基于現(xiàn)代信息技術(shù)的智慧工地系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用

毛雨，劉堅(jiān)，楊麗軍

（中國建筑土木建設(shè)有限公司）

1 引言

建筑施工不安全要素眾多，工程施工區(qū)域分散，工地現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜多變，工程施工操縱規(guī)范性差，各類環(huán)境污染嚴(yán)重，工地管理部門較為松散，對(duì)安全問題的警惕性不強(qiáng)，施工時(shí)各類安全事故時(shí)有發(fā)生。2016年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，提出了建筑企業(yè)要以信息化、行業(yè)監(jiān)管與專項(xiàng)信息技術(shù)及智能化為四大主要任務(wù)。運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)加深工地管理、預(yù)防危險(xiǎn)事故的發(fā)生是建筑行業(yè)對(duì)安全規(guī)范發(fā)展的緊迫需求，也是跟從信息化時(shí)代發(fā)展以及有關(guān)政策要求的必然走向。

2 智慧工地系統(tǒng)的應(yīng)用意義

智慧工地系統(tǒng)的使用能夠提升建筑工程的管理效率[2]，智慧工地系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行運(yùn)作，可提升管理過程中的信息收集與分析速度。整個(gè)建筑工地實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，各個(gè)施工部門以及施工人員間的交流和溝通速度明顯上升，進(jìn)而提高了管理者的命令下達(dá)速度、各個(gè)施工部門之間信息的傳遞、反饋信息上報(bào)等工作的靈活性與速度[1]。

使用智慧工地系統(tǒng)可以極大減少建筑工程中存在的安全隱患，對(duì)建筑施工人員本身來說，絕大多數(shù)的施工人員受教育水平不高，在安全意識(shí)上存在欠缺。智慧工地系統(tǒng)可以對(duì)每個(gè)施工人員進(jìn)行登記管理，利用定位系統(tǒng)記錄每個(gè)施工人員在施工工地的活動(dòng)軌跡，如果出現(xiàn)安全問題還可以及時(shí)進(jìn)行改正。智慧工地系統(tǒng)還能擁有即時(shí)上報(bào)的功能，系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)安全問題、出現(xiàn)安全隱患時(shí)，能夠及時(shí)進(jìn)行分析，有效保證了施工工程項(xiàng)目的安全性。

3 以現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建智慧工地

3.1 現(xiàn)代信息技術(shù)下智慧工地的數(shù)據(jù)交換方式

本文主要利用大數(shù)據(jù)下的IFC技術(shù)作為新型智慧工地的數(shù)據(jù)交換方式，通常情況下該技術(shù)的通信協(xié)議可以分為兩種：第一，當(dāng)利用EXPRESS語言作為智慧工地的數(shù)據(jù)交換算法時(shí)，IFC技術(shù)將會(huì)通過數(shù)據(jù)接入串口的方式進(jìn)行各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸；第二，如果以IFC技術(shù)為主要架構(gòu)構(gòu)建的智慧工地，那么智慧工地系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)流通將會(huì)以SDAI通信協(xié)議作為數(shù)據(jù)流通的控制標(biāo)準(zhǔn)，在此協(xié)議下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的異地存儲(chǔ)和調(diào)用，實(shí)現(xiàn)智慧工地信息的數(shù)據(jù)共享功能[2]。

3.2 智慧工地系統(tǒng)構(gòu)建邏輯與架構(gòu)

利用現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建智慧工地時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用角度對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。從宏觀角度出發(fā)，以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)所構(gòu)建的智慧工地系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)從兩個(gè)維度進(jìn)行考慮。第一，智慧工地系統(tǒng)的功能分區(qū)。以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的智慧工地系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)以施工管理、危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、質(zhì)量管理、施工巡檢和應(yīng)急管理等方面為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并依據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的重要性和功能的不同將智慧工地系統(tǒng)功能分區(qū)為現(xiàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)、線上監(jiān)管系統(tǒng)和臨時(shí)調(diào)度系統(tǒng)等三個(gè)主分區(qū)[3]。從微觀的角度看以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)的智慧工地體系，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，智慧工地的架構(gòu)應(yīng)當(dāng)大體分為系統(tǒng)監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理以及核心控制系統(tǒng)等四個(gè)階段。對(duì)監(jiān)控終端而言，系統(tǒng)需要根據(jù)監(jiān)控環(huán)境的不同而安裝不同的終端傳感器設(shè)備，如常見的球機(jī)攝像頭和槍機(jī)攝像頭、檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)溫濕度傳感器、檢測(cè)施工空氣質(zhì)量的顆粒物傳感器、檢測(cè)施工噪音的噪聲傳感器以及各種移動(dòng)終端下的智慧工地APP等；數(shù)據(jù)傳輸階段可以分為有線和無線兩種傳輸方式，傳輸核心即上述IFC技術(shù)；而數(shù)據(jù)的處理與核心控制終端則主要集中在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上[4]。

4 基于現(xiàn)代信息技術(shù)的智慧工地系統(tǒng)功能及應(yīng)用

4.1 施工現(xiàn)場(chǎng)的管理系統(tǒng)

在以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)組成的智慧工地系統(tǒng)中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心方向在于施工現(xiàn)場(chǎng)的管理，系統(tǒng)功能和應(yīng)用主要可以分為以下幾點(diǎn)。

1）施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控

在現(xiàn)代信息技術(shù)下，智慧工地可以通過在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝各類攝像頭的方式監(jiān)控施工人員的各項(xiàng)施工操作，施工管理人員可以通過在視頻的監(jiān)控中心或者移動(dòng)視頻終端對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行管理，如果安裝在施工現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭是可調(diào)控的球形攝像頭，那么施工管理人員還可以通過智慧工地APP的方式對(duì)攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)無死角的視頻監(jiān)控[5]。

2）對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)

通過上述智慧工地的各類傳感器可知，在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，智慧工地能夠?qū)崿F(xiàn)多傳感器信息共享的功能，并通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)將各類傳感器收集的數(shù)據(jù)信息匯總到智慧工地的核心處理單元中，通過智慧工地終端控制系統(tǒng)來對(duì)大數(shù)據(jù)匯集的現(xiàn)場(chǎng)施工信息進(jìn)行綜合對(duì)比分析，從施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的噪聲、揚(yáng)塵以及溫度等數(shù)據(jù)生成施工區(qū)域環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，為施工管理人員提供數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，降低管理人員判斷工作的負(fù)擔(dān)。

3）施工質(zhì)量監(jiān)管

當(dāng)建筑工程使用以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)的智慧工地時(shí)，系統(tǒng)還可以通過整個(gè)施工工期的施工質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量以及安全問題等出現(xiàn)的次數(shù)和等級(jí)進(jìn)行匯總，在施工結(jié)束前期的質(zhì)量檢查階段為檢測(cè)人員提供質(zhì)量檢查報(bào)告，讓檢測(cè)人員能夠重點(diǎn)對(duì)可能出現(xiàn)質(zhì)量問題的區(qū)域進(jìn)行檢查，降低質(zhì)量檢測(cè)工作的復(fù)雜程度和時(shí)間[6]。

4.2 危險(xiǎn)施工的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的智慧工地系統(tǒng)中，還具有對(duì)危險(xiǎn)施工操作的專項(xiàng)監(jiān)控子系統(tǒng)，在智慧工地系統(tǒng)中常見的危險(xiǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)主要集中在大型吊裝設(shè)備中。例如，塔吊安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，在整個(gè)智慧工地系統(tǒng)中會(huì)專門在吊裝機(jī)的大臂前端設(shè)計(jì)安裝兩個(gè)高清夜用攝像頭，并在地面設(shè)計(jì)一個(gè)可移動(dòng)的大臂全景攝像頭，通過現(xiàn)代信息技術(shù)下的可視化技術(shù)和運(yùn)動(dòng)軌跡自動(dòng)追蹤技術(shù)將吊鉤實(shí)際運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成視頻圖像，從而讓塔吊操作人員能夠全方位的了解大臂運(yùn)行軌跡和吊裝物的實(shí)際行進(jìn)落點(diǎn)，防止塔吊夜間作業(yè)時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)操作。同時(shí)，在大型吊裝設(shè)備的主體框架中還設(shè)有壓力傳感器，同樣此傳感器收集的數(shù)據(jù)信息會(huì)上傳至智慧工地系統(tǒng)的核心處理中心，通過結(jié)合實(shí)際天氣和溫度情況的方式將大型吊裝設(shè)備的實(shí)際承載能力轉(zhuǎn)化成動(dòng)態(tài)折線圖，并傳輸?shù)讲僮魅藛T手中，防止因吊裝過載問題造成的設(shè)備坍塌事故[7]。

5 現(xiàn)階段智慧工地系統(tǒng)的待改進(jìn)方面

通過對(duì)智慧工地的簡單了解，可以推測(cè)智慧工地系統(tǒng)能夠在未來成為多數(shù)建筑施工管理的首選系統(tǒng)，是我國建筑業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)的最強(qiáng)推動(dòng)力。但是，就現(xiàn)階段的實(shí)際應(yīng)用情況分析，智慧工地系統(tǒng)還有許多待完善的方面。智慧工地系統(tǒng)涉及多種高精尖的計(jì)算機(jī)技術(shù)，例如，人工智能技術(shù)和信息建模技術(shù)等，這些技術(shù)對(duì)開發(fā)者的專業(yè)能力是有一定要求的[8]。在進(jìn)行大規(guī)模的投入使用時(shí)，這套系統(tǒng)需要耗費(fèi)較多成本，對(duì)建筑企業(yè)來說，很難承受這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)經(jīng)費(fèi)，所以，在未來，應(yīng)借助更高端的技術(shù)手段對(duì)智慧工地進(jìn)行成本上的優(yōu)化。

6 結(jié)語

基于我國現(xiàn)在的建筑工地狀態(tài)和智能化發(fā)展需求，搭建了基于現(xiàn)代科技信息技術(shù)的智慧工地系統(tǒng)，詳細(xì)分析了具體施工建設(shè)的功能和應(yīng)用。日前，該系統(tǒng)的部分功能已經(jīng)得到了推廣和應(yīng)用。在以后的發(fā)展中，要不斷完善智慧工地系統(tǒng)，推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展，為我國的建筑事業(yè)管理實(shí)踐提供全面保障。