淺談智慧工地建設的應用與發展

文｜江蘇省鹽南高新區規建服務中心 王玲 吳堅 夏靜怡

1 引言

2020年5年8日，江蘇省住房和城鄉建設廳發布《關于推進智慧工地建設的指導意見（蘇建質安〔2020〕78號）》，明確提出“利用物聯網等先進信息化技術手段，提高數據獲取的準確性、及時性、真實性和完整性，實現施工過程相關信息的全面感知、互聯互通、智能處理和協同工作，利用互聯網、物聯網、大數據分析等技術助力建筑產業的數字化、信息化變革，驅動產業轉型升級，建設形成涵蓋現場應用、集成監管、決策分析、數據中心和行業監管等五個方面內容的智慧工地。”

2 主要做法與應用效果

智慧工地的概念，是指綜合運用BIM技術、云計算、大數據、物聯網、移動技術和智能設備等信息化技術手段，聚焦工程施工現場管理，緊緊圍繞人員、安全、質量等關鍵要素，建立信息智能采集、管理高效協同、數據科學分析、過程智慧預測的施工現場立體化信息網絡。實現工地的智慧管理，提高工程管理信息化水平，逐步實現綠色建造和生態建造。結合建筑工地精細化建設要求，從以下幾個場景對工地進行精細化管控：

2.1 BIM模型在工地建設過程中的應用

在前期規劃階段，針對建筑工地的實際情況復雜多樣等特點，借助BIM建模手段，施工場內的功能分區的合理劃分、道路走向、特殊設備的布設等進行模擬設計，保障人流、車流的有效分區，實現施工現場井然有序地運行。

在設計管理方面，由于施工過程中發生的設計變更較為復雜、參與方較多等特點，借助BIM建模手段，針對業主、施工、監理、設計等參建各方協同處理設計變更，在平臺中進行統一管理。實現變更方案和信息在線上流轉，可節省傳統模式下變更周期長的問題，同時在過程中產生的設計變更資料與BIM構件綁定，用戶在BIM構件上可以查看其設計變更記錄，或根據設計變更資料查看對應的變更構件。

在施工管理方面，通過BIM管理平臺對施工組織和方案進行可視化分析模擬，可以及時了解施工組織中的不合理之處。對復雜節點進行施工工藝的4D模擬，可以減少施工過程的質量安全風險。藍色星球采用WBS與BIM構件關聯的方式，可以將施工組織策劃精確到構件級，平臺能根據關聯的WBS進行自動的4D施工模擬，并且同時產生相關的進度和造價分析曲線。

在進度管理方面，在進度管理中通過施工單位上報施工計劃（WBS）與實際進度，監理單位審核后，采用BIM模型直觀的展示出進度現狀，配合來自于一手的基礎進度信息（BIM模型的工程量+施工單位基于工作包的進度上報）自動統計分析形象進度。

在工程量管理方面，借助BIM模型數據計算出來的工程量，與實際使用工程量進行對比，可以實現工程量的量化管理；經實際工作驗證，如混凝土BIM測算工作量與實際使用量誤差在1%左右；鋼結構的制作可以根據BIM模型進行建模，大大降低損耗。

在項目運維階段，利用BIM交底清單，主要針對設備運維、設施管理、用戶服務等內容展開，包括設施管理、安全及消防管理、BA系統管理、能源和空間管理及資料管理等，涵蓋了項目運營階段的各個環節，通過智能化系統的接入可以實現項目運營過程的遠程操控。

2.2 在工地環境監測方面的應用

由于工地施工原因而產生的環境污染問題，嚴重影響工地施工工人及周邊居民的身體健康、破壞正常的城市環境，成為市民投訴熱點問題，也是阻礙建設進度的重要原因。利用揚塵噪聲監測傳感設備，對工地內的顆粒物（SPM）濃度和噪聲dB（A）進行測定采集，同時與現場噴淋降塵系統互聯，當揚塵超標時，會自動進行降塵作業；與現場車輛管控系統、施工管控系統互聯，當噪聲超標時，會自動提醒司機或施工人員進行降噪操作。

2.3 在施工遠程管控方面的應用

為了滿足建筑企業安全施工和集中管理的需求，兼顧政府監督部門的監管要求，利用視頻管控手段實現遠程的管控；實現攝像頭的分區管理，如周邊防控、水面防控、高空防控等。單體選擇、群體選擇監控探頭在三維地圖上的單體化模型，高亮顯示，并關聯后續操作。選擇攝像頭并查看其監控可視化范圍，在應急處理或日常管理過程中，操作員可實時了解監控死角。

2.4 在工地安全管控方面的應用

人員安全管理方面：一方面通過智能視頻分析和深度學習技術，實現對作業生產區域精細化管理，基于視頻監控的實時視頻對工作區域內工作人員的安全帽的佩戴進行實時抓拍，通過智能分析服務器對未佩戴安全帽的危險行為可實時檢測和預警，告警信息、截圖都可以顯示，可以在現場部署音響、揚聲器和實時信息發布系統給出報警提示。根據用戶的需求也可以將報警信息推送給相關管理人員，協助管理人員安全生產管理。智能安全帽分析系統主要有兩部分組成：視頻實時監控系統和智能分析系統。另一方面，積極應用窄帶物聯網傳輸技術與傳感芯片技術，將其植入安全帽中，根據后臺設定的發送頻率向后臺發送定位數據信息，實施了解每個人員的實時位置信息，停留時長信息，行動軌跡信息等；當人員長時間停留或靠近未授權或危險區域時，自動產生報警信息，并可通過現場的廣播系統進行提醒，避免發生安全生產事故。

特種設備安全監控：借助布設在塔吊、升降機等特種設備上的重量、幅度、傾斜等物聯網傳感器，對塔吊的運行狀態進行實時監測，當超重、超區域作業、超速度作業、惡劣天氣等影響施工安全的事件出現時，第一時間通知管理部門采取管理措施；借助人臉識別技術，規避非法人員操作，保障安全作業。

重大危險源安全監控：通過視頻分區管理、煙霧傳感、有害氣體監測等傳感設備，針對工地上重大危險源進行監控，當非授權人員進入區域后，采用聲光報警方式提醒人員盡快離開；當危險源運行狀態發生改變時，各類傳感器第一時間進行報警，提醒有關人員到現場進行處置。

高支模安全監控：借助高支模實時監測傳感器，通過對高支模模塊沉降、立桿軸力、桿件傾角，支架整體水平位移信息的高頻采集，根據模型計算，生成預警閾值，自動觸發，自動報警，提醒作業人員在緊急時刻撤離危險區域，有效降低施工安全事故。

深基坑安全監控：通過布設在深基坑中的各種監測儀器、監測設備、無線傳感器，實時采集混凝土支撐應力、錨索軸力、深層水平位移、基坑周邊沉降及水平位移、基坑周邊沉降、周邊建筑傾斜位移、地下水位監測、鋼支撐軸力監測、結構應力應變監測，運用數學模型與回歸分析、差異分析等數理方法進行數字建模，形成運行態勢曲線圖表，并提供實時報警功能，可以對問題工程進行追蹤處理，落實工作責任，及時發現工程及周邊建筑、管線隱患，預防事故發生。

3 小結

建筑工地的管理涉及人員、車輛、物資等多個方面的要素，同時要為政府管理者、建設單位、施工單位、監理單位、審計單位等提供全方位的信息服務；傳統管理模式下，不僅無法滿足精細化管理的需求，同時由于多個部門在交叉采集數據信息，由于采集的實時性與局限性，缺乏數據的聯動分析，很可能對工程進度、質量、人員安全、車輛調度、物資調配等事項產生消極影響，造成不必要的損失和安全事件。基于物聯傳感技術、視頻分析技術以及大數據技術的智慧工地系統，可以實時動態的監測建筑工地的一舉一動，構建起面向多用戶的智能監控與防范體系，有效解決傳統模式下存在的弊端和缺陷，變主動為被動，變事后搶險為事前預警，真正做到“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產方針。

在實際應用過程中，每個建筑工地都存在共性管理事項，一般均圍繞設備管理、安全管理、環境管理及多方協同管理展開，實現對工地現場設備、環境全要素的信息化，并通過GIS的形式進行展示，實現可視化、智能化的管理。在接入數據的基礎上實現動態展示、分析預警，實現數據的有效監管。相關管理部門和項目部可通過大屏、APP來查詢數據，實現隨時隨地的管理。