劉振邦，李亮，張憶晨

（中鐵四局集團(tuán)管理研究院，安徽 合肥 230023）

1 概述

當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展正從傳統(tǒng)粗放式的高速增長階段，進(jìn)入高效率、低成本、可持續(xù)的中高速增長階段。隨著建筑業(yè)的復(fù)雜度和體量不斷增加，施工現(xiàn)場管理內(nèi)容越來越多，管理的技術(shù)難度和要求也日益提高。傳統(tǒng)施工現(xiàn)場管理模式在速度、可靠性及經(jīng)濟(jì)可行性方面已很難適應(yīng)現(xiàn)代化施工企業(yè)管理與發(fā)展要求。

施工現(xiàn)場每天都在產(chǎn)生各種形式的海量信息，這些信息是施工活動(dòng)的真實(shí)記錄。但由于行業(yè)信息化水平較低，管理手段相對(duì)落后，技術(shù)數(shù)據(jù)普遍以紙質(zhì)形式留存，管理數(shù)據(jù)隨著時(shí)間大量流逝。近年來智慧工地[1-3]概念的提出，標(biāo)志著建筑行業(yè)開始朝著智能化、信息化方向轉(zhuǎn)變[4]。數(shù)字化技術(shù)為保存施工過程數(shù)據(jù)提供有效手段，為加強(qiáng)項(xiàng)目后臺(tái)管控提供了有力抓手，為智慧工地建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)企業(yè)全面信息化的必然要求。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，各種高新技術(shù)、大數(shù)據(jù)被應(yīng)用到建設(shè)施工現(xiàn)場，其中最成功的就是智慧工地管理平臺(tái)[5]。在當(dāng)前形勢背景下，我國建筑行業(yè)在發(fā)展過程中需要更加準(zhǔn)確地了解智慧型工地建設(shè)的內(nèi)涵，明確智慧工地項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則，為接下來開展的智慧工地項(xiàng)目建設(shè)工作打下良好基礎(chǔ)[6]。

2 思路分析

2.1 業(yè)務(wù)導(dǎo)向，服務(wù)管理

緊緊圍繞“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5個(gè)關(guān)鍵要素，以業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，智能采集技術(shù)為支撐，提高工作效率、減輕管理負(fù)擔(dān)為目標(biāo)，切實(shí)滿足項(xiàng)目管理者對(duì)建造過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)管需要。

2.2 頂層設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)引路

由中鐵四局集團(tuán)管理研究院（簡稱管理研究院）牽頭，自上而下地開展智慧工地建設(shè)工作。加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，打造統(tǒng)一的智慧工地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.3 先易后難，分步推進(jìn)

綜合考慮企業(yè)信息化發(fā)展現(xiàn)狀，業(yè)務(wù)系統(tǒng)全面整合難度極大，信息孤島現(xiàn)象長期存在，現(xiàn)階段重點(diǎn)完成以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)智能采集，同步推進(jìn)部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。

2.4 重點(diǎn)突破，示范帶動(dòng)

以重難點(diǎn)工程先行先試為突破口，提高信息管理平臺(tái)、智能技術(shù)與智能設(shè)備的普及使用率為出發(fā)點(diǎn)，逐步拓展，以試點(diǎn)、示范帶動(dòng)企業(yè)智慧工地建設(shè)工作整體推進(jìn)。

3 總體框架

施工工地?cái)?shù)字化建造作為企業(yè)信息化建設(shè)的“細(xì)胞”，在數(shù)據(jù)的智能化采集、為管理流程賦能、輔助科學(xué)決策等方面，正變得越來越重要，而信息化的普及與應(yīng)用促使具有智能化特點(diǎn)的智慧工地應(yīng)運(yùn)而生。目前，智慧工地建設(shè)如火如荼，但現(xiàn)實(shí)情況是工程建設(shè)遠(yuǎn)未達(dá)到智慧階段，更多的是通過數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)信息化管理，當(dāng)信息化管理所存儲(chǔ)的有效數(shù)據(jù)達(dá)到一定量級(jí)，再加上成功的算法，形成了可智能判斷、決策的“工程大腦”，那么智慧工地的時(shí)代將真正來臨。

智慧工地管理平臺(tái)將探索利用數(shù)字化、云部署、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等現(xiàn)代化技術(shù)手段，按照“信息技術(shù)、工程技術(shù)和項(xiàng)目管理的數(shù)據(jù)融合”理念，以“五部兩室”管理業(yè)務(wù)為需求導(dǎo)向，將工程建設(shè)過程中“人、機(jī)、環(huán)境”信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確采集、傳遞、集成、分析、預(yù)警，實(shí)現(xiàn)由“數(shù)字工地”向“信息工地”升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)平行項(xiàng)目數(shù)據(jù)統(tǒng)一、共享，達(dá)到智慧化管理。

智慧工地應(yīng)用體系包含現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層、傳輸層、處理層、應(yīng)用層等內(nèi)容，同時(shí)接入企業(yè)既有業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中展示和分析，輔助科學(xué)決策，應(yīng)用總體框架見圖1。

采集層：充分利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息化技術(shù)手段，適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境要求，解決施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集效率低、不及時(shí)等問題，提高數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、真實(shí)性。

傳輸層：將既有各應(yīng)用系統(tǒng)以部分集成管理和單點(diǎn)登錄的方式接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的抽取，并供處理層應(yīng)用與分析。

處理層：將抽取的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、報(bào)表數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯總、分析，形成可視化圖表數(shù)據(jù)。

應(yīng)用層：根據(jù)實(shí)際管理的維度和細(xì)度，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分類納入不同的功能模塊進(jìn)行管理，便于用戶查詢和分析。

4 建設(shè)內(nèi)容

4.1 生產(chǎn)指揮中心建設(shè)

建立企業(yè)級(jí)、項(xiàng)目級(jí)兩級(jí)生產(chǎn)指揮中心，分級(jí)部署智慧工地管理平臺(tái)，利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)推送至項(xiàng)目生產(chǎn)指揮中心（見圖2），后臺(tái)數(shù)據(jù)分析、處理后，通過指揮大屏集中展示智慧工地管理平臺(tái)各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和監(jiān)控影像，指揮中心人員以此綜合研判現(xiàn)場管理存在的問題，并通過數(shù)字指揮調(diào)度系統(tǒng)反饋至相關(guān)負(fù)責(zé)人，督促其整改完善，可有效提高項(xiàng)目后臺(tái)管控水平。

圖1 應(yīng)用總體框架

4.2 項(xiàng)目級(jí)與企業(yè)級(jí)智慧工地管理平臺(tái)

（1）項(xiàng)目級(jí)智慧工地管理平臺(tái)。建立統(tǒng)一的項(xiàng)目級(jí)智慧管理平臺(tái)（見圖3—圖4），通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)、安全監(jiān)測和應(yīng)用的各項(xiàng)數(shù)據(jù)集中、統(tǒng)一、關(guān)聯(lián)和匯總到該平臺(tái)上，為項(xiàng)目日常辦公、交班會(huì)議、管理分析、決策判斷提供有力的信息化數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)；基于BIM+GIS技術(shù)，以三維模型直觀展示項(xiàng)目進(jìn)度完成情況，配合進(jìn)度計(jì)劃滯后對(duì)比橫道圖提前預(yù)估施工進(jìn)展情況，及早干預(yù)滯后風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，保障工程進(jìn)度順利完成；單點(diǎn)登錄生產(chǎn)管理、安全監(jiān)測、數(shù)字指揮、知識(shí)管理等各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，解決多入口業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理問題，提高工作效率與便捷性。

（2）企業(yè)級(jí)智慧工地管理平臺(tái)。充分利用云部署、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等現(xiàn)代化技術(shù)手段，規(guī)范數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，以全企業(yè)施工項(xiàng)目業(yè)務(wù)管理為目標(biāo)，整合、分析、匯總各項(xiàng)目級(jí)智慧工地管理平臺(tái)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，形成以呈現(xiàn)企業(yè)各項(xiàng)目總體生產(chǎn)、營銷、分布等信息為對(duì)象的企業(yè)級(jí)智慧工地管理平臺(tái)（見圖5—圖6），集中監(jiān)管項(xiàng)目進(jìn)度、產(chǎn)值完成情況，針對(duì)滯后項(xiàng)目由企業(yè)級(jí)直接進(jìn)入項(xiàng)目級(jí)查看其詳細(xì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)字指揮調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)管理指令，加強(qiáng)企業(yè)項(xiàng)目管控力度與干預(yù)及時(shí)性。

圖2 項(xiàng)目生產(chǎn)指揮中心藍(lán)圖

圖3 項(xiàng)目級(jí)智慧工地管理平臺(tái)——門戶首頁

圖4 項(xiàng)目級(jí)智慧工地管理平臺(tái)——項(xiàng)目概況

4.3 勞務(wù)實(shí)名制管理

通過智慧工地管理平臺(tái)接入現(xiàn)場門禁系統(tǒng)、實(shí)名制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)等硬件設(shè)備數(shù)據(jù)，可在平臺(tái)中實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場人員工種與進(jìn)出場等情況以及其相關(guān)身份詳細(xì)信息（見圖7），對(duì)未識(shí)別或未參與培訓(xùn)人員推送預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)勞務(wù)人員數(shù)量統(tǒng)計(jì)、位置信息、狀態(tài)信息、工種信息等的全面信息化動(dòng)態(tài)監(jiān)管，輔助現(xiàn)場生產(chǎn)管理[7]。

4.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

將監(jiān)控系統(tǒng)集成至智慧工地管理平臺(tái)，結(jié)合BIM模型，將現(xiàn)場視頻監(jiān)控設(shè)備在模型相應(yīng)位置添加標(biāo)記，通過模型直觀了解監(jiān)控點(diǎn)空間位置，并對(duì)重要監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽、云臺(tái)控制、視頻抓錄、定時(shí)抓圖與事件抓圖等（見圖8），確保施工生產(chǎn)情況了如指掌。

圖5 企業(yè)級(jí)智慧工地管理平臺(tái)——業(yè)務(wù)界面

圖6 企業(yè)級(jí)智慧工地管理平臺(tái)——數(shù)據(jù)看板

圖7 勞務(wù)實(shí)名制管理界面

4.5 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

將揚(yáng)塵監(jiān)控終端、視頻采集終端集成至智慧工地管理平臺(tái)，通過平臺(tái)可對(duì)施工現(xiàn)場揚(yáng)塵、噪聲、風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、PM2.5、PM10等環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看監(jiān)控（見圖9），在環(huán)境數(shù)據(jù)超限時(shí)，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)霧炮降塵設(shè)備，保證現(xiàn)場施工環(huán)境綠色環(huán)保。

4.6 數(shù)字指揮系統(tǒng)

以“加強(qiáng)信息溝通”為目的，通過集成智能語音引擎，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度指令快速定向發(fā)布，指令發(fā)布人與執(zhí)行人關(guān)系明確，確保指令執(zhí)行效率；系統(tǒng)實(shí)時(shí)追蹤指令執(zhí)行情況，通過圖表統(tǒng)計(jì)方式顯示指令總體完成與超時(shí)情況，直觀展示指令執(zhí)行狀態(tài)，督促指令執(zhí)行，提升項(xiàng)目執(zhí)行力建設(shè)（見圖10）；與混凝土生產(chǎn)調(diào)度工作深度融合，實(shí)現(xiàn)攪拌站生產(chǎn)指揮、攪拌車輛任務(wù)分配、車輛信息監(jiān)控、混凝土調(diào)度、生產(chǎn)過程責(zé)任到人，數(shù)據(jù)追溯可查；利用積累的項(xiàng)目生產(chǎn)工作執(zhí)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)各部門項(xiàng)目生產(chǎn)工作完成效果，為項(xiàng)目生產(chǎn)工作優(yōu)化部署提供數(shù)據(jù)支撐。

圖8 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

圖9 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

4.7 智慧食堂管理系統(tǒng)

通過智慧食堂管理系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了食堂管理的數(shù)字化，員工可對(duì)食堂菜譜進(jìn)行線上投票，預(yù)約就餐，菜品點(diǎn)贊、評(píng)論，根據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析推送至主廚進(jìn)行改進(jìn)完善（見圖11），提升食堂品質(zhì)，提高員工的日常就餐幸福生活指數(shù)；食堂菜品采購根據(jù)就餐人數(shù)、當(dāng)日菜譜自動(dòng)估算采購數(shù)量，菜品采買通過系統(tǒng)錄入，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析收支情況，實(shí)現(xiàn)菜品采購、結(jié)算、分析電子化，節(jié)約食堂成本，全面推進(jìn)“幸福企業(yè)”建設(shè)。

4.8 在線監(jiān)測信息化平臺(tái)

圖10 數(shù)字指揮系統(tǒng)

圖11 智慧食堂管理系統(tǒng)

作為施工項(xiàng)目統(tǒng)一的安全監(jiān)測信息化平臺(tái)，在線監(jiān)測信息化平臺(tái)以構(gòu)建具有開放性、集成性、協(xié)同性的信息化平臺(tái)為目標(biāo)，集成隧道圍巖監(jiān)測、橋墩沉降監(jiān)測、深基坑監(jiān)測、配電柜監(jiān)測、鋼支撐軸力伺服監(jiān)測、塔吊安全監(jiān)測等多種監(jiān)測類型（見圖12），實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目、多工點(diǎn)、多業(yè)務(wù)的安全監(jiān)測模式；利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)，實(shí)時(shí)收集現(xiàn)場各類物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的重點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)計(jì)算、智能預(yù)警，為安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐；通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口格式，支持市面上主流的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備廠家數(shù)據(jù)接入、解析計(jì)算，便于與市場成熟的第三方監(jiān)測系統(tǒng)的集成、整合；兼顧傳統(tǒng)測量方式，采用藍(lán)牙技術(shù)、無線傳輸技術(shù)，后臺(tái)實(shí)時(shí)讀取全站儀、水準(zhǔn)儀測量數(shù)據(jù)，并自動(dòng)上傳、計(jì)算、分析，保證測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性、及時(shí)性，為安全決策提供依據(jù)。

圖12 在線監(jiān)測信息化平臺(tái)

5 實(shí)現(xiàn)價(jià)值

（1）智慧工地管理平臺(tái)基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過連接施工現(xiàn)場各類設(shè)施設(shè)備，不僅實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，更是通過打通各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成管理，確保了生產(chǎn)決策者可利用多方數(shù)據(jù)，進(jìn)行項(xiàng)目生產(chǎn)管理，提高決策的準(zhǔn)確性。

（2）提出生產(chǎn)指揮中心建設(shè)理念，將其作為項(xiàng)目生產(chǎn)管理的戰(zhàn)情室，以中樞大腦的形態(tài)收集、分析、處理各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)，并通過數(shù)字指揮系統(tǒng)一對(duì)一信息互動(dòng)，確保指令到人，責(zé)任到人，可極大提高項(xiàng)目后臺(tái)的管控能力。

（3）通過智慧工地管理平臺(tái)的研發(fā)與實(shí)踐應(yīng)用，已初步實(shí)現(xiàn)了企業(yè)部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理，為智慧工地的落地應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

（4）根據(jù)項(xiàng)目實(shí)踐以及過程中各項(xiàng)目系統(tǒng)應(yīng)用反饋意見，經(jīng)過梳理完善，形成了企業(yè)級(jí)智慧工地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為下一步企業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

6 結(jié)束語

通過幾年來的探索實(shí)踐，智慧工地建設(shè)有了多方面的成效。一是提升了項(xiàng)目管理水平，二是促進(jìn)了企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[8]。智慧工地是圍繞項(xiàng)目全生命周期建立的一整套信息化系統(tǒng)和設(shè)施[9]。隨著工程體量的快速增長，建筑施工行業(yè)向更加集成統(tǒng)一管理、高效協(xié)同工作以及更加自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展。未來，智慧工地應(yīng)用體系還需從以下幾個(gè)角度繼續(xù)完善，做到與時(shí)俱進(jìn)。

（1）提供一體化軟硬件解決方案。研究應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)場調(diào)度指揮體系間的聯(lián)動(dòng)技術(shù)，完善相關(guān)軟硬件，形成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、傳遞暢通、響應(yīng)及時(shí)的智能指揮體系，向用戶提供一體化的軟硬件解決服務(wù)。從硬件配置、中心風(fēng)格與布局、軟件應(yīng)用、人員配置、生產(chǎn)組織與日常管理行為規(guī)范等方面，建立統(tǒng)一的建設(shè)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

（2）智慧工地管理平臺(tái)快速定制技術(shù)研究。針對(duì)不同類型、不同規(guī)模的工程項(xiàng)目在管理方面的差異性，總結(jié)歸納其中的共性和個(gè)性內(nèi)容，逐步固化為智慧項(xiàng)目平臺(tái)上可獨(dú)立配置的業(yè)務(wù)模塊，實(shí)現(xiàn)靈活組合，滿足不同項(xiàng)目的多樣需求，提高智慧項(xiàng)目部建設(shè)的前期準(zhǔn)備效率。

（3）基于云服務(wù)的智慧工地管理平臺(tái)框架研究。在當(dāng)前智慧項(xiàng)目管理平臺(tái)的框架基礎(chǔ)上，為適應(yīng)多項(xiàng)目集成應(yīng)用、減少平臺(tái)部署基礎(chǔ)工作量，研究平臺(tái)云部署相關(guān)技術(shù)，為后期企業(yè)級(jí)智慧管理平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)一和共享做好準(zhǔn)備[10]。

總體來說，智慧工地是實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)綜合管理科技化、現(xiàn)代化、集約化的有效方式[11]。項(xiàng)目工地是依托于整個(gè)產(chǎn)業(yè)而存在的。及時(shí)有效的上游資源供應(yīng)是保質(zhì)保量完成項(xiàng)目的前提。工地的各參與方都要積極參與到實(shí)踐過程中來，實(shí)現(xiàn)各要素之間的良好協(xié)作和高效協(xié)同，這樣項(xiàng)目工地才能成為真正的智慧工地。