5G與AI技術(shù)助力建筑工程項(xiàng)目管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型

尚 超 （南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院，江蘇 南京 211222）

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及以及行業(yè)監(jiān)管部門的推動下，我國建筑工程項(xiàng)目管理已經(jīng)進(jìn)入了信息化階段，各種項(xiàng)目管理系統(tǒng)大大提高了信息溝通效率與協(xié)同管理水平。但是，建筑工程項(xiàng)目管理的信息化還存在較大的局限性，例如信息系統(tǒng)開發(fā)各自為政、線上與線下信息交互不暢、缺乏準(zhǔn)確及時(shí)的管理決策等，未能從根本上解決建筑工程項(xiàng)目管理的粗放、靜態(tài)、滯后的問題。建筑工程項(xiàng)目管理數(shù)字化，以信息智能互聯(lián)互通為基礎(chǔ)，以信息應(yīng)用為核心，打通線上與線下的數(shù)據(jù)交互關(guān)系，避免信息孤島，通過數(shù)據(jù)分析提升管理能力，能夠徹底解決當(dāng)前我國建筑工程項(xiàng)目管理的面臨的問題[1]。

5G作為新一代移動通信技術(shù)，具有高速率、低延時(shí)、海量連接等特征，為建筑工程項(xiàng)目管理的信息互聯(lián)互通提供了基礎(chǔ)；AI技術(shù)通過機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識別等功能，能夠?qū)ㄖこ添?xiàng)目管理的海量信息進(jìn)行分析，并提供智能化的管理決策[2]。5G 與AI 技術(shù)在建筑行業(yè)的結(jié)合應(yīng)用能夠促進(jìn)建筑工程項(xiàng)目管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型，從信息化向“實(shí)物+數(shù)字+智能”轉(zhuǎn)變[3]。

1 5G與AI技術(shù)的發(fā)展

1.1 5G技術(shù)概況

5G技術(shù)是未來十年全球通信領(lǐng)域最重要的基礎(chǔ)技術(shù)，各國都在加速布局5G市場。我國在2019年6月已經(jīng)發(fā)放首批5G商用牌照，2020 年4 月發(fā)改委將5G 列為“新基建”的信息基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計(jì)到2020 年底5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)累計(jì)投資將達(dá)1.2 萬億元、5G基站數(shù)量將達(dá)60萬個(gè)[4]。

5G技術(shù)具有虛擬網(wǎng)絡(luò)功能、基于服務(wù)的架構(gòu)（SBA）、微服務(wù)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)切片等特性，與4G 技術(shù)的物理網(wǎng)元實(shí)體、點(diǎn)對點(diǎn)架構(gòu)、單體式架構(gòu)、單一網(wǎng)絡(luò)具有顯著不同。4G與5G的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。5G 技術(shù)相比4G 具有更高速率、更低延時(shí)、更多連接，具有萬物互聯(lián)的屬性，能夠面向更廣泛的場景、滿足更多元的需求。

表1 4G網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)比較

1.2 AI技術(shù)概況

2017年國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將人工智能上升為國家戰(zhàn)略，加速AI 技術(shù)的深度應(yīng)用；2018年12月人工智能被中央列為七大“新基建”之一。在政策推動下，截止到2020 年4 月國內(nèi)創(chuàng)立了1135 家人工智能企業(yè)、涉及16 個(gè)行業(yè)，形成了一批具有國際影響力的企業(yè)。根據(jù)IDC 統(tǒng)計(jì)，我國人工智能行業(yè)市場規(guī)模高速增長，2019年達(dá)到280億元， 2020年接近400億元，預(yù)計(jì)2022年達(dá)到694億元。

人工智能（AI）是通過機(jī)器模擬人類智能的技術(shù)，主要目標(biāo)是通過機(jī)器來獲取和運(yùn)用知識，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制仿生學(xué)等多種學(xué)科，研究領(lǐng)域包括機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺、智能感知與推理等，在圖像識別、智能控制、自動規(guī)劃、語言處理、信息檢索等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。其中，機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺是兩大核心。機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)、其他機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，能夠讓人工智能系統(tǒng)在無人干預(yù)或有人幫助的情況下自動學(xué)習(xí)，從中積累經(jīng)驗(yàn)并改進(jìn)算法。計(jì)算機(jī)視覺包括物體識別（字符、人體、物體）、屬性識別（形狀、方位）、行為識別（移動、動作），通過訓(xùn)練樣本提取特征來訓(xùn)練系統(tǒng)，利用知識庫縮小樣本搜索空間，然后提取輸入圖像特征與訓(xùn)練樣本進(jìn)行比較，最終得到分類結(jié)果。

1.3 5G與AI技術(shù)的融合

5G 與AI 技術(shù)的融合是推動行業(yè)數(shù)字化發(fā)展的重要引擎。5G 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海軌驅(qū)⒑Ａ繑?shù)據(jù)瞬時(shí)準(zhǔn)確地傳輸，形成物聯(lián)網(wǎng)（IOT），為AI 技術(shù)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，讓AI 無處不在。AI技術(shù)是數(shù)據(jù)分析的大腦，能夠打破行業(yè)發(fā)展的瓶頸，通過數(shù)據(jù)賦能釋放巨大能量。5G 與AI 技術(shù)的融合最終是形成智聯(lián)網(wǎng)（AIOT），實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)賦能智能大腦，如圖1所示。

2 基于5G與AI技術(shù)的建筑工程項(xiàng)目管理數(shù)字化解決方案

基于5G 與AI 等先進(jìn)技術(shù)搭建建筑工程項(xiàng)目管理的數(shù)字化平臺，能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場“人機(jī)物法環(huán)”進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)的采集、監(jiān)控、預(yù)測及優(yōu)化，徹底解決線上與線下信息交互不暢、缺乏準(zhǔn)確及時(shí)的管理決策等問題，提供完善的智慧工地解決方案。

圖1 5G與AI技術(shù)的融合形成AIOT

圖2 基于5G與AI技術(shù)的建筑工程項(xiàng)目管理數(shù)字化平臺架構(gòu)

基于5G 與AI 技術(shù)的建筑工程項(xiàng)目管理數(shù)字化平臺架構(gòu)一般包括四層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層，如圖2所示。

2.1 數(shù)字化平臺的感知層

感知層主要由傳感器、芯片模塊、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、行業(yè)終端等組成，作用是自動實(shí)時(shí)采集施工現(xiàn)場的關(guān)鍵信息，統(tǒng)一接入到數(shù)字化平臺中，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

在感知層中，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)是核心，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）是技術(shù)變革的最新方向。MEMS 傳感器以先進(jìn)半導(dǎo)體制造為基礎(chǔ)，與智能化芯片、機(jī)械、電子相結(jié)合，廣泛應(yīng)用于智能設(shè)備，具有體積小、精度高、功耗低、智能化等優(yōu)勢。在建筑工程中常用到的MEMS 傳感器包括各種類型的智能可穿戴設(shè)備、環(huán)境傳感器、智能攝像頭、無人機(jī)、掃描儀等。

2.2 數(shù)字化平臺的網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的作用是將感知層采集到的數(shù)據(jù)信息傳送到平臺系統(tǒng)。傳統(tǒng)的有線通信以及4G無線通信方式受到現(xiàn)場條件、傳遞速率和帶寬的限制，很難滿足項(xiàng)目管理數(shù)字化的需求，5G 通信網(wǎng)絡(luò)與近距離通信相結(jié)合可以滿足海量信息的高效及時(shí)傳輸。

在網(wǎng)絡(luò)層中，5G組網(wǎng)和RFID（射頻識別）技術(shù)是核心。由于施工現(xiàn)場情況復(fù)雜、危險(xiǎn)因素眾多，5G 組網(wǎng)需要做到安全、穩(wěn)定、柔性，具體要求如下：5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠自動匹配項(xiàng)目所處區(qū)域的變化，保證覆蓋、帶寬、時(shí)延等關(guān)鍵指標(biāo)滿足需求；配置備用電源，保證供電穩(wěn)定性；重要設(shè)備通信采用“雙路由”，通過5G與射頻或WiFi接入。RFID是一種射頻識別的無線通信技術(shù)，無須機(jī)械或者光學(xué)接觸即可實(shí)現(xiàn)識別讀寫數(shù)據(jù)。很多通信終端已經(jīng)將5G與DFID等技術(shù)集成在一起，如華為的5G工業(yè)模組。

2.3 數(shù)字化平臺的數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層的作用是存儲、歸集、分析、應(yīng)用數(shù)據(jù)，對項(xiàng)目管理決策提供支持。數(shù)據(jù)層包括三大基礎(chǔ)平臺：AI 大數(shù)據(jù)分析平臺、BIM 平臺、SaaS 平臺，通過三大基礎(chǔ)平臺集成提供智慧決策系統(tǒng)。

在數(shù)據(jù)層中，AI大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是核心。深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的機(jī)器算法已經(jīng)在建筑施工信息系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)廣聯(lián)達(dá)等企業(yè)將BIM技術(shù)與AI技術(shù)相結(jié)合，能夠提供建筑工程全生命周期的智能化與數(shù)字化解決方案。

2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層的作用是將數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)分析結(jié)果及智能決策信息應(yīng)用到項(xiàng)目的成本、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、信息等的智能化管理中，并向各類用戶提供綜合全景的人機(jī)展示，如系統(tǒng)運(yùn)營監(jiān)控、成本-進(jìn)度曲線、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、移動APP施工界面等。

3 典型應(yīng)用場景分析

3.1 基于視覺識別的智能安防

項(xiàng)目施工現(xiàn)場的風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，包括設(shè)備操作風(fēng)險(xiǎn)、防火防盜風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)等，基于視覺識別的工地智慧安防系統(tǒng)包括5G 邊緣網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控平臺、攝像頭終端、傳感器終端、其他掃描終端等，能夠?qū)︼L(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行智能預(yù)警、監(jiān)控及報(bào)警，從傳統(tǒng)的人工、被動監(jiān)控轉(zhuǎn)向智能、主動監(jiān)控。智能安防系統(tǒng)主要應(yīng)用的AI技術(shù)包括：人臉識別、圖像識別、異常行為分析、特征提取等。智能安防系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用對象的不同，包括智能安全帽、智能攝像頭、智能塔吊、智能物料驗(yàn)收、智能識別閘機(jī)、周界入侵監(jiān)控等，如圖3所示。

圖3 基于視覺識別的智能安防應(yīng)用

3.2 基于深度學(xué)習(xí)的智能調(diào)度

建筑工程項(xiàng)目管理數(shù)字化平臺擁有云端AI大腦，在動態(tài)感知施工現(xiàn)場的各種要素之后，AI大腦能夠進(jìn)行自主深度學(xué)習(xí)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真、預(yù)測、決策，讓項(xiàng)目管理更加高效智能[5]。例如，AI大腦通過實(shí)時(shí)的進(jìn)度信息與項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)相比較，可以推演出最優(yōu)施工方案及施工計(jì)劃，調(diào)度現(xiàn)場的人員、機(jī)械設(shè)備、物料高效運(yùn)作，并對預(yù)制組件生產(chǎn)工廠下達(dá)加工任務(wù)，對物流配送進(jìn)行智能調(diào)度，動態(tài)持續(xù)優(yōu)化項(xiàng)目組織方案，如圖4所示。

圖4 基于深度學(xué)習(xí)的智能調(diào)度應(yīng)用過程

4 結(jié)束語

5G與AI技術(shù)是我國“新基建”的兩大核心組成部分，已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略層面。建筑業(yè)是我國傳統(tǒng)的支柱性產(chǎn)業(yè)，5G與AI技術(shù)在建筑業(yè)中的應(yīng)用，能夠促進(jìn)建筑工程項(xiàng)目管理從信息化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，解決項(xiàng)目管理的粗放、靜態(tài)、滯后的問題，讓這一傳統(tǒng)行業(yè)煥發(fā)新的生機(jī)。