智慧工地施工管理平臺教學與應用研究

吳曉偉 田俊 謝沛琪 鄭澤洲 何梓健 韋錦松 江粵佳

摘?要：以智慧施工管理為核心，結合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術，研究智慧工地施工管理平臺教學的整體架構，基于BIM?進行方案展示、深化設計、虛擬施工、碰撞檢查、項目管理等技術應用。闡述智慧工地教學管理平臺對一體化項目管控與智慧工地信息化的精準程度、安全監(jiān)管體系的保障程度等智能施工管理方式，將智能化與BIM技術相結合，實現(xiàn)施工項目精準化管理。以A大學人才公寓項目為案例，根據(jù)其實際施工現(xiàn)場、網(wǎng)絡布局、人員管理等情況，搭建智慧工地施工管理平臺，以期賦能施工管理平臺教學建設，提升施工項目管理水平，進而實現(xiàn)科學化、智能化管理。

關鍵詞：智慧工地；施工管理平臺；智能化管理

Abstract：With?the?Intelligent?Construction?Management?as?the?core，combining?the?advanced?technology?such?as?artificial?Intelligence，big?date，IoT?and?so?on，we?study?the?overall?structure?of?smart?site?construction?management?teaching?platform，and?based?of?BIM?technology?applications?such?as?scheme?display，design?deepening，virtual?construction，collision?checking，and?project?management.The?platform?combine?intelligence?and?BIM?technology，achieve?accurate?management?of?construction?projects.Taking?talented?apartment?project?of?University?A?as?the?example，according?to?the?actual?construction?site，network?layout?and?personnel?management，we?build?a?smart?site?construction?management?platform?to?empower?construction?management?building，improve?construction?project?management?level?and?realize?scientific?and?intelligent?management.

Keywords：Intelligent?Site；Construction?Management?Platform；Intelligent?Management

以數(shù)字建筑帶動智慧工地建設，通過數(shù)字化設計、數(shù)字建造、數(shù)字運維，讓工程項目的進度加快，成本降低，質量安全提高，將為精準化高質量施工管理教學平臺發(fā)展提供強有力的支撐與強大的驅動力。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，建筑工程的規(guī)模越來越龐大，其結構類型也越來越復雜，對建筑施工成本、技術、安全等管理提出了更高的要求。

從文獻梳理來看，國內外學者關于智慧工地教學管理平臺做了大量的理論與技術研究。針對智慧工地教學管理平臺國內外學者主要進行了三個方向的研究：（1）構建多維信息及動態(tài)決策的工地智慧環(huán)境與運行機制。基于BIM的智慧工地管理體系框架，借助虛擬現(xiàn)實VR、增強現(xiàn)實AR、RFID、三維激光掃描、“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術，涵蓋環(huán)境檢測及臨電安全；穿戴技術用于監(jiān)測和測量建筑行業(yè)內的各種安全性能指標；塔式起重機的安全實時監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析可支持工地的智慧化；檢查人員的個人防護裝備是否符合要求等；（2）利用智慧工地作為大數(shù)據(jù)分析平臺，有效進行人員科學管理。分別對建筑勞務工人進行多維度分析、人員進出場地身份識別管理、人員授權移動定位及運動軌跡管理檔案管理、人員精神壓力及心理健康狀態(tài)監(jiān)測管理等；（3）聚焦BIM技術和現(xiàn)場施工活動管理的融合。通過建立BIM+4D模型對施工過程進行仿真模擬，實現(xiàn)對現(xiàn)場進度、成本、資源、場地的實時動態(tài)控制；將物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動終端等技術綜合運用起來，在施工現(xiàn)場中，各種建設項目所生成的各種信息數(shù)據(jù)展開了收集和運算，為管理人員和企業(yè)提供進度、質量、成本等方面的數(shù)據(jù)，并利用三維技術、仿真模擬對現(xiàn)場進行智能調度與控制等。然而針對數(shù)字建筑與現(xiàn)代的精益建造理論與方式相融合，將人員、流程、數(shù)據(jù)、技術和業(yè)務系統(tǒng)進行集成，從而達到建設施工的全過程、各要素、各參與方的數(shù)字化、線上化、智能化，為建設工程建設中的企業(yè)和行業(yè)構建一個建設智慧工地的平臺生態(tài)新體系相對較少。為此，作者通過數(shù)字化設計、數(shù)字建造、數(shù)字運維建立智慧工地施工管理教學平臺應用，以期賦能工程施工管理新模式，提升智慧工地施工管理平臺高效實用、科學安全智慧的管理模式。

1?智慧工地現(xiàn)狀以及平臺集成技術

1.1?智慧工地現(xiàn)狀

目前，我國的智慧工地仍處于初步探索階段。截止到2018年，全國智慧工地市場規(guī)模達到了近百億，與傳統(tǒng)的施工管理相比，效率大大提高，智慧工地的建設離不開信息采集，但是目前市面上部分智能施工應用軟件存在較大的發(fā)展空間。相比較發(fā)達國家，我國的智慧工地建設起步較晚，核心技術存在短板，施工感應不夠及時、業(yè)務管理不夠精細。

1.2?平臺集成技術

智慧工地平臺的建設目標是在項目管理相關軟硬件的基礎上，運用?BIM和云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術，來引導行業(yè)的轉型升級。實現(xiàn)工程現(xiàn)場管理的數(shù)據(jù)驅動，解決以往的信息孤島現(xiàn)象，實現(xiàn)以施工項目為中心的數(shù)據(jù)全流通、全過程、全要素、全參與。為進一步深入對智慧工地展開教學管理平臺研究，依托A大學人才公寓施工項目為例，導入iWorks軟件進行模擬施工、設計變更、利用iWorks平臺檢查問題、竣工信息管理等，實現(xiàn)BIM與智慧工地有機結合。

1.2.1??移動終端

以?BIM技術為基礎，搭建協(xié)作平臺。將業(yè)主、設計和施工在工程中的各個方面都進行了高效的連接，從而達到了動態(tài)、即時地交流。也能在建筑工程整個壽命周期的各個環(huán)節(jié)中，利用?BIM這個技術，實現(xiàn)了對各個環(huán)節(jié)的實時、高效的溝通。采用一個平臺多套解決方案的方式服務于施工企業(yè)多項目協(xié)同管理，整合項目BIM模型技術應用。

1.2.2?B/S應用端

應用端主要負責數(shù)字化的?BIM模型，包含了施工項目的規(guī)劃、設計、施工、運營等全過程提供服務。

1.2.3?對接平臺

對接平臺主要負責從采集項目信息的規(guī)范化，集成化、智能化、移動化方向，對其進行歸納、分析，最終形成應用集成。

2?智慧工地解決方案

智慧工地解決方案是基于BIM+GSD+IOT+AI的新一代智慧工地解決方案，實現(xiàn)了過程管理的可視化、智能化。

2.1?智慧工地平臺架構

2.2?智慧工地平臺功能

2.2.1?BIM+GSD+IoT+AI決策系統(tǒng)

集成GSD宏觀地表信息和BIM精細化建筑及地下設施信息，1∶1數(shù)字化完美還原建設項目現(xiàn)場，重大事件模擬演練，協(xié)助管理者更直觀監(jiān)控、管理和決策。

2.2.2?項目BIM信息展示

顯示和檢查單個建筑模型組件級別信息，iWorks數(shù)據(jù)互聯(lián)，顯示和查看項目BIM模型信息、數(shù)據(jù)、協(xié)調、沙盤等詳細數(shù)據(jù)。在iWorks中自動獲取模型項目，構建場景項目，并讀取項目、數(shù)據(jù)、協(xié)調、進度等信息，實現(xiàn)一套BIM數(shù)據(jù)的多系統(tǒng)利用。

2.2.3?環(huán)境監(jiān)測

實時監(jiān)測測點的揚塵數(shù)據(jù)，包括PM2.5、PM10、溫度、濕度、風速等參數(shù)。當監(jiān)測參數(shù)出現(xiàn)異常時，可瞬時發(fā)出警告并采取相應的處理措施。

2.2.4?深基坑監(jiān)測

采用傳感器技術監(jiān)測護墻頂部水平位移和沉降，維持墻體深層水平位移、支撐軸力、基坑外部水位、傾斜等，防止安全隱患的發(fā)生。

3?實際工程應用案例

3.1?項目介紹

本項目位于廣東省東莞市松山湖科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)，屬于剪力墻結構，施工難度較高且復雜，包含土建、裝飾、消防、幕墻、智能化等多個專業(yè)，存在交叉作業(yè)的情況，施工組織管理復雜并且對視管理的要求較為嚴格，為了解決工程建設復雜化的問題，提高施工場地智慧化管理水平。

本文針對將該項目的施工作業(yè)關鍵要素，采用BIM、iWorks和物聯(lián)網(wǎng)等技術構建智慧工地平臺整體解決方案，并與BIM+GSD+IOT+AI的新一代智慧工地集成系統(tǒng)結合起來，通過先進的信息技術對施工現(xiàn)場的管理效率進行提高，實現(xiàn)施工全過程的可視化和實時監(jiān)測預警，確保建筑工地施工實時、安全。

3.2?碰撞檢查

本項目模型通過Revit軟件模型碰撞舉例，在軟件協(xié)作模塊選中需要檢查的模塊，包括一般的墻、板、門窗等建筑部分，以及專用設備、綜合管道等部分。碰撞分析后，軟件通過顯示構件id并定位，可以快速找出出現(xiàn)發(fā)生碰撞的位置。

3.3?現(xiàn)場設計變更管理

設計修改是在項目初步設計得到批準一直到通過完工驗收，并開始真正交付使用的那一天為止，對已審批的初步設計文件、技術設計文件或對工程圖紙的修改、完善、優(yōu)化等工作，它是現(xiàn)場中比較常見的調整活動，設計變更的發(fā)生將會直接影響到建設工程投資成本，且設計變更發(fā)生的時間越早，投資成本受到的影響越小，我們可以看出設計階段也是控制工程質量和成本的最重要、最有利的階段。設計變更關系著項目的安全、進度、質量和投資控制，其影響之大足以得到現(xiàn)場施工管理人員與設計人員的重視。設計變更往往缺少可視化的效果，這時，我們利用Revit與iWorks等BIM軟件，通過對設計變更的模型進行分析與演示，就可以直觀地看到設計變更帶來的技術參數(shù)、施工方法的可行性、經(jīng)濟效益性以及施工的可操作性的改變與優(yōu)化。最后，編制一份變更對比方案，向設計單位與業(yè)主交流確認后，就可以很好地減少現(xiàn)場設計變更帶來的些許麻煩。

結語

對智能工地技術的研究，集中表現(xiàn)在了施工現(xiàn)場的設備和信息體系上。本文利用了BIM、物聯(lián)網(wǎng)、移動應用等現(xiàn)代技術，對其進行了全面、實時、智能的監(jiān)控和管理，對現(xiàn)場作業(yè)人員、項目管理者各層的協(xié)作進行了有力的支撐。并進行了相關的管理工作，對現(xiàn)場操作人員的工作效率進行了極大的提高，從而提高了項目建設的控制效率及智能化程度，它具備了比較強大的工程應用價值。當前業(yè)界對智慧施工現(xiàn)場的研究，目前還停留在總體結構的設計和關鍵技術的適用上，在未來的發(fā)展過程中，還需要在大數(shù)據(jù)、BIM、智能化等領域進行強化。針對云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術的整合和運用，構建出整合監(jiān)督服務平臺，從而提高了建筑業(yè)數(shù)據(jù)資源利用水平和能力。

參考文獻：

［1］葉昌潤，劉志松，方文.基于BIM技術的智慧工地施工管理研究［J］.智能建筑與智慧城市，2022（10）：7577.

［2］毛志兵.推進智慧工地建設?助力建筑業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展［J］.工程管理學報，2017，31（05）：8084.

［3］曾俊華.BIM技術在智慧工地建設中的應用探究［J］.中國建設信息化，2022（23）：6263.

［4］付麗敏.基于BIM的綜合管線碰撞檢測技術研究［D］.西安建筑科技大學，2017.

［5］劉婧.住宅項目施工進度計劃編制與應用研究［J］.廣西城鎮(zhèn)建設，2021（11）：103106.

［6］柯翔西.PKPM?造價軟件在計價中的優(yōu)勢及存在的問題討論［A］.上海應用技術學院學報，2008.

［7］程燕梅，龐超杰，龍露露.BIM5D技術在施工項目管理中應用研究［J］.四川建材，2022，48（03）：212213.

［8］劉德富，彭興鵬，劉紹軍，等.BIM5D在工程項目管理中的應用［J］.施工技術，2017，46（S2）：720723.

［9］董毅.未來中國建筑軟件發(fā)展的一些思考［C］//.計算機技術在工程設計中的應用——第十六屆全國工程設計計算機應用學術會議論文集.［出版者不詳］，2012：507514.

［10］楊熙.第三代建筑軟件ArchiCAD［J］.計算機輔助設計與制造，1997（10）：5960.

［11］周冀偉，郭婧娟.BIM技術在工程量統(tǒng)計中的應用研究［J］.施工技術，2017，46（S2）：12331235.

項目基金：1.教育部人文社會科學研究規(guī)劃基金項目“大規(guī)模應急救援資源配送城市網(wǎng)絡結構魯棒優(yōu)化研究——以大灣區(qū)城市突發(fā)公共衛(wèi)生救援為例”（22A11819?005）；2東莞市社會科技發(fā)展重點項目“大規(guī)模應急救援資源配送城市網(wǎng)絡結構魯棒優(yōu)化研究”（20211800904?622）；3.東莞理工學院校級質量工程“工程造價軟件及應用”（202002085）；4.東莞理工學院校級新工科、新文科研究與實踐項目“深度變革情境下的工程管理專業(yè)升級改造路徑探索與實踐”（202101001）；5.廣東省教學質量與教學改革工程項目——建筑信息化智慧仿真實驗教學示范中心

作者簡介：吳曉偉（1985—?），女，蒙古族，吉林白城人，博士，副教授，研究方向：工程項目管理、應急安全管理。

*通訊作者：田俊（1985—?），男，漢族，山東臨沂人，博士，副教授，研究方向：橋梁結構的加固與耐久性提升。