（中車科技園發(fā)展有限公司，北京 100071）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，在國家“互聯(lián)網(wǎng)+”政策推動下，施工現(xiàn)場信息化開始突破原有模式，許多新技術(shù)如BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等開始逐漸集成應(yīng)用在施工現(xiàn)場，與傳統(tǒng)信息化集成平臺實現(xiàn)優(yōu)勢互補，使施工現(xiàn)場呈現(xiàn)出數(shù)字化、智能化、可視化等特點，在此基礎(chǔ)上，“智慧工地”的需求應(yīng)運而生。智慧工地是智慧城市理念在建筑施工行業(yè)的具體體現(xiàn)，是建立在信息化基礎(chǔ)上的一種支持對人和物全面感知、施工技術(shù)全面智能、工作互聯(lián)互通、信息協(xié)同共享、決策科學分析、風險智慧預(yù)控的新型信息化手段。智慧工地緊緊圍繞人、機、料、法、環(huán)等關(guān)鍵要素，綜合運用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動和智能設(shè)備等軟硬件信息化技術(shù)，與現(xiàn)場生產(chǎn)過程相融合，提高施工現(xiàn)場的生產(chǎn)管理效率、決策能力，實現(xiàn)工地的數(shù)字化、精細化、智慧化管理。

國內(nèi)已有許多工程技術(shù)人員和高校對智慧工地進行了研究和實踐：馬凱等[1]基于工程項目管理實踐，以“BIM+信息集成”為核心，以項目施工階段管理為主線，探索搭建智慧工地管理平臺。從?；⒌萚2]從技術(shù)管理、成本管理、安全管理和進度管理4個方面分析如何有效應(yīng)用BIM技術(shù)打造四維一體的智慧工地，發(fā)揮其應(yīng)用價值，進一步促進工程施工的穩(wěn)定發(fā)展。丁彪等[3]闡述了智慧建設(shè)對工程施工的價值和意義，分析了智慧建設(shè)理念下BIM運用模式，針對基于BIM的智慧工地管理體系框架展開了深入研究。周永明等[4]結(jié)合橫琴國際金融中心大廈項目，基于智慧工地理念，對協(xié)同平臺、BIM、物聯(lián)網(wǎng)等方面進行了一系列的研究與開發(fā)。鄭小云[5]以設(shè)計優(yōu)化及智慧工地建設(shè)為切入點，對BIM技術(shù)的應(yīng)用進行了研究。

1 基于BIM技術(shù)的現(xiàn)場綜合管理

目前，BIM技術(shù)（建筑信息模型，Building Information Modeling）已在工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在施工方案制定過程中，可利用BIM技術(shù)進行施工模擬，對施工組織方案的合理性、安全性、可行性進行綜合分析，排除可能存在的問題和隱患。如對施工方案中模板腳手架方案進行模擬，能夠使模板配置更加方便快捷，降低設(shè)計強度、提高設(shè)計效率；通過分析腳手架模型的安全信息，實現(xiàn)安全問題的有效控制，從而降低安全風險，傳統(tǒng)模式與BIM模式下的腳手架方案對比如圖1所示。在管線綜合排布中采用BIM技術(shù)進行模擬，利用BIM的可視化功能進行管線碰撞檢測（見圖2，3），將碰撞信息反饋給設(shè)計人員，以便設(shè)計人員及時調(diào)整，從而減少管線碰撞及返工，降低成本。

圖1 模板腳手架方案對比

圖2 管線綜合排布

圖3 管線碰撞檢查與調(diào)整

在施工過程中，將成本、進度等信息要素與模型集成，形成完整的5D施工模型，幫助管理人員實現(xiàn)施工全過程動態(tài)管理，實現(xiàn)施工過程的成本、進度和質(zhì)量的數(shù)字化管控。在工程應(yīng)用中，將主要分部分項工程按照施工順序編制計劃，編制完成后將計劃任務(wù)與BIM模型進行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)工期進度對比，從而幫助管理人員更好地掌握工程進度安排。目前，BIM技術(shù)的應(yīng)用逐漸呈現(xiàn)出與物聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備、移動技術(shù)等集成應(yīng)用的趨勢。在竣工交付環(huán)節(jié)，所有圖紙、設(shè)備清單、采購信息、施工資料等均可基于BIM模型統(tǒng)一管理。施工資料的可視化為建筑物的后期運維管理提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是通過在施工現(xiàn)場安裝RFID、紅外傳感器、定位系統(tǒng)、激光掃描器等傳感設(shè)備，將與工程建設(shè)相關(guān)的人或物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)可彌補傳統(tǒng)技術(shù)和方法在管理中的不足，實現(xiàn)對“人、機、料、法、環(huán)”的實時全方位監(jiān)控。

2.1 自動識別技術(shù)

1）條形碼 條形碼技術(shù)克服了傳統(tǒng)手工輸入數(shù)據(jù)效率低、錯誤率及成本高的缺點，已逐漸應(yīng)用于施工中。條形碼技術(shù)非常適用于建筑材料和機械設(shè)備的管理，通過移動終端對建筑材料和設(shè)備進行掃描，可準確獲得材料和設(shè)備的相關(guān)信息，實現(xiàn)精細化管理，確保材料和設(shè)備的有效利用，減少不必要浪費。

2）RFID技術(shù) 射頻識別技術(shù)RFID（Radio Frequency I-dentification），即為以無限點技術(shù)為依托，做到識別指定對象的要求，最后加以對數(shù)據(jù)的讀寫操作技術(shù)。RFID系統(tǒng)主要由電子標簽、天線和讀寫器3部分組成。該技術(shù)在施工現(xiàn)場主要應(yīng)用于現(xiàn)場人員、機械、材料等的跟蹤和現(xiàn)場安全管理。和其他技術(shù)相比，RFID擁有遠程讀取和辨識數(shù)據(jù)的功能。以裝配式建筑施工為例，將RFID電子標簽置于預(yù)制構(gòu)件內(nèi)，記錄其所在預(yù)制構(gòu)件的尺寸、位置等信息，與BIM模型中的構(gòu)件信息相對應(yīng)。當識讀預(yù)制構(gòu)件中的電子標簽時，其對應(yīng)的質(zhì)檢、運輸、進場、安裝等信息，便會記錄在電子標簽中，而且會同步到云端。在預(yù)制構(gòu)件管理系統(tǒng)和BIM模型中，均可看到對應(yīng)編號預(yù)制構(gòu)件的信息。預(yù)制構(gòu)件信息同步到預(yù)制件管理平臺，通過管理平臺，可查詢到對應(yīng)時間段、對應(yīng)構(gòu)件編號的預(yù)制構(gòu)件信息。施工過程中，現(xiàn)場管理人員可通過手持讀寫器，準確定位構(gòu)件的吊裝位置。通過在監(jiān)測廠區(qū)內(nèi)施工人員身上粘貼RFID標簽，掌握現(xiàn)場作業(yè)人員狀況，包括識別與進出管理、考勤上崗、總?cè)藬?shù)及區(qū)域人員定位管理等。RFID電子標簽對應(yīng)唯一的人員身份信息，包含姓名、性別等個人基本信息，以及工作班組、工作職責等身份信息?？赏ㄟ^RFID跟蹤危險物品或現(xiàn)場廢棄物，監(jiān)視工作人員位置，當處于危險區(qū)域時，及時發(fā)出警告。

3）人臉識別技術(shù) 人臉識別是通過采集人的面部特征，將其與已知的人臉進行比對，從而確定每個人的身份。目前該技術(shù)已逐漸開始應(yīng)用在工程現(xiàn)場，主要應(yīng)用于現(xiàn)場門禁和考勤等領(lǐng)域，提高現(xiàn)場管理的效率和安全性。

2.2 定位跟蹤技術(shù)

近年來，GPS技術(shù)在道路與橋梁、隧道、高層建筑施工等工程領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。但GPS技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境下的精確度較低，如地下室施工等。室內(nèi)定位跟蹤技術(shù)的發(fā)展彌補了這一缺陷。常見的室內(nèi)無線定位技術(shù)還有Wi-Fi、藍牙、紅外線、UWB（Ultra-wide Band）、ZigBee和超聲波等。

2.3 圖像采集技術(shù)

目前應(yīng)用于施工中的圖像采集技術(shù)主要包括3D激光掃描技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)。

2.3.1 3D激光掃描技術(shù)

3D激光掃描技術(shù)出現(xiàn)于20世紀90年代中期，利用激光測距原理作為新的空間信息獲取技術(shù)，為快速建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不規(guī)則場景的三維可視化數(shù)學模型提供了一種全新的技術(shù)手段，可高效地對真實世界進行3D構(gòu)建和模擬重現(xiàn)。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑、規(guī)劃設(shè)計、仿古建筑、橋梁、隧道等領(lǐng)域。上海世茂深坑酒店便采用了3D激光掃描與BIM技術(shù)相結(jié)合的方法對施工方案進行優(yōu)化[6]。該工程是1座位于廢棄礦坑中的五星級酒店，由于崖壁陡峭、斷面不規(guī)則、深度較深，且設(shè)計獨特，施工難度很大。結(jié)合坑內(nèi)地貌運用3D激光掃描技術(shù)，基于掃描的精細點云生成坑內(nèi)地貌的三維地形模型，可從三維地形模型中自動提取等高線，獲取二維及三維數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)一次測量完成。

2.3.2 視頻監(jiān)控技術(shù)

目前，施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控技術(shù)已比較成熟，除布置現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備外，還有無人機拍攝實時傳回平臺。在文獻[7]中，依托無人機飛行平臺，利用視頻監(jiān)控進行現(xiàn)場巡視、信息采集、指令傳達及應(yīng)急處理，并結(jié)合風險控制清單，實現(xiàn)深基坑施工無人機安全巡邏與預(yù)警。

3 智能化技術(shù)

智能化技術(shù)是將計算機技術(shù)、精密傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)、GPS定位技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等綜合應(yīng)用于工藝工法或機械設(shè)備等施工技術(shù)與生產(chǎn)工具中，提高施工的自動化程度和工作效率，有助于解決重點和危險的施工環(huán)節(jié)和場合問題?！?016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確提出發(fā)展智能化技術(shù)的轉(zhuǎn)向應(yīng)用，開展智能機器人、智能穿戴設(shè)備、手持智能終端設(shè)備、智能監(jiān)測設(shè)備等在施工過程中的應(yīng)用研究，提高施工質(zhì)量和效率，降低安全風險。

4 移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

移動物聯(lián)網(wǎng)是一種通過智能移動終端，采用無線移動通信方式獲取業(yè)務(wù)和服務(wù)的新興業(yè)態(tài)，包含終端、軟件和應(yīng)用3個層面。隨著寬帶無線接入技術(shù)和移動終端技術(shù)的飛速發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)已開始廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。而施工現(xiàn)場人員的主要工作一般在施工現(xiàn)場，移動技術(shù)應(yīng)用恰恰適合項目一線管理人員的需求。目前，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于施工現(xiàn)場的信息溝通、現(xiàn)場質(zhì)量安全檢查、規(guī)范資料的實時查詢等方面。同時，移動應(yīng)用與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，BIM技術(shù)、云計算等集成應(yīng)用，在手機視頻監(jiān)控、二維碼掃描跟蹤、模型現(xiàn)場檢查等得到深度應(yīng)用，有效提高了現(xiàn)場管理水平和工程精細化程度。

5 大數(shù)據(jù)技術(shù)

項目施工過程中會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，包括設(shè)計圖紙、合同、進度數(shù)據(jù)、供應(yīng)商信息、勞務(wù)數(shù)據(jù)、質(zhì)量安全資料、現(xiàn)場監(jiān)控視頻等。隨著智慧工地的實施，BIM、物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的引入，相關(guān)數(shù)據(jù)更會成倍增長，而到了運維階段，數(shù)據(jù)量還會增加。對這些數(shù)據(jù)進行收集整理并進行利用，可幫助企業(yè)更好地進行風險評估預(yù)測，提高決策能力；也可幫助業(yè)務(wù)人員提取相關(guān)的業(yè)務(wù)信息，用于以后的項目實踐。

6 結(jié)語

智慧工地不局限于施工企業(yè)的應(yīng)用，也包含行業(yè)對現(xiàn)場的智慧監(jiān)管。政府主管部門通過相關(guān)平臺，實現(xiàn)對項目現(xiàn)場、設(shè)備、臨時設(shè)施等信息的采集匯總分析，及時發(fā)現(xiàn)隱患，減少和杜絕安全事故的發(fā)生?；趧趧?wù)實名制管理平臺，可提高勞務(wù)人員的管理水平。