基于云技術的智慧化項目施工管理研究*

陳 剛，金樹樓，張 蔚，馬小波

(1.中建八局第三建設有限公司，江蘇 南京 210046； 2.中建安裝集團有限公司，江蘇 南京 210046； 3.江蘇省建筑安全監督總站, 江蘇 南京 210000)

0 引言

隨著互聯網和數字技術應用的加速滲透，建筑業迎來大數據時代，云技術為施工項目不同管理因素積累大量管理數據。江蘇省數字工地智慧安監試點工作以新需求為驅動，以新科技和新平臺為依托，結合施工現場管理資源要素的滲透與融合，最終實現安全、進度、質量、技術、成本及綠色施工多方位管理水平的提升。

智慧工地的內涵是借助物聯網、云計算及云數據分析等信息化技術手段，融合人、機、物核心系統，通過互聯網技術實現施工現場不同因素的智慧化管理。2005年，阿姆斯特丹[1]最早開始智慧城市的建設，并致力于發展最新的通信技術、建設最新網絡。2009年，英國[2]和美國[3]相繼提出城市信息化概念，著重建設智慧城市、智慧之都。

國內對智慧工地的研究起步稍晚，1990—2005年，逐步在一線人員中普及CAD與工程預算等軟件[4-5]。2006—2012年，基于互聯網技術的集成化項目管理系統開始興起，建筑業積極推進企業資源計劃ERP(entrise resource planning)[6]，以企業、項目、施工現場為架構實現全面信息化管理。2013年至今，BIM、移動傳感、物聯網、大數據、云計算等信息技術蓬勃發展[7-11]，被逐步應用于建筑業集成化項目管理系統。

1 現有智能設備及軟件

智慧工地是項目管理、BIM、物聯網、大數據和云計算等信息化技術的綜合應用，結合現場應用情況，可發現不同管理因素中，不同信息化系統對應的智能設備及軟件不同：①安全管理 智能設備包括智能安全帽、實名制考勤設備、VR交互設備、巡更設備、高清攝像頭，幅度、高度、載重、風速、力矩傳感器，水位、軸力、應力、變形傳感器，指紋及人臉識別設備、智能報警設備、防缺失報警設備等；軟件包含實名制管理軟件、現場人員定位軟件、VR虛擬安全教育軟件、遠程視頻監控平臺軟件、起重機械安全監控平臺軟件、升降機安全監控平臺軟件、卸料平臺安全監控軟件、基坑監測數據平臺軟件、模板腳手架安全計算軟件、臨邊防護安全監控平臺軟件、施工現場電子巡更系統軟件等；②綠色施工管理 智能設備包含智能稱重設備、車牌識別設備、智能計量設備、揚塵噪聲監測設備、智能降塵設備、水電智能監測設備、水質監測設備、雨水回收設備等；軟件包括自動稱重系統軟件、揚塵噪聲監控平臺軟件、鋼筋翻樣軟件、臨時場地布置軟件、水電智能監測平臺軟件、BIM協同管理軟件等；③進度、技術、質量、成本管理 智能設備如無人機、高清攝像頭；軟件包含AutoCAD, Revit, Tekla, 3Dmax, MagiCAD、廣聯達算量、Project、斑馬計劃、BIM5D、互聯網+、資料協同等。

2 研究思路

建筑項目施工管理的全面智慧化立足于數字工地建設，包含BIM、移動傳感、物聯網、云存儲、云計算及互聯網等信息技術的應用。

將單個建筑項目施工體系管理智慧化抽象成一棵樹，即管理智慧樹，樹根為數據感知前端，樹干為具有數據存儲與計算功能的云服務器中樞，樹枝為經過處理、分析、篩選后的結果表現末端，包括安全管理、進度管理、質量管理、技術管理、成本管理、綠色施工管理。

首先運用移動傳感設備感知前端監測的實時數據，借助物聯網技術將原始數據實時傳輸至云服務器，云服務器經過存儲、計算、分析、處理等環節，將屬于安全管理、進度管理、質量管理、技術管理、成本管理及綠色施工管理的數據結果，分別呈現給施工體系管理人員，為管理人員決策提供數據參考，通過一定的循環處理，最終實現建筑項目施工體系管理品質的全方位提升。

1)基礎數據采集 作為數據感知前端，基礎數據采集的實時性和準確性至關重要。首先，結合BIM，制定合理、高效、經濟的數據監測點布設方案；其次，采用高精度移動傳感設備，實時獲取監測端數據，并對異常數據進行濾波降噪處理。

2)云存儲與云計算 基于物聯網技術，將經過濾波處理后的數據傳輸至指定云服務器，云服務器分倉存儲接收到的數據，保證數據連續性和完整性。不同子系統運行原理不同，前端采集的數據類型也不同，而不同的數據類型會導致數據計算標準不一致，云服務器根據不同計算要求采用集群式或分布式，對不同管理數據進行邏輯計算處理。

3)智慧云處理 基于云服務器存儲的基礎數據，植入上層高端程序，對多個監測端的并列數據鏈進行封裝處理，并通過特定數據表現形式呈現于云平臺前端。

4)體系管理 針對安全、進度、質量、技術、成本及綠色施工管理等體系，將對應的感知端數據發送至統一的云服務器，并通過上層高端程序對各管理數據進行二次封裝處理，最后以最直觀的表現方式展示給管理層，供管理層決策指導?；谠萍夹g的智慧化施工管理如圖1所示。

圖1 基于云技術的智慧化施工管理

3 實施方案

通過信息化手段，綜合利用移動傳感、物聯網、BIM、云存儲、云計算、大數據等技術，建立人員管理、機械設備管理、質量管理、技術管理、協同管理、智能決策和信息共享的信息化系統，實現云和端的連接及大數據的實時傳輸。

圍繞人、機、料、法、環要素開展全方位實時監控管理，變被動監督為主動監控，如圖2所示。

圖2 5大管理要素應用分布

3.1 安全管理智慧化

1)人員管理 通過智能安全帽、信號基站、實名制指紋或人臉識別設備、VR交互設備及高清攝像頭，可實現基礎數據采集，包括從業人員的身份信息、人員定位信息、安全教育狀態、作業面工作現狀等，通過網絡傳輸至云端服務器進行存儲后，結合實名制管理、安全帽定位、VR虛擬安全教育、遠程視頻監控等云計算軟件系統后端對基礎數據進行處理分析；最后將數據處理結果以文字、圖表、圖像方式展示在云計算軟件系統前端，供安全管理人員決策。

2)設備管理 通過傳感器采集機械設備的幅度、高度、載重、應力、變形、傾角等基礎數據，在數據采集箱中對采集的基礎數據進行濾波降噪處理后，通過網絡傳輸至云端服務器進行存儲，并結合起重機械安全監控、升降機安全監控、卸料平臺安全監控等云計算軟件系統后端處理分析數據，再由前端界面進行直觀展示。

3)重大危險源管理 通過高支模傳感器、臨邊防護防缺失設備等采集地下水位、基坑支護結構應力應變、模架支撐節點應力應變、臨邊防護狀態參數等監測要素基礎數據，在數據采集箱或信號基站對采集的基礎數據進行降噪處理后，發送至云端服務器。最后結合基坑安全監控、高支模安全監控、臨邊防護安全監控等云計算軟件系統后端處理分析數據，由軟件前端呈現地下水位、應力、應變隨時間的變化曲線，以及基坑、高支模與臨邊防護的安全預警情況。

對人員、設備、重大危險源進行智慧化管理，可最大程度減少安全管理工作程序，集成化平臺下的云計算前端界面預警功能有助于安全管理人員及時發現安全隱患并加以控制，提高安全管理效率。

3.2 進度、質量、技術、成本管理智慧化

進度管理智慧化主要體現在施工進度計劃的預見性，通過無人機、高清攝像頭等智能設備跟蹤拍攝施工進度關鍵節點，隨施工工期記錄施工現場情況。通過斑馬計劃、Project等軟件動態調整施工進度計劃，確保最優狀態下的關鍵線路。

質量、技術、成本管理智慧化主要體現于施工現場的信息化程度，先通過AutoCAD，Revit，Tekla，3DMax，MagiCAD、廣聯達算量等多專業建模軟件建立數字工地信息模型，再通過BIM5D、互聯網+、Naviswork等整合各專業信息模型，并與質量、技術、成本、物資等管理體系相融合，實現質量、技術、成本管理的智慧化。

3.3 綠色施工管理智慧化

1)環境保護 通過揚塵噪聲監測設備、水質監測設備采集現場空氣質量基礎數據和臨時排水排污的水質數據，數據通過網絡傳輸至云端服務器，經監測軟件后端處理分析后，在軟件前端界面展示實時監測數據及數據變化曲線。當揚塵監測數據超過一定的空氣質量控制閾值，將第一時間聯動施工現場降塵設備，凈化場內空氣。水質監測可及時發現不合規排污現象，有效扼制水質污染的擴散。

2)節材與材料資源利用 通過智能稱重設備、車牌識別設備、智能計量設備采集現場物料及車輛基礎數據，經數據采集箱降噪處理后發送至云端服務器進行存儲，通過自動稱重、自動計量等云計算軟件系統后端處理數據，再由前端展示物料進出場記錄及數量統計結果。通過BIM鋼筋翻樣軟件提前優化鋼筋下料，從而精細化管控施工現場的鋼筋。

3)節地、節水、節能 通過BIM時場地布置軟件優化部署臨時場地，減少土地資源浪費，確保施工條理有序。通過水、電智能監測設備實時采集臨時用水、用電的基礎數據，并通過網絡傳輸至云端服務器，再經水、電智能監測云計算軟件系統后端處理分析，由前端界面展示不同階段、不同區域的臨時用水、用電情況。專門設置報警程序，從而實現臨時用水、用電的智慧化管理，減少水電異常情況。

4 結語

本文詳細闡述智慧工地在建筑施工現場安全、進度、管理、技術、成本及綠色施工管理方面的應用，列舉多種智能子系統的硬件設備和軟件系統，從基礎數據采集、云端數據傳輸、存儲、計算、處理、分析等環節，深入研究建筑項目施工管理體系的智慧化應用。

1)智慧工地在建筑施工行業中具有可推廣性，多元化管理融合的智慧工地建設具有重要價值。

2)智慧工地在安全管理和綠色施工管理中的應用優先于進度、技術、質量、成本管理。

3)無線網絡傳輸是智慧工地建設的重要環節。在即將到來的5G和AI時代，5G從邊緣到云端是目前最理想的連接。通過5G連接，將決策、規劃部分放到云端處理，從邊緣端到云端加倍賦能，讓AI算法有能力提取出相應的關聯并提升自己。5G是萬物互聯的基石，AI是互聯網的助推器，二者作為新時代的生產力，當與建筑業劇烈碰撞后，將給建筑業的生產方式、管理模式帶來巨大變化。