前廣

(中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司，武漢 430000)

1 工程背景介紹

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

橫琴國(guó)際金融中心大廈工程位于珠海橫琴新區(qū)十字門中央商務(wù)區(qū)橫琴片區(qū)離岸金融島8號(hào)地塊，總建筑面積21.92萬m2，建筑高度337m，塔樓69層，裙樓4層，地下室4層，是甲級(jí)寫字樓、商業(yè)會(huì)展、餐飲與商務(wù)公寓等多種業(yè)態(tài)于一體的城市綜合體，也是在建的珠海澳門第一高樓。

圖1 IFC項(xiàng)目效果圖

1.2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

本項(xiàng)目具有品質(zhì)定位高、工期緊、總包協(xié)調(diào)量大、造型復(fù)雜、工藝要求高等特點(diǎn)，在協(xié)同管理等多方面對(duì)智慧工地物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了很高的要求： ①本項(xiàng)目爭(zhēng)創(chuàng)魯班獎(jiǎng)，全國(guó)建筑業(yè)綠色施工示范工程，在管理上有很高的要求； ②辦公塔樓采用了智能化頂升模架系統(tǒng)并采用了塔吊不倒梁頂升的新技術(shù)，項(xiàng)目安全監(jiān)控要求高； ③總工期僅1 151天，且工程體量大，專業(yè)分包多，現(xiàn)場(chǎng)各專業(yè)同時(shí)施工工作面協(xié)調(diào)難度大，傳統(tǒng)計(jì)劃管理方式自動(dòng)化低，管理過程繁瑣，容易出現(xiàn)過程管理缺失等問題，無法滿足本項(xiàng)目管理需要。

2 組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 應(yīng)用目標(biāo)

圖2 智慧工地總體框架

項(xiàng)目通過BIM相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，引入無人機(jī)航測(cè)、激光掃描、AR/VR等新技術(shù)，依托物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)等信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)，同時(shí)將“物聯(lián)網(wǎng)+”理念與工程項(xiàng)目實(shí)施過程中的進(jìn)度、安全、質(zhì)量、技術(shù)等管控要素相結(jié)合讓新技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，打造智慧工地，讓工地成為“生命體”。消除數(shù)據(jù)孤島、打通數(shù)據(jù)傳遞鏈條，提升建設(shè)工地監(jiān)督管理水平，促進(jìn)建設(shè)工程科技創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)精益建造的目標(biāo)。其具體功能分工情況如圖2所示。

2.2 軟硬件配置

選用軟件是項(xiàng)目應(yīng)用的關(guān)鍵，要明確選用平臺(tái)的功能和特點(diǎn)，支撐項(xiàng)目各項(xiàng)應(yīng)用目標(biāo)。軟件選用優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、數(shù)據(jù)共享、高效協(xié)同是打造智慧工地、實(shí)現(xiàn)精益建造的核心[1]，如表1所示。

表1 軟件選用

3 智慧工地應(yīng)用

3.1 管理平臺(tái)概述

項(xiàng)目致力于探索消除數(shù)據(jù)孤島、打通數(shù)據(jù)傳遞鏈條、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集自動(dòng)監(jiān)管，企業(yè)三大管理平臺(tái)以及進(jìn)度計(jì)劃管理系統(tǒng)，是信息管理的核心大腦，對(duì)各方面進(jìn)行著分析和指揮。在項(xiàng)目上嘗試將各平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通和共享。以施工現(xiàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)為核心，打通項(xiàng)目信息橫向傳遞鏈條，為項(xiàng)目管理服務(wù)。同時(shí)打通計(jì)劃、成本等信息的豎向傳遞鏈條，為企業(yè)管理、決策服務(wù)。

智慧工地各平臺(tái)協(xié)同工作流程如圖3所示。

圖3 智慧工地各平臺(tái)的協(xié)同工作

3.2 各管理平臺(tái)應(yīng)用情況

3.2.1 公司縱向?qū)用婀芾?/p>

公司層面，應(yīng)用了自主研發(fā)的三大平臺(tái)(圖4)：

1)決策支持平臺(tái)(DSS)

集成企業(yè)主要運(yùn)營(yíng)指標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的化解情況、為企業(yè)決策提供大數(shù)據(jù)支持；

2)綜合管理信息系統(tǒng)(IMS)

企業(yè)內(nèi)控流程管理平臺(tái)，對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管控；

3)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)管理信息系統(tǒng)(PMS)

為項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)管理提供支撐與服務(wù)的信息化應(yīng)用工具。

圖4 縱向數(shù)據(jù)管理示意圖

圖5 通過參數(shù)快速生成總控計(jì)劃

圖6 計(jì)劃分析

三個(gè)系統(tǒng)分別滿足三個(gè)管控層級(jí)不同的管理需求，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通和共享。而智慧工地云平臺(tái)則是為三大管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持、監(jiān)管項(xiàng)目的“耳目”。

3.2.2 基于BIM的進(jìn)度管理

自主研發(fā)的基于BIM的施工項(xiàng)目總承包進(jìn)度計(jì)劃管理系統(tǒng)為項(xiàng)目提供快速參數(shù)化編制計(jì)劃、線性分析優(yōu)化、過程工作面可視化管理等功能，顯著提高了計(jì)劃的編制效率和可執(zhí)行性提高工程進(jìn)度管控能力[2]。

圖7 自動(dòng)生成施工模擬

3.2.3 PW協(xié)同管理平臺(tái)

作為超高層大型公建項(xiàng)目，項(xiàng)目參建單位眾多，通過PW平臺(tái)及項(xiàng)目管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)的數(shù)據(jù)共享和交流，通過高效的檢索和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，解決各參建方信息交互的問題(圖8)。

3.3 BIM相關(guān)應(yīng)用

3.3.1 BIM建模

為提高設(shè)計(jì)施工協(xié)同效率，基于設(shè)計(jì)圖所做的單專業(yè)模型繪制，旨在于以三維的角度對(duì)二維設(shè)計(jì)的空間結(jié)構(gòu)、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行圖紙復(fù)核審查，查缺補(bǔ)漏糾錯(cuò)優(yōu)化，避免現(xiàn)場(chǎng)返工，達(dá)到提高效率、節(jié)省成本的目的。如圖9所示。

圖8 PW平臺(tái)查看模型，模型檢索

圖9 建立各專業(yè)模型

圖10 頂模深化設(shè)計(jì)及工況模擬

圖11 無人機(jī)實(shí)景建模、場(chǎng)地規(guī)劃、空中巡檢

圖12 激光掃描測(cè)量高大空間、掃描點(diǎn)云與模型的對(duì)比、輔助調(diào)整機(jī)電模型

圖13 利用帶智能放樣機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精確高效的放樣 圖14 項(xiàng)目沙盤

圖15 VR用于方案體驗(yàn)

3.3.2 深化設(shè)計(jì)

項(xiàng)目施工模擬根據(jù)建筑主體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以滿足施工安全和主體結(jié)構(gòu)施工要求為前提，建立頂模系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫(kù)，包括貝雷片、立柱、掛架立桿、翻板、模板等標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，對(duì)頂模系統(tǒng)進(jìn)行模數(shù)化設(shè)計(jì)。對(duì)頂升過程進(jìn)行模擬，對(duì)頂模模型的安全防護(hù)、操作空間等進(jìn)行檢查。盡量考慮到頂模施工過程中的各種工況，確認(rèn)設(shè)計(jì)符合安全要求和施工便利性[3]。如圖10所示。

3.3.3 實(shí)景建模、激光掃描及智能放樣

項(xiàng)目采用無人機(jī)傾斜攝影建模，可視化地對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行規(guī)劃，并采用無人機(jī)巡檢，提升項(xiàng)目巡檢效率。為解決裙樓鋼構(gòu)與幕墻的精確定位和放樣、保障管道復(fù)雜區(qū)域的深化設(shè)計(jì)可執(zhí)行性，項(xiàng)目綜合采用激光掃描儀和放樣機(jī)器人。采用激光掃描快速、精確地采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于實(shí)測(cè)實(shí)量、深化設(shè)計(jì)驗(yàn)證、空間定位。采用智能全站儀對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)放樣，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的高效精確定位及放樣[4]。如圖11-13所示。

3.3.4 其他BIM探索

1)3D打印

項(xiàng)目將BIM三維場(chǎng)地布置模型通過3D打印技術(shù)將模型打印成立體、直觀、真實(shí)的BIM沙盤模型，在沙盤上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的布置進(jìn)行部署、規(guī)劃和演練，可以更加直觀、深刻的反映項(xiàng)目CI設(shè)計(jì)及布置情況。如圖14所示。

2)VR應(yīng)用

在設(shè)計(jì)中，利用VR進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)，虛擬實(shí)境給人更直觀的感受，在頂模施工模擬推演、機(jī)電深化設(shè)計(jì)方案核查中比平面的屏幕更容易發(fā)現(xiàn)問題，更有利于方案調(diào)整。如圖15所示。

3)AR應(yīng)用

本項(xiàng)目AR應(yīng)用處于探索階段，實(shí)驗(yàn)性地研發(fā)了AR施工、運(yùn)維系統(tǒng)，將BIM模型加載到平板中，項(xiàng)目精確設(shè)置二維碼，掃描二維碼后，即可通過平板查看模型，即可將待施工的模型疊加在現(xiàn)實(shí)的圖像中，輔助管理人員掌握現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜狀況。運(yùn)維階段可以幫助管理者查看隱藏在墻后的管道模型，查看相關(guān)信息如流量、功率，如果是加裝了控制器的線路，還可以控制其開關(guān)。如圖16所示。

圖16 AR輔助施工、運(yùn)維

圖17 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃

圖18 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸流程

3.4 智慧工地物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

3.4.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用概述

智慧工地物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，是建立在BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)之上的工程信息化建造平臺(tái)，它是信息技術(shù)與先進(jìn)工程建造技術(shù)的融合，其中最關(guān)鍵的是應(yīng)用數(shù)據(jù)的收集和分析，有了數(shù)據(jù)的有效分析，才能通過數(shù)據(jù)來支撐項(xiàng)目管理?；谛袠I(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，我們制定了分三步走的智慧工地物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃(圖17)。

圖19 RFID監(jiān)管人員在各區(qū)域的出入時(shí)間

圖20 巡更巡檢及車輛進(jìn)出記錄

本項(xiàng)目物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍涵蓋人員管理、大型設(shè)備管理、質(zhì)安管理、環(huán)境及能耗管理、材料管理五大模塊。物聯(lián)網(wǎng)的工作流程如圖18所示。由工地現(xiàn)場(chǎng)各傳感器的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，通過通用無線傳輸模塊把數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，在云平臺(tái)處理分析數(shù)據(jù)，各監(jiān)管部門根據(jù)云平臺(tái)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策。

3.4.2 人員管理應(yīng)用

1)人員管理概述

主要進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的人員管理，快速了解現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的情況，同時(shí)將管理人員考勤、保安巡更巡檢、車輛進(jìn)出登記等納入項(xiàng)目智能物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行綜合管理，完善項(xiàng)目非作業(yè)人員、車輛的管控。

2)施工現(xiàn)場(chǎng)人員管理

項(xiàng)目在工地門口，及關(guān)鍵區(qū)域的出入口加裝了RFID感應(yīng)器，在安全帽內(nèi)加裝預(yù)載人員身份信息的RFID芯片，對(duì)進(jìn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行進(jìn)退場(chǎng)考勤登記及資質(zhì)認(rèn)證，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)區(qū)域作業(yè)工種及人數(shù)上傳至平臺(tái)。精確管理工人在各個(gè)樓層工作面上的人員數(shù)量、專業(yè)、工作時(shí)間等，為精細(xì)化的人員管理提供數(shù)據(jù)支持。如圖19所示。

3)巡更巡檢管理

在巡檢點(diǎn)設(shè)置二維碼，指定人員需在規(guī)定時(shí)間沿巡更路線掃碼進(jìn)行簽到，文字、拍照或語音進(jìn)行巡檢情況匯報(bào)，上傳平臺(tái)進(jìn)行歸檔。

4)進(jìn)出車輛自動(dòng)登記管理

在施工現(xiàn)場(chǎng)主要出入口加裝高清攝像頭，對(duì)進(jìn)出施工現(xiàn)場(chǎng)的車輛進(jìn)行拍照登記，包含車輛牌照號(hào)碼，車型，車輛進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間，數(shù)據(jù)上傳平臺(tái)進(jìn)行歸檔。如圖20所示。

3.4.3 質(zhì)安管理應(yīng)用

質(zhì)安管理概述：主要對(duì)大體積混凝土無線測(cè)溫、高支模變形監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、區(qū)域管制報(bào)警等零散的應(yīng)用集成到平臺(tái)中統(tǒng)一管理，并通過開發(fā)手機(jī)端APP方便項(xiàng)目管理人員查看數(shù)據(jù)。

管制區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)臨邊洞口邊緣或限制進(jìn)入的區(qū)域入口設(shè)置移動(dòng)式感應(yīng)裝置器，當(dāng)有人員進(jìn)入紅外人體感應(yīng)器的監(jiān)測(cè)范圍時(shí)報(bào)警，相關(guān)警告上傳云平臺(tái)。視頻監(jiān)控是將監(jiān)控設(shè)備的位置在三維模型中標(biāo)記，通過模型可以直接點(diǎn)開監(jiān)控點(diǎn)，進(jìn)行視頻影像查看。如圖21所示。

大體積混凝土無線測(cè)溫采用常規(guī)的混凝土無線測(cè)溫設(shè)備，通過加裝數(shù)據(jù)中繼器將數(shù)據(jù)傳到云端數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過電腦查看數(shù)據(jù)變化曲線，確保大體積混凝土澆筑質(zhì)量。

圖21 管制區(qū)域報(bào)警及視頻監(jiān)控

圖23 塔吊及頂模監(jiān)控系統(tǒng)

高支模監(jiān)測(cè)使用形變式測(cè)量構(gòu)件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高支模桿件變形、進(jìn)行超限預(yù)警，并通過聲光進(jìn)行報(bào)警。相關(guān)數(shù)據(jù)上傳平臺(tái)，及時(shí)報(bào)警處理。如圖22所示。

3.4.4 大型設(shè)備管理管理應(yīng)用

1)塔吊、電梯、頂模平臺(tái)

塔吊、電梯、頂模平臺(tái)是工作業(yè)中最重要的施工機(jī)械，保證它們的安全使用，對(duì)保障施工安全、進(jìn)度有著重要的意義。平臺(tái)通過傳感器對(duì)大型機(jī)械運(yùn)行全過程進(jìn)行監(jiān)控、記錄，及時(shí)預(yù)警。

2)塔吊防碰撞及監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塔吊運(yùn)行情況，包括塔吊轉(zhuǎn)角、大臂仰角、風(fēng)速、載重、幅度等數(shù)據(jù)，為塔機(jī)碰撞以及塔機(jī)超載提供實(shí)時(shí)預(yù)警，并進(jìn)行制動(dòng)控制。

3)頂模監(jiān)控系統(tǒng)

主要包括液控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩個(gè)分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)主缸聯(lián)動(dòng)、同步控制和各支小油缸的控制，通過傳感器監(jiān)測(cè)構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變變化，監(jiān)測(cè)平臺(tái)平衡，保證頂模頂升安全。如圖23所示。

圖24 按順時(shí)針順序依次是：揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)及自動(dòng)噴淋，污水監(jiān)測(cè)、用水用電管理、噪音監(jiān)測(cè)

圖25 智能地磅稱重和材料出入庫(kù)管理

3.4.5 環(huán)境監(jiān)測(cè)及能耗管理應(yīng)用

設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)境儀器，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的PM2.5、噪音及污水等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過數(shù)據(jù)分析并處理項(xiàng)目環(huán)境、能耗情況，滿足綠色施工的監(jiān)管要求，自動(dòng)化進(jìn)行綠色施工分析。如圖24所示。

3.4.6 材料管理應(yīng)用

材料管理方面，主要是智能地磅和倉(cāng)庫(kù)材料的信息化管理的應(yīng)用。

智能地磅是指在地磅稱重系統(tǒng)上加裝傳感器及攝像機(jī)，在材料車輛進(jìn)場(chǎng)和出場(chǎng)分別進(jìn)行稱重，對(duì)下料凈重進(jìn)行計(jì)算、拍照記錄，將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳在平臺(tái)中自動(dòng)形成材料進(jìn)場(chǎng)報(bào)表。

倉(cāng)庫(kù)材料的信息化管理：項(xiàng)目各類物資入場(chǎng)時(shí)生成并粘貼相應(yīng)二維碼，物資調(diào)配時(shí)需通過掃描二維碼進(jìn)行材料提取，入庫(kù)及調(diào)配信息將實(shí)時(shí)傳輸至智能云平臺(tái)系統(tǒng)。如圖25所示。

4 應(yīng)用效果

通過將工地視作有機(jī)體進(jìn)行智慧工地實(shí)踐和研究，提升了設(shè)計(jì)、施工管理效率，節(jié)約了溝通時(shí)間和施工工期，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化的管理，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。經(jīng)統(tǒng)計(jì)如下：

(1)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖紙問題167條，建筑圖紙問題36條；

(2)共發(fā)現(xiàn)并解決碰撞問題3萬余個(gè)，出深化圖共5類、 36張；

(3)節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)50余個(gè)；

(4)輔助施工方案交底30個(gè)；

(5)召開了全國(guó)智慧工地現(xiàn)場(chǎng)觀摩會(huì)、珠海市安全觀摩會(huì)、橫琴區(qū)智慧工地觀摩會(huì)。

(6)提高頂模設(shè)計(jì)加工效率50%；

(7)智慧工地云平臺(tái)上線后，項(xiàng)目管理能力顯著提高。上線運(yùn)行后累計(jì)測(cè)試、記錄現(xiàn)場(chǎng)人員546人，累計(jì)運(yùn)行104天，記錄人員工時(shí)112 156h； 監(jiān)測(cè)區(qū)域報(bào)警數(shù)量16次，頂模及塔吊預(yù)警9次； 監(jiān)測(cè)揚(yáng)塵、污水、噪音、用水用電103天，整改問題7個(gè)，有效節(jié)水563m3，節(jié)電1 200kW·h。

(8)智能地磅累計(jì)稱重2 653次，其中入庫(kù)數(shù)據(jù)(含冗余數(shù)據(jù))33 265條，取穩(wěn)定值2 653次。倉(cāng)儲(chǔ)信息化管理試運(yùn)行中，入庫(kù)32次，出庫(kù)27次，取得了良好的研究實(shí)驗(yàn)效果。

5 總結(jié)

本項(xiàng)目在多方協(xié)同工作、深化設(shè)計(jì)、實(shí)景建模、激光掃描及放樣、AR、物聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入的探索嘗試，取得了一定成效，但仍存在一些問題需要進(jìn)一步改進(jìn)。

(1)綜合運(yùn)用的平臺(tái)太多，運(yùn)用流程尚不完善

目前協(xié)同工作流程還處于探索階段，效率不高，需要不斷完善各單位的協(xié)同工作流程，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)項(xiàng)目管理思路，重復(fù)利用好智慧工地新工具。

(2)人才培養(yǎng)

通過完善相關(guān)激勵(lì)、考核制度，通過多層次系統(tǒng)培訓(xùn)，重點(diǎn)加強(qiáng)智慧工地相關(guān)應(yīng)用實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提高人員專業(yè)素質(zhì)。

(3)探索研究

繼續(xù)深入探索研究，繼續(xù)創(chuàng)新，將更多的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化，集成在智慧工地物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)中，向精益建造的目標(biāo)繼續(xù)邁進(jìn)。