智慧工地信息技術(shù)應(yīng)用研究

周偉，祁小強(qiáng)，鐘鵬，岑翠，楊啟文

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司）

1 引言

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，各行各業(yè)的發(fā)展都從強(qiáng)調(diào)速度逐漸轉(zhuǎn)化為強(qiáng)調(diào)質(zhì)量。建筑施工的高質(zhì)量發(fā)展要走精細(xì)化、集約高效、智慧發(fā)展、綠色低碳的可持續(xù)道路。智慧工地在建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)上，通過(guò)科技創(chuàng)新，運(yùn)用智慧運(yùn)維手段，數(shù)字賦能建筑業(yè)，助力建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2 智慧工地

2.1 概念

智慧工地是指運(yùn)用信息化手段，通過(guò)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和施工模擬，圍繞施工過(guò)程管理，建立互聯(lián)協(xié)同、智能生產(chǎn)、科學(xué)管理的施工項(xiàng)目信息化生態(tài)圈，并將此數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下與物聯(lián)網(wǎng)采集到的工程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，提供過(guò)程趨勢(shì)預(yù)測(cè)及專家預(yù)案，實(shí)現(xiàn)工程施工可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平，從而逐步實(shí)現(xiàn)綠色建造和生態(tài)建造[1]。

智慧工地將AI（人工智能）、傳感技術(shù)、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）等技術(shù)植入到建筑、機(jī)械、人員穿戴設(shè)施、場(chǎng)地進(jìn)出關(guān)口等各類物體中，并且被廣泛互聯(lián)，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，再與“互聯(lián)網(wǎng)”整合在一起，實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目工程管理中人與工程施工現(xiàn)場(chǎng)的整合。智慧工地的核心是以一種“更智慧”的方法來(lái)改進(jìn)建筑項(xiàng)目工程各參與方相互協(xié)調(diào)、運(yùn)作、管理的方式，以便提高交互的精準(zhǔn)性、靈活性和響應(yīng)速度。

2.2 發(fā)展情況

毛志兵教授按照建筑項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)的累積情況，將智慧工地分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)三個(gè)階段，每個(gè)階段對(duì)數(shù)據(jù)和信息技術(shù)的挖掘和使用程度不同，整個(gè)階段需要較長(zhǎng)時(shí)期，是建筑施工工地管理從數(shù)字化到智能化，再到智慧化的歷程。當(dāng)前，我國(guó)的智慧工地建設(shè)還處于初級(jí)階段，正在由數(shù)字化轉(zhuǎn)型到智能化，主要是圍繞建筑工程項(xiàng)目的全生命周期，建立信息化的軟、硬件，并引入高科技的技術(shù)，將這些技術(shù)做到和信息數(shù)據(jù)、管理方式的融合發(fā)展，而不是技術(shù)的堆疊，真正使科技創(chuàng)新、技術(shù)發(fā)展成為智慧工地建設(shè)的有效驅(qū)動(dòng)力。

3 智慧工地信息技術(shù)應(yīng)用研究

3.1 支撐技術(shù)

1）數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)

在一個(gè)建筑工程項(xiàng)目中，項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各參與方需要進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的交換和共享，這些需要傳遞和共享的數(shù)據(jù)種類多樣并且龐雜，它們分布在項(xiàng)目的不同階段、不同時(shí)間和不同空間內(nèi)，而且各參與方還使用了不同的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，這些都給數(shù)據(jù)的共享和傳遞造成了困擾。那么，要實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工地的智慧化管理，首先就需要有統(tǒng)一的信息數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，具體包括：信息數(shù)據(jù)交換和共享的格式、需要交換和共享的信息內(nèi)容、確定交換的信息數(shù)據(jù)和需要的是同一個(gè)。

2）BIM技術(shù)

BIM是智慧工地三維建模的技術(shù)支撐，它具有可視性、參數(shù)化設(shè)計(jì)、協(xié)同作業(yè)、模擬施工現(xiàn)場(chǎng)工作、告警等特性，可以完全應(yīng)用在建筑工程項(xiàng)目信息管理中，包括把施工現(xiàn)場(chǎng)獲取的所有數(shù)據(jù)或者圖像等信息以三維模型的形式進(jìn)行體現(xiàn)，并可以隨時(shí)更正、優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案，便于方案比選和參數(shù)化設(shè)計(jì)、施工。與射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的結(jié)合，將信息數(shù)據(jù)導(dǎo)入管理系統(tǒng)，可以進(jìn)行建筑物的資產(chǎn)管理[2]。

3）3S技術(shù)（遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)）

3S是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科高度集成的、對(duì)空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)，3S是智慧工地成果的展示平臺(tái)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是利用計(jì)算機(jī)生成模擬環(huán)境，通過(guò)傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與環(huán)境直接進(jìn)行交互的技術(shù)。

4）物聯(lián)網(wǎng)(IOT)

IOT是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展到物與物之間，并將它們進(jìn)行信息的交換和通信。

5）云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化和負(fù)載均衡等計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。它旨在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把多個(gè)成本相對(duì)較低的計(jì)算實(shí)體，整合成具有強(qiáng)大計(jì)算能力的完美系統(tǒng)，并把這些強(qiáng)大的計(jì)算能力分布到終端用戶手中。

3.2 應(yīng)用技術(shù)

3.2.1 智能監(jiān)控技術(shù)

在智慧工地建設(shè)中，智能監(jiān)控技術(shù)主要包括：群塔作業(yè)協(xié)同監(jiān)管應(yīng)用技術(shù)、全景視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)、養(yǎng)護(hù)室溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)、人員管理在線監(jiān)控技術(shù)。

1）群塔作業(yè)協(xié)同監(jiān)管應(yīng)用技術(shù)

具體表現(xiàn)在：在操作室加裝人臉識(shí)別裝置，非注冊(cè)人員無(wú)法啟動(dòng)塔吊；在吊臂上安裝重量傳感器，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，預(yù)防超載；在操作室內(nèi)加裝傳感器和信號(hào)回傳裝置，預(yù)防碰撞，將盲區(qū)可視化、實(shí)現(xiàn)異常報(bào)警等功能；在塔吊頂端安裝風(fēng)速儀，超過(guò)規(guī)定風(fēng)速閾值將自動(dòng)報(bào)警。

2）施工電梯智能監(jiān)控技術(shù)

具體表現(xiàn)在：安裝超載自動(dòng)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄電梯內(nèi)的人員數(shù)量和載重量；安裝電梯沖頂限位自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)上升到限位點(diǎn)時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行；安裝駕駛員身份識(shí)別系統(tǒng)，避免無(wú)關(guān)人員的操作；安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控，便于管理者及時(shí)了解電梯運(yùn)行狀況[3]。

3）卸料平臺(tái)智能監(jiān)控技術(shù)

在原有的卸料平臺(tái)上安裝傳感器、顯示器、報(bào)警器，當(dāng)壓力超過(guò)限定閾值，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)生報(bào)警并推送相關(guān)管理人員，消除隱患。

3.2.2 智能監(jiān)測(cè)技術(shù)

1）環(huán)境監(jiān)測(cè)、降塵除霾聯(lián)動(dòng)技術(shù)

主要包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示傳輸系統(tǒng)、環(huán)境預(yù)警干預(yù)系統(tǒng)三部分，可以對(duì)工地的環(huán)境情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳回云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)分析。通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，按照預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，是否需要打開噴淋系統(tǒng)。

2）智能防火監(jiān)測(cè)技術(shù)

利用能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)工地中的用能狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到不合理的用能情況，進(jìn)行告警的同時(shí)切斷供能系統(tǒng)。除此之外，還可以利用煙霧和溫度傳感器進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。

3.2.3 無(wú)線能耗監(jiān)測(cè)及節(jié)能控制技術(shù)

該技術(shù)主要是將能耗的管理進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，包括能耗總量走勢(shì)分析、歷史能耗分析、能耗排名分析、能耗指標(biāo)分析、單位能耗指標(biāo)分析、能耗同比對(duì)比分析等，通過(guò)對(duì)比分析，可以對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警以及故障分析報(bào)警。

3.2.4 智能降溫技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于夏季施工工地的生活區(qū)，可以根據(jù)溫度、濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行噴灑降溫裝置的安裝，將經(jīng)過(guò)凈化處理的雨水進(jìn)行智能噴水，在降低溫度的同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)能的效果。

3.2.5 精準(zhǔn)定位技術(shù)

施工工地的管理者通過(guò)可穿戴設(shè)備，利用無(wú)線測(cè)距和無(wú)源被動(dòng)檢測(cè)技術(shù)了解到施工現(xiàn)場(chǎng)工人的分布、所處位置、考勤情況等信息，既能做到安全管理，也能為薪酬發(fā)放提供依據(jù)。

3.3 管理技術(shù)

3.3.1 無(wú)線巡航技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)設(shè)定無(wú)人機(jī)飛行航線，讓無(wú)人機(jī)在飛行時(shí)采集施工現(xiàn)場(chǎng)的視頻資料，將這些影像數(shù)據(jù)傳送到平臺(tái)進(jìn)行分析，便于施工進(jìn)度的控制和安全問(wèn)題的排查。

3.3.2 智聯(lián)應(yīng)用技術(shù)

智聯(lián)應(yīng)用以IoT設(shè)備管理為核心，依照統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，采集設(shè)備上的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及管理。該系統(tǒng)將建筑工程項(xiàng)目施工過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工生產(chǎn)、管理、服務(wù)的智慧化監(jiān)管，形成智慧工地的智聯(lián)技術(shù)應(yīng)用體系。

3.3.3 VR體驗(yàn)技術(shù)

VR技術(shù)融合3D影像投影技術(shù)，將施工現(xiàn)場(chǎng)的各種場(chǎng)景進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)，包括施工現(xiàn)場(chǎng)的高空墜物、滅火逃生等安全體驗(yàn)場(chǎng)景，管理者利用VR體驗(yàn)技術(shù)，讓工人體驗(yàn)到安全施工的重要性，也便于進(jìn)行三維技術(shù)的交付。

4 結(jié)語(yǔ)

科技推動(dòng)發(fā)展，創(chuàng)新引領(lǐng)未來(lái)，智慧工地將建筑業(yè)的核心工作——工程項(xiàng)目管理與眾多高科技技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)融合，極大改變了傳統(tǒng)施工工地雜亂無(wú)章、耗能高、污染嚴(yán)重的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐和探索，我們發(fā)現(xiàn)集成化的數(shù)字、智能技術(shù)能夠提高建筑工程項(xiàng)目質(zhì)量，提高建筑工地的科學(xué)化管理水平，節(jié)約建筑工程項(xiàng)目的成本，引領(lǐng)建筑業(yè)走向綠色可持續(xù)發(fā)展的健康道路。