核電工程智慧工地政策分析及推進(jìn)策略

楊云斐 劉曉東 吳文同 李軍 陳子明 中核浙能能源有限公司

習(xí)近平總書(shū)記在中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次全國(guó)代表大會(huì)報(bào)告中提出：“推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，建設(shè)數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)。”核電行業(yè)立即響應(yīng)黨中央號(hào)召，積極推動(dòng)以互聯(lián)網(wǎng)思維促進(jìn)核電工程建設(shè)的信息技術(shù)升級(jí)，打造智慧工地管理集成管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)型工程管理模式向智慧工地管理模式的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，核電工程信息化正逐漸由傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)向數(shù)字化、智能化協(xié)同應(yīng)用趨勢(shì)發(fā)展。國(guó)內(nèi)多家核電集團(tuán)及企業(yè)在智慧核電、智能工程等領(lǐng)域都做出了積極探索。國(guó)家能源局、生態(tài)環(huán)境部也發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)核電工程建設(shè)質(zhì)量管理的通知》，明確要求“發(fā)揮現(xiàn)代信息化技術(shù)在核電建設(shè)管理中的作用，建立現(xiàn)場(chǎng)人員識(shí)別和定位系統(tǒng)，提高工程管理信息化水平”。核電智慧工程建設(shè)也由此拉開(kāi)序幕。

一、核電工程建設(shè)智慧工地的必要性

核電工程建設(shè)是一項(xiàng)涉及多專(zhuān)業(yè)、多階段、多參與方的復(fù)雜系統(tǒng)工程，對(duì)工程質(zhì)量和安全管理有極高要求。傳統(tǒng)的核電工程建設(shè)管理模式存在溝通協(xié)同效率低、安全監(jiān)管成本高、施工人力投入大、工程質(zhì)量保障難等諸多問(wèn)題，難以滿(mǎn)足核電行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需要。為此，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建智慧工程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)核電工程建設(shè)過(guò)程的數(shù)字化、智能化、可視化，是核電行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要方向和創(chuàng)新突破點(diǎn)。核電工程智慧工程管理模式可以提高核電工程建設(shè)的安全性、質(zhì)量和效率，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)核電行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和影響力，可以促進(jìn)管理規(guī)范化、業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化、成本科學(xué)化、信息自動(dòng)化，并且使工程現(xiàn)場(chǎng)的人、事、物等各類(lèi)信息實(shí)現(xiàn)透徹感知、深度互聯(lián)，從而協(xié)同利用各類(lèi)資源，實(shí)現(xiàn)降本增效。

二、核電工程智慧工地建設(shè)的內(nèi)涵

在技術(shù)層面，智慧工地能夠集成建筑信息模型、射頻識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、可穿戴智能設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與建造技術(shù)充分融合；在管理層面，智慧工地能夠?qū)こ探ㄔO(shè)各利益相關(guān)方進(jìn)行有效協(xié)同，提取有價(jià)值的數(shù)據(jù)，支撐管理決策，是一種全新的數(shù)據(jù)導(dǎo)向型建設(shè)項(xiàng)目管理模式[1]。核電工程智慧工地是建筑信息模型、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)感知功能、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、工程建設(shè)全過(guò)程的智能化管理。核電工程智慧工地管理系統(tǒng)可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況智能響應(yīng)，打通業(yè)主方、總包方、監(jiān)理方、制造方以及所有參建單位的信息平臺(tái)，形成互聯(lián)協(xié)同、智能建造、科學(xué)管理的新模式，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、設(shè)備、工程等相關(guān)人員、安全、質(zhì)量、環(huán)保、計(jì)劃的目標(biāo)管理，對(duì)工程建設(shè)全要素系統(tǒng)管理便于提高效率、減少人工、智能控制、輔助決策、高效管控。

三、智慧工地建設(shè)相關(guān)政策分析

2020 年7 月3 日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等十三部委發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，各級(jí)政府積極推進(jìn)智慧工地的政策落地，明確提出“以數(shù)字化、智能化升級(jí)為動(dòng)力，形成涵蓋科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、施工裝配、運(yùn)營(yíng)等全產(chǎn)業(yè)鏈融合一體的智能建造產(chǎn)業(yè)體系，提升工程質(zhì)量安全、效益和品質(zhì)，有效拉動(dòng)內(nèi)需，培育國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和持續(xù)健康發(fā)展”。2020 年8 月28 日，住建部、教育部、科技部、工信部等九部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見(jiàn)》，明確“建筑工業(yè)以信息化帶動(dòng)的工業(yè)化”。2020 年12 月25 日，國(guó)家能源局和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)核電工程建設(shè)質(zhì)量管理的通知》，進(jìn)一步明確要充分發(fā)揮現(xiàn)代信息化技術(shù)在核電建設(shè)管理中的作用，明確“統(tǒng)籌配備必要的硬件設(shè)施設(shè)備，對(duì)進(jìn)入工程現(xiàn)場(chǎng)的人員，采用人臉、虹膜等生物識(shí)別技術(shù)進(jìn)行電子打卡，采用移動(dòng)定位、電子圍欄等技術(shù)對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行提醒和監(jiān)督”。2023 年2 月6 日，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布《質(zhì)量強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，明確要求“智能建造將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)與工業(yè)化建造技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)高效益、低消耗、高質(zhì)量、低排放”。中國(guó)核電工程建設(shè)積極響應(yīng)，率先開(kāi)展智慧工地建設(shè)和部分功能模塊應(yīng)用。核電工程智慧工地的功能模塊目前主要包括人員管理、設(shè)備管理、安全管理、環(huán)境管理等17 個(gè)對(duì)象[2]。

四、智慧工地功能模塊的重要性評(píng)價(jià)

智慧工地政策要求和相關(guān)利益主體對(duì)智慧工地效益的需求并不完全一致，所選擇的智慧工地功能模塊也有差異，需要根據(jù)企業(yè)自身實(shí)際需求對(duì)功能模塊的重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。相關(guān)研究表明，常見(jiàn)52 項(xiàng)功能可以采用功能指數(shù)法進(jìn)行功能評(píng)價(jià)。相關(guān)研究結(jié)論是塔吊監(jiān)控、升降機(jī)監(jiān)控、基坑監(jiān)測(cè)、高支模監(jiān)測(cè)、安全質(zhì)量巡檢為智慧工地功能模塊最為重要的前五名[3]，也就是說(shuō)，與傳統(tǒng)的工地信息化對(duì)人員門(mén)禁、車(chē)輛管理、周界安全、視頻監(jiān)控、人員定位不同，對(duì)其重要性的評(píng)價(jià)是對(duì)智慧工地投資和收益的合理性的判斷依據(jù)之一。

五、智慧工地在不同階段的主要特征與功能需求

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021 年某集團(tuán)在建核電廠對(duì)比智慧工地管理要求（27 項(xiàng)）、技術(shù)要求（71 項(xiàng)）、實(shí)施指南（28 項(xiàng)）三份智慧工地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，均有不同程度差異項(xiàng)。經(jīng)過(guò)初步調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前智慧工地建設(shè)大多處于初級(jí)階段，個(gè)別處于初級(jí)向中級(jí)過(guò)渡階段。智慧工地在不同階段的需求不同，需要提前策劃總體方案、功能模塊設(shè)計(jì)文件，主要包括動(dòng)火管理、智能巡飛、智能用水、智能用電、危大工程、智能廣播、塔吊管理、深基坑監(jiān)測(cè)、混泥土監(jiān)測(cè)等功能模塊。在項(xiàng)目核準(zhǔn)到總包合同簽訂期間，以網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、供電系統(tǒng)建設(shè)、專(zhuān)線布置、電纜電線為主；在土建階段，以智能巡飛、安全質(zhì)量、環(huán)保管理為主；在安裝階段，以永臨結(jié)合為主設(shè)計(jì)數(shù)字廣播與通信、工業(yè)電視與實(shí)體保衛(wèi)視頻監(jiān)控、無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)的與智慧工地重疊部分；在系統(tǒng)功能調(diào)試到正式運(yùn)行階段，以工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字廣播系統(tǒng)等為主。應(yīng)根據(jù)工程進(jìn)度各階段在里程碑設(shè)計(jì)相應(yīng)推進(jìn)計(jì)劃，結(jié)合工程進(jìn)度的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)人力分布情況逐步實(shí)現(xiàn)智慧工地總體目標(biāo)。

六、核電工程智慧工地建設(shè)的主要挑戰(zhàn)

（一）核電智慧工地基礎(chǔ)理論研究相對(duì)滯后

通過(guò)大量調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)智慧工程建設(shè)大多仍處于初級(jí)階段，其智慧程度不高，仍需要大量人工操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透徹感知、自動(dòng)預(yù)警，也不能使各參建方安全質(zhì)量環(huán)保進(jìn)度的信息深度互聯(lián)，更不是智能建造模式下的智慧生態(tài)系統(tǒng)。而且當(dāng)前針對(duì)“智慧工程”的研究未能充分考慮核電工程的行業(yè)特殊性，與之相關(guān)的概念定義、理論方法、評(píng)估策略、技術(shù)路線、建設(shè)策略等理論與實(shí)踐問(wèn)題都尚未完全解決。核電工程智能建造模式的策略、方法和路徑尚不清晰，缺乏有效的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、創(chuàng)新效益與投資收益評(píng)價(jià)機(jī)制。

（二）總承包單位智慧工地建設(shè)動(dòng)力不足

在總承包模式下，業(yè)主單位對(duì)工程項(xiàng)目主要進(jìn)行原則性、整體性、目標(biāo)性的協(xié)調(diào)與控制，更加關(guān)注影響項(xiàng)目的重大問(wèn)題，對(duì)具體實(shí)施工作介入較少。受限于各企業(yè)、項(xiàng)目規(guī)模、成本等因素，智慧工地的功能應(yīng)用無(wú)法全面實(shí)施，總承包單位必然面臨功能選擇和組合優(yōu)化的問(wèn)題，從而帶來(lái)智慧工地建設(shè)動(dòng)力不足的問(wèn)題。

（三）智慧工程管理平臺(tái)集成程度相對(duì)較低

核電工程的安防監(jiān)控、人員管理、動(dòng)火管理、智能巡飛、危大工程、塔機(jī)塔吊等智慧工地平臺(tái)的功能模塊缺少與工程管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享，互聯(lián)互通[4]。比如部分工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的塔吊安全系統(tǒng)智能化水平不高，塔吊可視化系統(tǒng)和防碰撞系統(tǒng)沒(méi)有與操作人員、指揮人員聯(lián)動(dòng)協(xié)同，較少集成傳感器網(wǎng)絡(luò)、生物識(shí)別、人工智能等新技術(shù)，監(jiān)控預(yù)警技術(shù)裝備未能對(duì)起重作業(yè)人員違章行為、起重設(shè)備運(yùn)行異常、作業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)起到全過(guò)程監(jiān)督預(yù)警和技術(shù)屏障作用。

（四） 智慧工地“永臨結(jié)合”缺乏系統(tǒng)性思維

“永臨結(jié)合”是按照永久標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，減少臨時(shí)設(shè)施的資源浪費(fèi)，降低了臨時(shí)設(shè)施拆除過(guò)程對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度和安全的影響，起到節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保等作用，避免重復(fù)建設(shè)[5]。目前，核電工程鮮有“永臨結(jié)合”的正式案例，智慧工程的研究尚未從工程建設(shè)到電廠運(yùn)行至退役的全生命周期角度來(lái)提煉建設(shè)理論與方法。由于缺乏來(lái)自頂層的智慧工程的理論研究和底層相關(guān)方利益不同步的現(xiàn)狀，導(dǎo)致當(dāng)前國(guó)內(nèi)核電工程智慧工程較少與工程管理平臺(tái)、業(yè)主管理平臺(tái)、建安施工單位管理平臺(tái)、監(jiān)理信息管理平臺(tái)數(shù)據(jù)全面貫通。而數(shù)據(jù)未能在工程全生命周期中實(shí)現(xiàn)全面貫通，就難以開(kāi)展跨時(shí)間、跨空間的核電工程全生命周期的大數(shù)據(jù)分析，也就難以對(duì)“永臨結(jié)合”提出科學(xué)準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

（五）智慧工地的智能化智慧化程度不夠高

當(dāng)前的核電智慧工地主要對(duì)工程建設(shè)全過(guò)程“人、機(jī)、料、法、環(huán)”進(jìn)行信息化、數(shù)字化、智能化管理。但個(gè)別核電的智慧工地仍采用人工方式，如視頻監(jiān)控的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、隱患查找，建安承包商的施工工藝、建筑垃圾管理、危險(xiǎn)廢物管理，工程管理平臺(tái)與智慧工地管理平臺(tái)未深度融合。建筑信息模型、射頻識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、可穿戴智能設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人等新技術(shù)與核電工程建造不同階段需求并沒(méi)有充分結(jié)合，技術(shù)應(yīng)用效果不理想。未能真正構(gòu)建出以透徹感知、深度互聯(lián)、自主學(xué)習(xí)、智能應(yīng)用、全局協(xié)同、永臨結(jié)合為特點(diǎn)的核電智慧工程形態(tài)。

七、核電智慧工地推進(jìn)策略

（一）深入研究核電智慧工地基礎(chǔ)理論

結(jié)合核安全文化、防人因失誤理念、核電工程業(yè)務(wù)需求和新型信息技術(shù)，采取揭榜掛帥的方式，聯(lián)合科研院所深入開(kāi)展智慧工地的基礎(chǔ)理論研究，將個(gè)人屏障、實(shí)體屏障、組織屏障、管理屏障等4 個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景作為核電工程智慧工地的功能模塊。加大人工智能和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用與施工組織管理協(xié)同模型，深入應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，將核電工程建設(shè)的物理場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景深度融合，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)智能建造的策略、方法和路徑。

（二）推進(jìn)核電工程智慧工地建設(shè)各利益主體動(dòng)力協(xié)同

業(yè)主牽頭，由工程總包單位認(rèn)真組織設(shè)計(jì)、設(shè)備、施工及監(jiān)理單位貫徹落實(shí)各項(xiàng)政策及上級(jí)單位的指示精神、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在政策的引導(dǎo)下，總包單位要充分利用高科技信息技術(shù)革新傳統(tǒng)管理模式，節(jié)約人工成本，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，形成可復(fù)制、標(biāo)準(zhǔn)化的智慧工地設(shè)計(jì)方案。智慧工地建設(shè)應(yīng)納入工程建設(shè)范圍和項(xiàng)目概算，按照“標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、一體化、契約化”要求，統(tǒng)籌業(yè)主單位、總包單位、各參建單位全生命周期的業(yè)務(wù)需求，由工程總包單位牽頭開(kāi)展工程設(shè)計(jì)、集約化采購(gòu)和推進(jìn)實(shí)施。最后，從效益驅(qū)動(dòng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、環(huán)境驅(qū)動(dòng)三個(gè)方面推進(jìn)智慧工地的動(dòng)力協(xié)同。

（三）促進(jìn)多專(zhuān)業(yè)多功能的管理平臺(tái)技術(shù)融合

綜合業(yè)主單位、總包單位、監(jiān)理單位、建安單位的管理與技術(shù)業(yè)務(wù)需求，同時(shí)充分激發(fā)工程建設(shè)各方專(zhuān)業(yè)知識(shí)和管理能力，包括人員、資金、機(jī)械、材料、環(huán)境等實(shí)體要素在施工工藝、方法、流程和管理機(jī)制等因素聯(lián)動(dòng)下的技術(shù)融合，最終形成人員、安全、質(zhì)量、成本、進(jìn)度、環(huán)境、合同、技術(shù)、信息、資源、風(fēng)險(xiǎn)和文化等功能模塊集成的智慧工地管理平臺(tái)，各單位各子平臺(tái)的信息互聯(lián)互通，以實(shí)現(xiàn)工程管理多目標(biāo)、多要素管理。

（四）將“永臨結(jié)合”納入工程總體設(shè)計(jì)

通過(guò)試點(diǎn)、優(yōu)化、固化、規(guī)模化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)“永臨結(jié)合”技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立。如5G 專(zhuān)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，智慧工地及智慧電廠皆可借鑒。鑒于工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和正式系統(tǒng)的視頻監(jiān)控實(shí)體保衛(wèi)系統(tǒng)、智慧工地的通信廣播系統(tǒng)與運(yùn)行電廠通信廣播系統(tǒng)等功能均相同，可考慮“永臨結(jié)合”的設(shè)計(jì)，將智慧工地與運(yùn)行電廠功能相同的系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)施進(jìn)行正式設(shè)計(jì)，提前使用，降低工程造價(jià)。

（五）深入推進(jìn)人工智能、工業(yè)機(jī)器人在智慧工地的應(yīng)用

工程總承包單位應(yīng)加大人工智能、工業(yè)機(jī)器人、施工自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。比如，場(chǎng)外自動(dòng)化預(yù)制系統(tǒng)以自動(dòng)化方式生產(chǎn)混凝土構(gòu)件、鋼桁架、墻板、地板及樓梯等預(yù)制構(gòu)件；推廣型材搬運(yùn)機(jī)器人、砌墻機(jī)器人、鋼筋焊接機(jī)器人、組模與脫模機(jī)器人等應(yīng)用范圍[6]；在智慧工地管理平臺(tái)中增強(qiáng)人機(jī)交互功能，建立良好的人機(jī)界面以及人機(jī)交互作用機(jī)制，使人與機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同地完成更復(fù)雜、更高風(fēng)險(xiǎn)的施工任務(wù)；通過(guò)人工智能、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)開(kāi)展建筑垃圾、危險(xiǎn)廢物排放在線監(jiān)管和過(guò)程監(jiān)控；通過(guò)融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等多項(xiàng)信息技術(shù)構(gòu)建建筑垃圾、危險(xiǎn)廢物的在線監(jiān)管平臺(tái)，準(zhǔn)確收集信息數(shù)據(jù)并評(píng)估績(jī)效。

八、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前核電工程智慧工地處于信息化、數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)擴(kuò)大功能模塊，積極推進(jìn)“永臨結(jié)合”，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)人工智能算法對(duì)工程建設(shè)信息進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，將智能化管理和工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用滲透到核電工程建設(shè)全產(chǎn)業(yè)鏈中，如此才能實(shí)現(xiàn)智能化技術(shù)和智慧化管理的深度融合。本文缺乏實(shí)踐案例驗(yàn)證，在智慧工地理論深度上存在一定的不足，比如智慧工地的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、創(chuàng)新效益的評(píng)價(jià)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的不足，對(duì)各利益相關(guān)主體對(duì)智慧工地建設(shè)動(dòng)力的影響因子分析不足。筆者期望把核安全文化理念、人因失誤理論與智慧工地功能模塊深度融合，在智能化自動(dòng)管理和智慧化輔助決策方面有更深入的發(fā)展。