以容納兩千人左右。項目部搭建“智云互聯”智慧工地指揮中心，分為智慧工地區、沙盤區和VR虛擬安全教育體驗區。

圖1 合肥市肥東縣大劇院文化館效果圖

2 BIM+物聯網智慧建造綜合管控平臺的構思與開發

BIM+系統的開發是基于IPC數據標準的“五新”BIM云族管理系統，本系統以BIM+物聯網為基礎，采用了WEBGL+BIMVR+BIMGIS三引擎技術，將各類施工現場傳感器數據整合至輕量化的BIM模型中、打通了BIM模型數據與工程項目管理業務流程的交互，實時、有效、準確的反應施工現場的情況，支持PC端、LED大屏等多終端使用，形成了模型瀏覽查看與管理、BIM智慧工地、質量管理、安全管理、AI智能識別等集成化管理環境。通過BIM智慧工地管理平臺，實現了智慧工地數據信息集成、數據信息分析的作用，有效提升了項目質量，達到BIM智慧工地、智慧管理、智慧決策的目的。

2.1 BIM+物聯網的場館類文化建筑智慧建造綜合管控平臺構思

“BIM+物聯網的場館類文化建筑智慧建造綜合管控”創造性地將施工現場視頻管理、建筑起重機械進行安全監控管理、勞務實名制管理、揚塵噪聲監測管理有機、高效、科學規范的結合，真正實現了工程項目業務流與現場各類監控源數據流的有效結合與深度配合，實現了建筑企業內部對各工程項目的集約式管理模式，大大提高了施工企業的工作效率和管理力度，巔覆了原有的傳統施工現場管理模式[4]，使企業的競爭力得到了質的跨越。

采用基于J2EE多層架構的平臺化策略，廣泛使用組件和模塊化技術進行總體設計，整體框架的設計著重體現數據交換、信息協調的設計理念，方便擴展，便于部署，操作簡單，易于維護。

2.2 互聯網智慧建造綜合管控平臺開發

為確保系統建設穩定與可持續擴展，在系統技術方案設計時我們遵循統一性、先進性、安全性、成熟性、實用性、可拓展性等多項原則。在開發時嚴格遵循信息化相關規范、軟件設計、開放相關標準、計算機軟件工程規范國家標準匯編、代碼體系設計與依據中的相關標準和規范設計。

3 “智云互聯”平臺簡介

“智云互聯”是由中建五局安徽公司自主研發，肥東縣大劇院文化館項目試點運營的智慧工地云平臺，具有自主知識產權，如圖2所示。我們從專業施工角度，利用AI智能檢測，解決施工現場安全質量問題，立志成為建筑AI時代的領跑者。將科技與傳統建筑業相結合，使現場管理科學化、規范化、合理化。

圖2 “智云互聯”平臺登錄界面

“智云互聯”平臺主要涵蓋BIM+、勞務實名制管理、綠色施工、設備監測、危險源監測、先鋒黨建、視頻監控、工程資料、五局協同等十個模塊。同時向移動客戶端升級，開發“智云互聯場館BIM+智慧工地集成管理平臺(小程序端)”、“五局BIMer小程序BIM管理軟件V1.0”等各種軟件，降低了整個平臺的可操作性，使之更方便快捷。

“智云互聯”平臺采用項目數字化管理系統+BIM技術+人工智能設備，將各種軟硬件系統數據集成到一個統一的平臺，基于平臺將各子應用系統的數據統一呈現，形成互聯，項目關鍵指標通過直觀的圖表形式呈現，智能識別項目風險并預警，問題追根溯源，幫助項目實現數字化、在線化、智能化，為項目經理和管理團隊打造一個智能化“工地指揮中心”。

3.1 BIM+模塊

3.1.1 BIM+720云

將項目內部裝飾三維模型制作成精裝修樣板，整個建筑內部裝飾完成效果通過720云全景進行展示。同時可以根據需求改變裝飾材質，形成不同材質效果的精裝全景方案，解決了場館類文化建筑對裝飾風格及裝飾效果要求高的問題。利用Revit模型制作720云全景，虛擬展示建成后的建筑全貌。利用無人機對工地現場航拍，制作工地720云全景，全面展示現場狀態。BIM+720云平臺集成應用很好地解決了施工現場的多項難題，如圖3所示。

圖3 BIM+720云平臺

3.1.2 BIM+輕量化

將各專業BIM模型輕量化，縮小BIM模型體量，通過平臺提取構件工程量，查看構件信息，提高圖紙識別度，使之更加適用于電腦和手機，更加方便快捷，如圖4所示。

圖4 BIM+模型輕量化平臺

3.1.3 BIM+GIS

通過無人機采集施工現場的360°全景數據，利用GIS傾斜攝影三維重建技術對采集的數據進行處理，將BIM模型與GIS模型融合到統一的坐標系，在模型中進行標記、測量、查看高程和坐標等信息。將GIS平臺集成到智慧工地平臺，并與實時監控的施工現場進行對比分析，為方案選取、施工過程監管、信息收集提供支持，如圖5所示。

圖5 BIM+GIS平臺

3.1.4 BIM+三維場布

根據現場實地情況進行項目場地布置[5]，充分地利用現場資源，為項目臨建布局及場地布置提供數據支持，減少二次搬運，促進安全文明施工，樹立良好的企業形象，如圖6所示。

圖6 BIM+場地布置

3.2 勞務實名制管理模塊

實名制管理系統具有勞務實名制管理、考勤預警、閘機設備管理、數據采集、統計進場人數、人員定位管理、出勤數據查詢等多項功能。將用工合同、身份信息、安全教育、考勤記錄、工資明細五流合一，確保工人工資發放到位，幫助管理者掌握更準確的人員信息，如圖7所示。

圖7 勞務實名制監測

3.3 綠色施工管理子系統

綠色施工管理子系統包含節水、節能、噪音分析、環境分析、空氣質量等[6]。整個系統按照設定參數運行，對現場PM2.5、PM10、溫度、濕度、噪音等進行監測。同時現場安裝雨水收集系統，通過三級沉淀用于道路及外架噴淋，噴淋與監測系統聯動，一旦污染物超標，噴淋系統自動打開，如圖8所示。

圖8 綠色施工

3.4 設備監測模塊

運用大數據+移動應用的模式，采用視頻監控系統、卸料平臺超載預警系統和升降機安全監測系統、AI人工智能識別系統等系統，通過在現場部署的監控攝像頭、傳感器等監測設備[7]，對人貨電梯、塔吊、升降機、卸料平臺、標養室、雨水收集等進行監控，分析現場作業情況，實時掌握施工動態。在違章操作發生預警、報警的同時，自動終止機械危險動作，有效避免和減少安全事故的發生。系統將自動收集過程資料，做到全時段、全方位的過程管理，具有可追溯性[8]，如圖9所示。

圖9 設備監測

3.5 危險源監測模塊

對現場重大危險源進行監測，涵蓋高支模、深基坑、大體積混凝土和鋼結構。將平時不容易發現的問題進行數據化，直觀地分析在施工過程中各種危險源的受力情況，及時作出相應措施，如圖10所示。

圖10 危險源監測

3.6 先鋒黨建模塊

利用先鋒黨建模塊，宣傳十九大精神與習近平新時代中國特色社會主義思想以及中建五局“超英精神”。中建五局安徽公司八個先鋒與項目生產結合到一起，黨員同志亮身份，真正實現黨建引領團建，帶動現場生產力，如圖11所示。

圖11 先鋒黨建

3.7 視頻監控管理子系統

在現有的項目管理機制中融入視頻監控管理元素，通過遠程平臺、智能手機APP軟件和大屏幕做到對施工現場全過程、多方位的有效掌控。對建筑施工現場(施工面、重點區域)的實時監控，可實時了解施工進度、施工質量、施工現場基本情況、安全動態及重大危險源控制等，強化了監管力度，提高了辦公效率，如圖12所示。

圖12 視頻監控平臺

3.8 工程資料模塊

通過智云互聯平臺進入公司內部NAS服務器，將項目資料由專人進行備份、上傳，并形成體系。保證過程資料不丟失，方便過程檢查及驗收查找，使之更具有可追溯性。

3.9 五局協同模塊

將五局協同接入智云互聯平臺，所有流程及發布均由線上完成。同時智慧工地監測的平臺數據均可從協同中導出，方便快捷，實現無紙化辦公[9]。

3.10 向移動客戶端升級

項目在開發互聯網智慧建造綜合管控平臺的基礎上，開發“智云互聯場館BIM+智慧工地集成管理平臺(小程序端)”、“五局BIMer小程序BIM管理軟件V1.0”等各種軟件，降低了整個平臺的可操作性，使之更方便快捷，如圖13所示。

圖13 BIMer小程序

4 研究成果及實踐經驗總結

4.1 研究成果

2018年取得四項軟件著作權授權：

(1)智云互聯場館BIM+智慧工地集成管理平臺系統；

(2)智云互聯場館BIM+智慧工地集成管理平臺(小程序端)；

(3)智云互聯場館BIM+智慧工地集成管理平臺(BS端)；

(4)五局BIMer小程序BIM管理軟件。

4.2 實踐經驗總結

“智云互聯”平臺結合施工企業需求，加入BIM+模塊、先鋒黨建模塊、工程資料模塊、五局協同模塊。加強平臺的信息集成，數據互聯，建設具有中建特色的智慧工地平臺。本平臺在肥東大劇院文化館工程中推廣應用，取得了良好的實踐效果。公司將繼續綜合運用大數據、物聯網、人工智能等先進技術，進一步打造更專業、更先進的智慧工地解決方案，加快推進信息技術與建筑業發展深度融合，為集團智慧建造的開展助力賦能。

BIM+物聯網的場館類文化建筑智慧建造綜合管控技術建立互聯協同、智能生產、科學管理的施工項目信息化生態圈，并將在虛擬現實環境下數據與采集到的工程信息進行對比分析，提供趨勢預測及專家處理預案，實現工程施工可視化智能管理，以提高信息化水平，逐步實現建筑業的綠色建造和生態建造[10]。

4.3 “智云互聯”平臺的智慧之處

基于BIM+技術的應用，打破目前施工現場由施工方一方主導、憑經驗管理、信息傳遞不及時、溝通不順暢等現狀；數據自動采集及信息自動更新使信息掌握更加便利，應急處置更加迅速，安全質量監督更加直觀；監控多方參與及監控貫穿全程，實現了對施工安全的自動化、信息化、可視化、無紙化的高效監控。隨著“智慧工地”系統進一步普及完善并融入到項目日常建設中，“智慧工地”也將發揮更大作用，為項目建設保駕護航。

4.4 智慧平臺的效益總結

“智云互聯”平臺依托項目的成功應用，獲得第五屆中國建設工程BIM大賽和首屆工程建設行業BIM大賽獎項。項目多次舉辦觀摩會和交流會，取得了良好的社會效益。該平臺的集成應用解決了施工管理平臺多、操作復雜、數據不安全、落地難的問題，提高了施工效率，縮短了工期，創造了較大的經濟價值，直接節約經濟成本450萬，對項目有良好的指導性。

“智云互聯”平臺在肥東大劇院文化館項目的成功應用，有效探索出了一條適合本企業使用BIM+智慧工地集成管理平臺的運行機制，為以后公司平臺研發與全面推廣“BIM+智慧工地”應用做了示范引領及經驗總結。

5 結語

(1)“智云互聯”充分利用移動互聯、物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術，徹底改變傳統建筑施工現場參建各方現場管理的交互方式、工作方式和管理模式，可以幫助企業樹立品牌形象與標桿效應。

(2)智云互聯場館BIM+智慧工地集成管理平臺打破目前施工現場由施工方一方主導、憑經驗管理、信息傳遞不及時等現狀；采用現場數據自動采集和更新、多方參與、監控貫穿全程，實現施工管理的信息化、可視化、智能化管理。

(3)平臺將BIM、VR、AI、GIS等技術植入到建筑、施工機械、人員穿戴設備、場地關口等各類物體中，實現普遍互聯，并與互聯網集成，遵循智慧工地建設的基本理念，結合工地的實際管理需求，打造“安全、綠色、智能、高效”的智慧工地云平臺，實施對“人、機、料、法、環”等各關鍵要素的實時、全面、智能的監控和管理，實現以項目為核心的多方協同、多級聯動、管理預控、整合高效的創新管理體系，保證工程質量、安全、進度、成本建設目標的順利實現，有利于推進施工過程中綜合集成與智能決策，為建筑業升級改造與數字化轉型提供了重要的技術支撐力量[11]。