“互聯網+”下的智慧工地

劉唆根，宋水根，劉永剛，皮黎飛

(新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001)

1 “智慧工地”的概述

智慧工地是“互聯網+”理念與傳統建設工程領域的深度融合[1-2]，在傳統的建設領域終端上增設數據采集、管理監控等設備，數據信息通過物聯網、BIM等信息化技術被傳輸至云端，由云端科學的分析數據、智慧預測生產過程，再將綜合計算的結果推送至終端設備、項目管理平臺，實現遠程實時監管施工現場，從而搭建智慧建造的體系。

通過對物聯網、BIM、云存儲、云計算等技術的綜合集成，智慧工地在近幾年蓬勃發展[3]，這些技術是從點到線，從線到面，從端到云以及大數據的多方聯動，這表明了在工程現場的每個部門可以與系統實現信息的共享與協作，從而提高了工作進程推進的效率，使得資源利用上更加的合理并且改善了施工對環境的影響，最終幫助工程各方的負責人及時、有效和準確地做出最佳決策。智慧工地是各種前沿信息技術的整合集成，依托計算機來擴展、延伸和部分替代人類腦力很難完成或者效率極低的工作，因此賦予了智慧的含義。

傳統工程建設領域終端往往產生龐雜的信息，以目前的工程管理技術難以及時處理，同時缺乏完備的信息化的網絡安全保護機制，工程的信息網絡容易被非法者連接上盜取諸如核心技術和建設費用等信息，網絡的邊界變得難以控制[4]。近年來，隨著互聯網技術的發展和普及，前沿科學技術在應用互聯網技術中提升自己技術競爭力的探索中不斷深入，“智慧工地”依托于“互聯網+”理念成為了“智慧城市”在工程建設領域的具體體現，是“互聯網+”和傳統工程建設領域完美結合的全新工程建設現場一體化管理模式[5]，傳統工地和智慧工地對比如圖1所示。智慧工地管理平臺如圖2所示，在智慧工地的模式下工程終端的龐雜信息將會被智能化終端設備收集起來，再通過信息化手段傳至云端，云端對信息處理并作出判斷，在此過程中強化網絡信息安全的保護措施。智慧工地實現了監管單位、施工企業、業主三方信息互聯互通的局面，大大提升了信息的透明化，使智慧工地的建設將便捷化和智能化緊密地結合在一起[6]。綜上所述，智慧工地在未來有很大發展空間。

圖1 傳統工地和智慧工地的對比

圖2 智慧工地管理平臺

2 “智慧工地”發展現狀及存在問題

2.1 國內外發展現狀

智慧城市是全球先進的發達國家發展的大趨勢，建筑工程行業又是作為城市建設中重要的支柱性產業，因此發展智慧工地成為推進智慧城市建設的重要環節[7]。國內外在構建信息化的智慧工地新生態投入大量的人力和資源，美國、日本、歐美發達國家在智慧工地建設方面的布局較早，工程領域的數據標準、工程管理規范等方面較為成熟。2009年美國提出將云計算應用到建筑行業，允許單位按需訪問共享的信息資源池[8]。歐洲國家設計出適應計算范式的集群平臺以實現建筑行業BIM技術。物聯網的快速發展實現了工程領域終端數據的即時獲取，再通過云計算對儲存在云端的大數據進行處理。作為世界上第一個在建筑行業領域上全面推進工程信息化管理的國家，日本[9]在20世紀就已經十分重視建筑業的信息化建設，提出并且大力地推行建筑工程全生命周期的信息化管理理念，在工程信息化管理上做出了許多前瞻性的工作。整個工程項目在全生命周期內，全部采用信息化管理方式，來降低工程成本、提升工程質量及效率。

中國智慧工地的建設布局比較晚[10]，2000年左右國內工程建設領域的管理系統混亂，較為先進的建筑行業信息化管理手段是發展BIM技術，但隨著行業的蓬勃發展，龐雜的大量行業信息僅僅利用BIM技術無法處理，監管部門和企業之間的信息無法及時共享，這成為了行業向智慧化管理發展的一大阻礙。于是住建部在2014年下發文件要求在建筑行業大力發展智慧工地。經過多年的發展，國內的工程建設領域在互聯網+的技術支持下展開智慧工地建設，綜合性看經歷智慧研究階段、概念定義階段與實施探索階段[11]。

2.2 智慧工地現存問題

智慧工地本身擁有很好的理念和產品示范，但在實際應用中，大多數企業將其主要應用到對現場的管理中，由于使用者認知水平不一，經常會出現一個項目傳統工作方式和智慧化管理方式共存的現象，增添管理層的工作強度，智慧工地應用的功能分散，難以形成完整的有機整體[12]。目前工程建設領域對優化管理需求旺盛，但考慮到全面布局智慧工地的建設費高昂，眾多企業仍然對智慧工地持觀望態度。另外，項目管理自上而下的執行模式，使項目經理和公司層級的制度保障和管理支持成為決定智慧工地應用成敗的關鍵因素。面對施工現場復雜多維的數據，新技術的應用解決了以往難以解決的問題。但是目前由于國外缺乏一個統一的標準，智慧化的工地建設還沒有形成大規模。我國建筑業的產值每年都在增長，建筑業的規模依然處在不斷迅速發展的階段，目前也面臨對于施工安全和質量的監督管理難度不斷增加、環保問題日益嚴峻等問題。因此，對智慧工地的研究和應用應當更加的深入，應當充分利用其“智慧”功能，從而改變建筑工程工地管理的現狀[13]。

3 “智慧工地”建設的意義

智慧工地是“互聯網+”理念與傳統建筑工程領域的深度融合。通過使用物聯網、云計算、BIM等信息化手段，實現互聯協作、智能生產、科學管理智能化的目標，進而對企業的發展起到促進作用。建設智慧工地的意義主要集中在以下幾個方面。

3.1 智能互聯

智慧工地的核心本質是智能互聯。隨著智能終端技術的不斷創新，其應用越來越廣泛，企業現場人力腦力無法完成的海量信息收集、匯總、分析、計算的局面將不復存在，企業總部可輕松應對與其下屬部門交流面廣人少的困境，同時對終端的遠程監督將堅實落地。智慧工地在工程項目實施的過程中，以物聯智能、移動互聯網等信息化技術以及手段為基礎，每一個子系統終端如同多雙觸手，賦予了終端現場人、機、料、法、環等多項要素以智能，對整個施工過程進行精準的模擬和設計，增加過程的可視化程度，建立起一套科學管理智能生產的信息化生態圈，能夠在出現質量問題時及時追責并處理，進一步保證整個建筑工程的質量。以上是智能互聯的真實體現，也是構建智慧工地的核心所在。在項目實施過程中，智慧工地以物聯網智能、移動互聯網等信息技術和手段為基礎。每個子系統終端就像多雙觸手，為終端現場的人、機、物、法、環境等諸多要素提供智能，使得準確模擬設計整個施工過程，增加過程的可視化，建立科學管理智能生產的信息化生態系統，及時跟蹤追責和處理質量問題，進一步保證整個建筑工程的質量。以上即為智能互聯的真實體現，也是智慧工地建設的核心所在。

3.2 提高現場工作的執行效率

綜合應用BIM、云計算、大數據、互聯網、移動設備、智能應用等現代先進技術[14]，讓施工現場更加透徹，更加全面地了解整個項目的重點、難點，對于管理人員分配工作人員和物料有很大的作用，避免資源的浪費，而且能夠通過視頻監控內容，提前發現問題，及時處理問題，極大的程度上阻止了工作滯后的情況發生。比如現場人力物力的調動，根據大數據的體現和智能化的深入，制定更好的施工方式，讓更多人群去適應智慧工地帶來的便利，從而使得工作效率會越來越高。

3.3 優化企業管理工作

將傳統建設領域與人工智能、大數據及互聯網等技術結合到一起，在智能數據采集和科學分析的基礎上，利用三維設計和信息化管理平臺對施工過程進行精確設計和模擬，建立集成的信息管理模型，實現對整個施工過程的可視化控制。借助云平臺、大數據、人工智能等手段，對項目收集、記錄的信息和數據進行深入挖掘和分析，為項目管理和決策提供數據支持，進一步優化投入資源，創造更高的經濟效益。有利于搞好企業內部管理和改革。同時，在這些施工現場的建設中不斷采取創新措施，進一步提高企業內部管理的準確性、深度和廣度，并且進一步幫助企業內部的決策分析以及風險管控，能使建筑企業內部的管理模式進一步升級。

4 “智慧工地”的建設方法

智慧工地是利用施工資源對信息系統中的大數據的計算分析，是一種工廠對于現場的管理方法，此方法具有現代化、信息化及集成一體化的優勢。形成了以工程建設項目為主要任務，配合工地員工實名制考核信息、視頻監控信息、現場環境粉塵檢測信息和運輸車輛監測信息和起重機械考察信息。共同構建出一套企業、二級單位、項目三項智慧控制服務平臺。

4.1 整合資源，重點建設智慧工地監管云平臺

智慧工地項目的一個關鍵條件，是對監管云平臺的搭建，監管云平臺是數據信息綜合分析的靈魂。以創建一個共享共建、互通互聯、綜合應用的工地監管生態系統為終極目標。根據此建設思路，再對相關人員、機械設備、環境等進行更加細微的監管子系統，改變之前原有模式的人與人之間，物體之間以及人與物之間各種信息的協調整合、共享共用和相互融合，這是新的云平臺搭建的核心關鍵。也是智慧工地項目成功的保障[15]。

4.2 制度護航

項目的正常穩定地推進需要做到幾點，一是對于體制系統的完善，只有體制系統完善了才能提高工作效率，需要相關部門將智慧工地的建設成果歸算到相關個人的考核之中，制定一套獎懲措施。二是輿論宣傳，需要進行大力宣傳和普及。宣傳的形式可以通過組織實地觀看效果和舉辦交談會等多種形式，需要加強各單位之間和單位內部之間對于智慧工地建設思路的認同，并積極引導大家參與進來，將大家的智慧集中起來，共同創建更加科學合理的智慧工地。

5 “智慧工地”的應用示例

5.1 用工實名制與工資支付

實名監督系統如圖3所示。企業對工地人員進行考核的方法采用移動互聯網、物聯網技術，并且建立相關管理應用平臺來更加完善解決各方面群體的管理問題，做到既可以對工地工作人員的信息進行統計、共享和利用，又可以減少勞務糾紛事件的發生，這完全符合公司對于員工管理的要求，可以大大提高勞務管理的效率，進而使企業的合作協調和勞動力資源共享的優勢更充分地發揮出來，從而實現增強企業核心競爭力的遠大目標。

圖3 農民工實名制監管系統

勞務管理是在研究智慧工地項目中不可或缺的一部分。在施工期間，對于施工地應進行封閉圍欄，在施工出入口配備人臉識別系統門禁并配備全套監控設備，保證外來人員不能進入到施工場地。

企業進行勞務人員的實名制及個人身份信息的統計確認，再根據工人的身份信息，對其進行工種、性別、年齡等各方面劃分，從而進行團隊結構優化[16]。建立的勞務系統進行數據采集和分析，可以準確地繪制勞動力分布曲線，根據曲線就可以更加合理地在不同時間段內分配勞動力，優化了勞動力使用，可以有效地避免出工不出力的情況。采用虹膜系統門禁不僅可以防止外來無關人員進入施工現場，也可以有效地對施工人員進行考勤打卡，督促了施工人員的工作，也在一定程度上避免了工資結算可能出現的勞資糾紛[17-18]。

5.2 環境控制系統

近些年，全國各地管理單位，正在逐漸將揚塵、噪聲監測系統歸入到傳統建設領域施工要求之中，管控內容包括大氣顆粒物濃度、環境溫濕度、風速、風向、大氣壓及噪聲等多項環境參數，監測系統是由數據采集器、傳感器、數據顯示器、無線傳輸、數據處理系統和信息監控管理系統構成的，依靠自動化監測的相關設備，對現場范圍內的環境指標問題進行實時的檢測，及時將結果傳入終端的網絡平臺，相關負責人將通過智能電子設備在第一時間收到參數，并立即進行相應的處理(見圖4)。從而減少了相關管理人員需要按時到現場查看相關環境數據，通過記錄、計算再進行相關解決方案的制定，同時，系統應設定各項環境指標的上限報警值，達到上限后第一時間報警，實現全方位綜合處理。使各相關部門可以在最短的時間內發現問題，解決問題，實時地掌握現場的工作開展情況。

圖4 環境控制系統

例如浙江臺州移動智慧工地項目，2019年4月中國移動與臺州市住房和城鄉建設局簽訂合同，服務期限三年。該項目是臺州移動投資建設的基于5G、物聯網等相關技術，實現建筑業管理業務所需各種應用的云平臺。住建管理部門及各施工和建設單位均以本項目平臺作為唯一出入口進行接入和監管。其中的揚塵監測聯動系統具備以下優點：

(1)技術先進性。采用當今最前沿的工業級NB-IoT智能終端設備，打破以專線、藍牙、RFID射頻技術為主的傳統做法，既提升了施工靈活性和便利性，又降低了企業成本(見圖5)。

圖5 智慧工地高效運轉原理圖

(2)改善民生。聯合環保部門，響應政府“藍天保衛戰”計劃，全省首個有效解決工地環境污染防控和治理的信息化項目；實時有效監管，24小時在線的遠程監測，數據異動自動報警，使政府不再依靠抽檢等落后手段，改善監管成本和效率。

(3)物聯網收入。首批建設162家重點工地，帶來物聯網收入200萬。

6 結 語

“智慧城市”概念和應用逐漸普及之后，諸多國家將依照本國的發展狀況制定智慧城市實施方案，如新加坡的“智慧國計劃”、韓國的“U-CITY計劃”。隨著智慧城市的構建逐漸走向精細化，出現了很多細分的智慧行業，其中工程建設領域的信息化、智慧化發展最為突出。由智慧城市衍生出智慧工地項目水到渠成。

在這種趨勢下，智慧工地的內涵正在被人們更為精準的認知理解，從而構造符合實際情況的智慧工地的設計和實施的原則，在原則的指導下合理化地推進智慧工地項目建設。

基于互聯網+下的智慧工地項目，采用先進的互聯網技術，為傳統的工程建設領域帶來信息技術的全面革新。互聯網+下的智慧工地利于行業的良性發展，同時也是一項規模宏大，任務艱巨的系統工程。作為智慧城市中最重要的一環，智慧工地的發展應當大膽創新，萬眾聯合，從而為傳統建筑行業這一偉大變革添磚加瓦，為中國夢、安全夢保駕護航。