何曉壘

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，信息技術(shù)迅猛發(fā)展，土木工程大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略在建筑工程領(lǐng)域被大范圍地推廣和實(shí)施。一些先進(jìn)企業(yè)在建筑施工中，已開(kāi)始探索應(yīng)用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制和輔助管理等進(jìn)行施工組織管理。特別是在一些專(zhuān)業(yè)施工中應(yīng)用了計(jì)算機(jī)信息處理和自動(dòng)化控制等先進(jìn)技術(shù)，不僅降低了成本，減輕了工作強(qiáng)度，而且克服了傳統(tǒng)施工方法難以解決的復(fù)雜問(wèn)題，使一些高難度的施工項(xiàng)目得以完成。復(fù)雜工程建設(shè)中信息化技術(shù)應(yīng)用管理已是必然，施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)紙化、工地管理數(shù)字化已是趨勢(shì)。

淞滬路-三門(mén)路下立交工程數(shù)字化工地是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并結(jié)合市政地下工程的項(xiàng)目管理與工程施工建造而開(kāi)發(fā)的數(shù)字化管理系統(tǒng)，研究了人員、設(shè)備及流程（包括但不限于安全文明施工管理）管理等方面的數(shù)字化管理方法。

1 數(shù)字化工地建設(shè)概況

1.1 工程概況

淞滬路-三門(mén)路下立交工程位于上海市楊浦區(qū)北側(cè)淞滬路-閘殷路上，工程采用雙層Y形下立交，選擇閘殷路-淞滬路南和淞滬路北-淞滬路南方向設(shè)置主線與匝道，下立交布置為雙層地下結(jié)構(gòu)。其中沿淞滬路-閘殷路方向布置下立交主線，位于上層車(chē)道，在與下層匝道高差完全分離后，上穿匝道南側(cè)頂管工作井，之后上跨匝道和軌道交通10號(hào)線后轉(zhuǎn)入閘殷路，主線全長(zhǎng)約860 m。沿淞滬路方向布置下立交匝道，位于下立交下層車(chē)道，于政立路以北從主線兩側(cè)分出，下穿主線后迅速匯合下穿合流污水管及原規(guī)劃軌道交通17號(hào)線，東側(cè)緊貼10號(hào)線（江灣體育館站-三門(mén)路站）盾構(gòu)區(qū)間，匝道全長(zhǎng)約770 m。

1.2 數(shù)字化工地建設(shè)目標(biāo)

淞滬路﹣三門(mén)路下立交工程施工戰(zhàn)線長(zhǎng)，全線緊鄰軌道交通10號(hào)線，周邊高層眾多，地下管線復(fù)雜，主體結(jié)構(gòu)全線（包括矩形頂管段）位于②3-1砂質(zhì)粉土，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。為更好地管控施工風(fēng)險(xiǎn)，減小施工對(duì)軌道交通10號(hào)線及周邊管線、建筑的影響，該工程開(kāi)展數(shù)字化樣板工地，最大化實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控。

該項(xiàng)目旨在構(gòu)建一套“數(shù)字化工地管理系統(tǒng)”，對(duì)項(xiàng)目的人員、設(shè)備實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，從而達(dá)到以下目標(biāo)：

（1）提高施工效率，減少施工浪費(fèi)，節(jié)約建設(shè)成本，提高施工質(zhì)量。

（2）降低施工錯(cuò)誤率，減少安全隱患，降低事故發(fā)生率，提升工地施工安全度。

（3）幫助管理人員更加精準(zhǔn)、高效地計(jì)劃、決策和監(jiān)管施工進(jìn)度，提高項(xiàng)目管理效率。

2 數(shù)字化工地管理系統(tǒng)應(yīng)用原理

數(shù)字化工地管理系統(tǒng)是將傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工管理、視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字化人員、設(shè)備定位監(jiān)控系統(tǒng)形成的數(shù)字化管理平臺(tái)，利用無(wú)線脈沖定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工圍擋內(nèi)的人員、設(shè)備的精準(zhǔn)定位，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)布置的Wi-Fi系統(tǒng)、定位系統(tǒng)及后臺(tái)平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸與處理，完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備及流程（包含但不限于安全文明施工）的數(shù)字化管理。

2.1 定位系統(tǒng)

定位系統(tǒng)由定位基站和定位傳感器組成。定位傳感器發(fā)出射頻信號(hào)，被周?chē)亩ㄎ换窘邮?。定位基站通過(guò)Wi-Fi，將接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，從而云端便可?jì)算出定位傳感器所在的位置。

淞滬路﹣三門(mén)路下立交工程由三塊施工區(qū)域構(gòu)成：淞滬北段長(zhǎng)約437 m，寬約35 m；淞滬南段長(zhǎng)約 386 m，寬約29 m；閘殷路段長(zhǎng)約255 m，寬約40 m。具體架設(shè)方式為,在三塊施工區(qū)域中，分別架設(shè)一臺(tái)Wi-Fi基站，在辦公區(qū)架設(shè)一臺(tái)Wi-Fi網(wǎng)橋?；竞途W(wǎng)橋之間通過(guò)無(wú)線的方式進(jìn)行信號(hào)的中繼、匯總和交換。和Wi-Fi系統(tǒng)一樣，定位系統(tǒng)也需要對(duì)三塊施工區(qū)域進(jìn)行信號(hào)全覆蓋。具體部署方式是，在每塊施工區(qū)域的兩條長(zhǎng)邊上，每隔50 m安裝一臺(tái)定位基站，基站通過(guò)Wi-Fi與云端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如圖1所示。

圖1 定位系統(tǒng)及Wi-Fi系統(tǒng)的布置

2.2 系統(tǒng)總覽及簡(jiǎn)介

通過(guò)架設(shè)Wi-Fi系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)施工工地的無(wú)線覆蓋；通過(guò)架設(shè)定位基站，實(shí)現(xiàn)施工工地的定位覆蓋，如圖2所示。Wi-Fi和定位系統(tǒng)全覆蓋以后，當(dāng)帶有傳感器的工帽、機(jī)械設(shè)備、主材、危險(xiǎn)品等進(jìn)入施工區(qū)域后，其位置信息便被定位系統(tǒng)捕獲，并通過(guò)Wi-Fi系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，云端根?jù)位置數(shù)據(jù)從而計(jì)算出其精確的位置。

圖2 系統(tǒng)總覽圖

通過(guò)對(duì)這些位置數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的分析和處理，便可實(shí)時(shí)判斷和反饋施工過(guò)程中是否出現(xiàn)違規(guī)行為、工程現(xiàn)狀如何等各種有意義的狀況。這些數(shù)據(jù)和分析都會(huì)呈現(xiàn)在數(shù)字化工地管理系統(tǒng)的PC端和移動(dòng)端系統(tǒng)內(nèi)，由項(xiàng)目管理人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和指揮。同時(shí)還會(huì)根據(jù)規(guī)則，第一時(shí)間發(fā)送預(yù)警至相關(guān)管理人員的手機(jī)上，管理人員看到這些信息后，便能立即組織整改和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)。

3 數(shù)字化工地管理系統(tǒng)功能概述

“數(shù)字化工地管理系統(tǒng)”由PC端和移動(dòng)端兩大部分組成，主要包括人員數(shù)字化管理、大型設(shè)備數(shù)字化管理和流程管理三大功能，同時(shí)集成了視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 人員、設(shè)備定位管理

傳感器作為定位裝置中的重要組成部分，安裝在需要定位的設(shè)備或人員佩戴的工帽上，將二維碼粘貼在定位器上，再固定到工帽里，通過(guò)數(shù)字化工地移動(dòng)端APP掃描二維碼，即可申領(lǐng)工帽。這樣就可通過(guò)數(shù)字化工地移動(dòng)端或PC端系統(tǒng)對(duì)穿戴工帽的人員進(jìn)行定位及監(jiān)控管理。

將貼有二維碼的定位器固定在設(shè)備上，根據(jù)設(shè)備的種類(lèi)不同，固定位置也不同。通過(guò)APP綁定設(shè)備。根據(jù)定位器是否發(fā)生位移，從而能夠得知設(shè)備是否正在運(yùn)作，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖3所示。

圖3 人員、設(shè)備的定位管理

傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到云端，再由云端對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)設(shè)備與設(shè)備之間的定位規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)警。在數(shù)字化工地系統(tǒng)的PC端，可實(shí)時(shí)顯示各工種、各設(shè)備的位置，并通過(guò)不同顏色或圖標(biāo)進(jìn)行區(qū)分。同時(shí)根據(jù)不同設(shè)備的特性顯示設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3.2 安全管理

為保證施工期間的安全作業(yè)，系統(tǒng)根據(jù)不同類(lèi)型的設(shè)備制定了不同的規(guī)則進(jìn)行應(yīng)對(duì)，具體規(guī)則如下：將貼有二維碼的定位器固定在施工范圍內(nèi)的?；吩O(shè)備上，通過(guò)APP綁定物料，當(dāng)需要使用物料時(shí)，使用者必須通過(guò)APP掃描二維碼進(jìn)行申領(lǐng)，并填寫(xiě)相關(guān)申領(lǐng)數(shù)量，以此對(duì)用料情況進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)施工物料為?；窌r(shí)，若未經(jīng)指定工種人員領(lǐng)用而危險(xiǎn)品發(fā)生移動(dòng)時(shí)，則表示有安全隱患發(fā)生，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警，如圖4所示。

圖4 危險(xiǎn)品管理

在大型設(shè)備上安裝定位器，當(dāng)其處于工作狀態(tài)時(shí)，若周邊未出現(xiàn)安全規(guī)范要求的工種人員，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警。若其他工種人員或一些不允許出現(xiàn)的設(shè)備（例如車(chē)輛、危化品設(shè)備等）進(jìn)入其施工范圍，系統(tǒng)同樣會(huì)發(fā)出預(yù)警，如圖5所示。

圖5 電子圍欄

系統(tǒng)根據(jù)上述規(guī)則發(fā)出的預(yù)警信息會(huì)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在監(jiān)控頁(yè)面內(nèi)，同時(shí)也會(huì)將預(yù)警信息推送至相關(guān)工作人員的手機(jī)上。

3.3 人員積分獎(jiǎng)勵(lì)及教育評(píng)測(cè)管理

通過(guò)二代身份證讀卡器將入場(chǎng)人員的信息進(jìn)行采集，并通過(guò)數(shù)字化工地管理系統(tǒng)移動(dòng)端APP掃描二維碼的方式領(lǐng)用工帽，將人員與定位傳感器進(jìn)行綁定。之后便可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的人員行為以及制定的積分機(jī)制對(duì)施工人員進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰，如圖6所示。人員違反積分規(guī)則，將被扣除一定的積分，被推薦優(yōu)秀作業(yè)的則予以積分獎(jiǎng)勵(lì)。被舉報(bào)者次數(shù)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，需進(jìn)行安全再教育培訓(xùn)，考試通過(guò)后方可再次入場(chǎng)。此外，任一進(jìn)場(chǎng)人員需通過(guò)APP端安全教育測(cè)評(píng)方能入場(chǎng)。

圖6 人員積分獎(jiǎng)勵(lì)及教育測(cè)評(píng)管理

3.4 視頻監(jiān)控

將視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)錄像集成到數(shù)字化工地管理系統(tǒng)中，方便系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)用和管理，顯示施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻圖像，進(jìn)行更好的監(jiān)控管理。

3.5 流程管理

為了降低流程管理的過(guò)多限制，聚焦于事項(xiàng)的快速達(dá)成一致。系統(tǒng)支持手機(jī)拍照上傳及編輯，以簡(jiǎn)潔明了的形式展示相關(guān)項(xiàng)目流程。其中審批流程主要包括技術(shù)方案審批、資料審批、合同流轉(zhuǎn)及付款、安全檢查、質(zhì)量檢查、現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題管理。流程審批中的相關(guān)工作人員可借助系統(tǒng)對(duì)整個(gè)施工的流程文檔進(jìn)行數(shù)字化管理。在流程列表頁(yè)可根據(jù)不同種類(lèi)的流程進(jìn)行分類(lèi)查詢，篩選出待辦事宜，同時(shí)可查看詳細(xì)的工作情況及流程審批進(jìn)度。流程管理模板主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工內(nèi)容予以監(jiān)管，現(xiàn)場(chǎng)人員可隨時(shí)針對(duì)一切現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題予以拍照上報(bào)，反饋至相應(yīng)責(zé)任管理人，達(dá)到實(shí)時(shí)線上監(jiān)管現(xiàn)場(chǎng)的目的，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)的高效管理。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程采用數(shù)字化管理后消除了人工管理的盲區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的違章工作都會(huì)通過(guò)信息及時(shí)傳輸至PC端及APP端，使項(xiàng)目管理人員及時(shí)制止違章行為，有效降低了安全事故發(fā)生率；該工程數(shù)字化工地管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用有效促進(jìn)了項(xiàng)目施工過(guò)程中人、機(jī)、流程管理等方面的精細(xì)化管控，提升了項(xiàng)目的整體管理水平，為后續(xù)類(lèi)似工程的數(shù)字化管理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。