智慧工地系統在項目數字化管理中的應用

常 彪 齊志豪 岳久杰 孫利兵 黨金忠 石 磊 譚國煒

中建三局集團有限公司（北京） 北京 100097

近期，住建部等十三部門聯合印發的《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》指出，要以大力發展建筑工業化為載體，以數字化、智能化升級為動力，創新突破相關核心技術，加大智能建造在工程建設各環節中的應用，形成涵蓋科研、設計、生產加工、施工裝配、運營等全產業鏈融合一體的智能建造產業體系[1-5]。

智能建造不僅僅是工程建造技術的變革創新，更將從產品形態、建造方式、經營理念、市場形態以及行業管理等方面重塑建筑業。 一直以來，中國建筑致力于推動智能建造，包括智慧設計、智慧工廠、智慧工地等，尤其是項目施工全過程的智慧建造。本文結合具體項目，就智慧工地是如何推動項目生產方式和行為管理模式的變革等內容進行論述。

1 工程概況

北京市海淀區建設工程項目總建筑面積17萬 m2，地上多個樓棟，建筑層數以4層為主。建成后為多功能綜合類建筑。

2 項目管理重難點

1）信息安防壓力大。如何確保項目信息及安防安全是本工程的重難點。

2）生產履約工期緊，質量要求標準高。本工程為國家重點工程，總工期825日歷天，工期十分緊張，其間因受疫情影響暫停施工，如何確保工期至關重要。

3）安全管理難度大。本工程安全目標為創建成“北京市綠色安全樣板工地”，且建筑物單體平面分散，臨邊洞口及高處作業等危險源較多，如何做好危險源控制及安全文明施工是安全管理方面的難點。

4）施工機械監管難。施工現場每日有百余臺各類車輛進出，車輛進出場審查的工作量繁雜，且現場共布置有11臺塔吊、14臺施工電梯，大型機械作業的監督管理難度非常大。

5）人員監管排查嚴。本工程各參建單位人員有千余人，如何滿足眾多工友的生活需求，如何分配現場勞動力、規范人員行為是人員管控方面的難點。

3 智慧工地系統建設思路

針對管理方面的重難點，圍繞“人、機、料、法、環”等基本要素，打造以局域網及BIM技術應用為基礎的智慧工地系統，著力開展設計數字化、生產數字化、施工數字化、交付數字化和運維數字化這“五個數字化”管理應用。

4 智慧工地系統三大中心

為推進“五個數字化”落地應用，充分發揮智能建造各系統功能。項目搭建三大中心（BIM中心、總控中心、指揮中心），以BIM中心為基礎，以總控中心為樞紐，以指揮中心為大腦，形成對現場全面數字化的指揮與監管。

1）BIM中心。作為設計、生產、交付及運營數字化的核心，提供設計、監理、總包、機電及裝飾等單位可視化協同辦公支撐。

2）總控中心。作為項目管控預警中心，值班人員通過各系統信息化終端設備顯示的數據及圖像，對項目保密及安防、生產及安全情況進行監控監管，為項目提供可視化的決策支持。

3）指揮中心。作為項目指揮大腦，匯聚項目相關運營數據，當出現重要事項或緊急事件時，可為決策者提供智能化的決策支持。

5 項目數字化管理應用

5.1 BIM+設計數字化管理應用

圍繞“設計數字化”，項目充分利用BIM技術，開展設計及深化設計工作。

在施工圖紙階段，主要進行設計可視化、空間定位分析、方案比選、建筑性能分析、多專業協調、造價分析等，提高設計質量。

例如在安全疏散方面，通過模擬分析，得到疏散時間與疏散門通過率，優化了公共區域的疏散門位置，并將疏散門的尺寸信息增加在了規范要求中，提升了用戶的使用體驗。

在深化設計階段，主要進行基坑、結構、機電、幕墻等全專業深化設計管理，并結合VR技術進行深化設計成果評審及交底。

1）通過基坑模型復核與周邊地下管線的關系，確保施工過程中無破壞周邊地下管線的情況。同時，通過精準的模型進行工程量提取及過程控制。

2）結構模型深化設計，主要是對集水坑、女兒墻、出屋面結構及洞口進行深化，與機電管線進行綜合，復核機電預留洞口與安裝之間的關系，為機電凈高分析提供基礎，指導現場結構施工。

3）二次結構模型深化，主要是對圈梁、構造柱、過梁等構件進行深化，優化門垛做法，復核機電預留洞口，導出二次結構深化圖以指導現場施工。

4）鋼結構專業根據設計圖紙，使用Tekla進行模型深化設計，導出*.IFC格式與Revit結構模型進行碰撞檢查，確認無誤后，在Tekla中進行加工圖出圖，加工圖經各方確認后在工廠進行預制加工及組裝，隨后運輸至現場進行拼裝。

5）在幕墻專業深化設計過程中，復核幕墻專業預埋件與結構之間的關系，以及埋件與龍骨之間的關系，將沖突問題反饋至深化設計人員并進行處理，在深化設計過程中若發現多處埋件未能附著于結構上，應與設計人員協調進行修改，減少現場拆改量。

6）在機電綜合管線深化方面，由于限高，層高較低，同時管線較為復雜，通過管線及支吊架優化，提高凈高15 cm。

7）在裝修深化方面，對家具及機電末端等構件建模，并與使用單位討論其在使用功能等方面的優化。

通過設計數字化手段進行多視角分析，使得項目在限高控制下完美融入“三山五園”意境；綜合優化建筑布局，增加有效車位20個；提出并解決圖紙問題百余條，優化管線排布，提升房間凈高15 cm。

5.2 BIM+生產數字化管理應用

基于BIM精細化模型數據，在項目建設全自動機電和鋼結構生產線，對管段進行編碼，提取管道規格、長度信息等精準數據。

將BIM數據處理后導入全自動設備，進行鍍鋅鋼管自動切割、套絲、壓槽等產業化預制加工，總投產量預計20萬 m，占項目總量的90%。與傳統模式相比，具備以下特點：

1）構件預制加工自動化，構件尺寸偏差小。數字化加工管道套絲質量及切割質量優于傳統加工方式。

2）材料利用最大化，主材損耗降低約1%。采用傳統模式，管道主材損耗率約為2%，而采用數字化加工，其損耗率約為1%。

3）加工生產效率高。以本工程為例，針對20萬 m的投產量，傳統施工方式需要12個人加工7個月，而數字化加工僅需6個人加工4個月。

4）集中加工，綠色環保，大幅度減少噪聲污染、零星材料污染，減少建筑垃圾。

5.3 BIM+施工數字化管理應用

5.3.1 計劃管理數字化

為了提高項目進度管理水平，解決項目管理過程中出現的計劃編制周期長、標準化水平差等問題，項目采用基于EveryBIM協同管理平臺，進行計劃的集成管理。每天對現場實際進度情況進行錄入，通過模型對比計劃進度與實際進度的偏差，在生產例會及進度分析會上，根據模型可視化進度對比結果分析工期滯后原因，調整現場部署，最終節約工期約30 d。

5.3.2 人員、物資、環境數字化管理

通過移動終端、智能傳感器等，實現數據采集的無紙化、實時化、數字化，提高管理互動效率以及管理數據的真實性。

1）利用勞務實名制系統，采用人臉識別技術，實現人員進出場信息實時記錄。建立人員數據模型，實現勞動力自動統計，并進行勞動力分析及各工種配置分析。另外，詳實的考勤數據可作為工人工資結算的有效證據，輔助薪酬結算。

2）利用智能地磅驗收物資，僅需手機等移動端即可完成收發工作。在線上完成電子簽單審批，無需簽單，可有效降低現場材料浪費，實現混凝土驗收無紙化。

3）利用環境監測、入侵報警等傳感器，自動采集周邊環境數據，并且實現與自動噴淋系統、項目總控中心聯動，及時對環境因素進行干預。

5.3.3 現場管控數字化

通過BIM、物聯網等技術的應用，推動現場管控手段的變革，實現現場管理數字化、智能化。

1）通過現場平面BIM建模，輔助施工現場可視化平面布置，提高現場平面布置的合理性。

2）利用BIM＋3D打印技術，使項目整體及復雜節點可視化，能更加直觀地進行交底。

3）利用BIM建立虛擬質量樣板，并以此作為交底。較傳統實體樣板，其展現形式更加直觀，并且節省材料及人力。

4）利用BIM＋VR技術，進行技術方案評審、交底、安全教育等，效果更加直觀，交底效果更好。

5）利用鷹眼及球機，對高支模、動火作業等危險源進行監督，對混凝土澆筑、回填土等重要工序施工旁站，通過對講機進行現場協調指揮及隱患整改。

6）利用塔吊“防碰撞＋可視化”，實現駕駛室及總控中心雙監督，加強塔吊運行監管，全面降低現場11臺塔吊設備的運營風險。

7）通過建立周界防范及入侵報警系統，防止翻越圍墻及闖入重要房間進行盜竊、竊取情報、竊取影像等情況的發生，實現全天候布防，彌補人員巡視間隙漏洞。

5.3.4 知識共享數字化

通過知識成果積累，逐步充實完善數字化管理平臺，可為企業提供標準化、數字化知識成果，有利于提升企業現場管理的規范性。比如當前項目建立的BIM安全模型庫、質量樣板庫等，今后可逐步成為企業共享的知識成果。

5.4 BIM+交付數字化管理應用

隨著數字技術的快速發展，對于產品交付，項目計劃不僅進行實物建筑產品的交付，同時進行基于BIM的數字建筑產品交付。目前，項目計劃在施工過程中，將機電設備信息、竣工驗收信息、BIM輔助驗收報告、全景相機資產盤點等信息錄入至竣工交付模型中，形成運維信息模型，并嘗試將運維信息模型與智慧園區平臺關聯，成為后期資產和運維管理的基礎。

5.5 BIM+運維數字化管理應用

根據項目設計及使用單位需求，與專業廠家進行智慧園區建設，架設園區內部專線，并對所有接入硬件進行測試，定制開發針對本項目的內網智慧園區平臺，具有設備維護管理、物聯網數據集成管理、BIM業務數據融合、數據分析管理這四大模塊功能。

推動BIM模型與智慧園區系統融合，將前期設計思路和理念延續到后期運維和管控當中，實現BIM模型與運維管理數據的完美融合，其特點如下：

1）各系統設備在BIM模型中可直觀地進行空間定位，方便運維人員管理。

2）在模型中可直觀地對設備生產信息及維護信息進行查詢，遇到故障時自動生成設備維護方案，方便運維人員快速排除故障及維修。

3）三維顯示及分析能耗信息，依托模型進行分區統計，可直接發現異常區域，并針對性地進行設備檢修及參數調整。

4）設備運行監控，將BIM模型與能源管理系統、樓宇控制系統、智慧建筑運維管理平臺相結合，將整個建筑的運行狀況在3D模型上通過特定標識進行展示，使運維人員能準確高效地進行安全管控、能耗分析、節能改造等工作。

最終，通過BIM＋IOT等技術，打造“管—控—營”一體化平臺，實現運維數字化管理的應用目標。

6 結語

本項目通過對建筑工業化、數字化建造的探索，在多方面取得了較為成功的應用。由BIM＋智慧工地平臺組成的智慧工地系統，在本項目中充分發揮了各子系統的管理作用，實現了現實世界與數字化世界的實時對照，更好地利用數字化手段實現了建筑業的轉型升級。