韓璐 劉宏波 邢強

中國建筑土木建設(shè)有限公司，中國·北京 110000

綜合管廊；互聯(lián)網(wǎng)+智慧工地；信息化；BIM

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)+智慧工地就是指運用信息化手段，圍繞施工過程管理，建立互聯(lián)協(xié)同、智能生產(chǎn)、科學(xué)管理的施工項目信息化生態(tài)圈，并將此數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下與物聯(lián)網(wǎng)采集到的工程信息進行數(shù)據(jù)挖掘分析，提供過程趨勢預(yù)測及專家預(yù)案，實現(xiàn)工程施工可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平，從而逐步實現(xiàn)綠色建造和生態(tài)建造。智慧工地將更多人工智慧、傳感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實等高科技技術(shù)植入到建筑、機械、人員穿戴設(shè)施、場地進出關(guān)口等各類物體中，并且被普遍互聯(lián)，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，再與“互聯(lián)網(wǎng)”整合在一起，實現(xiàn)工程管理干系人與工程施工現(xiàn)場的整合。智慧工地的核心是以一種“更智慧”的方法來改進工程各干系組織和崗位人員相互交互的方式，以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應(yīng)速度。

2 智慧工地應(yīng)用目標

（1）實現(xiàn)項目狀態(tài)的實時感知，包括現(xiàn)場作業(yè)狀態(tài)、安全文明綠色施工狀態(tài)、保密管控狀態(tài)、人材機等資源調(diào)配狀態(tài)、重要施工設(shè)備設(shè)施狀態(tài)等。

（2）實現(xiàn)智能化自動預(yù)警，包括項目進度預(yù)警、資源投入預(yù)警、安全文明綠色施工預(yù)警等。

（3）提升工程質(zhì)量，包括基于BIM 的深化設(shè)計、施工方案模擬以及可視化技術(shù)交底，施工過程中和質(zhì)量驗收階段的無死角視頻監(jiān)控等。

（4）確保項目進度，包括基于BIM 的施工進度管控、人材機資源科學(xué)調(diào)配等。

（5）提升安全文明綠色施工水平。

（6）提升項目保密管理水平。

（7）“智慧工地”各系統(tǒng)智能聯(lián)動，在統(tǒng)一界面下進行可視化數(shù)據(jù)分析和顯示。

3 智慧工地建設(shè)標準

在滿足各級地方政府對施工項目智慧工地建設(shè)要求的基礎(chǔ)上，按照工程規(guī)模、項目影響力等，將智慧工地建設(shè)分成基本版、標準版、升級版三個層次。

（1）基本版

基本版是指項目智慧工地建設(shè)基本滿足項目所在地政府對施工現(xiàn)場管理的要求，并按要求將設(shè)備接入智慧工地管理系統(tǒng)。

（2）標準版

標準版是指在基本版的基礎(chǔ)上，為確保項目不發(fā)生重大安全事故和重大質(zhì)量事故，項目配備了保障施工安全、施工質(zhì)量的智能設(shè)備，并將設(shè)備接入智慧工地管理系統(tǒng)。

（3）升級版

升級版是指在標準版的基礎(chǔ)上，部分實現(xiàn)了智能施工、模擬施工管理技術(shù)等，并將設(shè)備接入智慧工地管理系統(tǒng)，使各層級管理部門可以實時感知項目進度、物料消耗、人員投入、資金使用情況。

4 智慧工地各子系統(tǒng)設(shè)計

基于對最新科技成果的了解，對國內(nèi)外先進智慧工地案例進行深入研究，并結(jié)合對市政管廊項目自身情況和實際需要的研究，經(jīng)研究實踐后適用的智慧工地各子系統(tǒng)設(shè)計簡要闡述如下。

4.1 大數(shù)據(jù)綜合顯示集成平臺

大數(shù)據(jù)綜合顯示集成平臺可以對現(xiàn)場智慧工地相關(guān)數(shù)據(jù)進行調(diào)閱。隨著智慧工地越來越受到重視，建設(shè)項目多而品牌和平臺的不統(tǒng)一，導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)閱不便，需要多平臺來回切換，甚至需要在多個部門調(diào)用，造成極大的管理不便和資源浪費。大數(shù)據(jù)綜合顯示平臺將集成多個平臺的權(quán)限和接口，實現(xiàn)相關(guān)可用數(shù)據(jù)、重要數(shù)據(jù)的統(tǒng)一展示。

多種應(yīng)用，集成協(xié)同；信息收集，整合共享；一個平臺，互通互聯(lián)。通過集成運用物聯(lián)網(wǎng)、GIS-BIM、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，搭建智慧工地可視化管理平臺，實現(xiàn)工地的信息化、精細化、智能化管控，最終實現(xiàn)提升工程項目管理品質(zhì)。

圖1 大數(shù)據(jù)綜合顯示集成平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖

4.2 智能識別大數(shù)據(jù)平臺+人員行為、軌跡智能分析系統(tǒng)

通過場內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)加載不文明行為圖像智能視覺識別算法模塊（配套服務(wù)器與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)對接），及NVR 錄像部署+人臉識別服務(wù)器、人臉追蹤分析系統(tǒng)（全項目周期人臉數(shù)據(jù)信息存儲及云端備份）建立人臉識別軌跡智能分析綜合系統(tǒng)。

可以對場區(qū)內(nèi)任意人員實時進行頭像拍照識別，智能分析識別人員信息，包括勞務(wù)信息、在場記錄、違規(guī)記錄、綜合評價信息等。每天根據(jù)識別記錄結(jié)果，實時生成日報，詳細記錄每天訪客及場內(nèi)認證人員流動情況，可與勞務(wù)實名制系統(tǒng)對接融合，精細化統(tǒng)計數(shù)據(jù)。根據(jù)照片、姓名或身份信息搜索，可以自動搜索歸類出目標人員在場內(nèi)所出現(xiàn)的位置、時間、人員狀態(tài)信息、具體路線圖，生成報表供管理者使用[1]。

4.3 訪客快速刷臉登記及進出管理系統(tǒng)

結(jié)合閘機系統(tǒng)，加裝最新一代人臉識別設(shè)備，對來訪人員、項目部管理人員及現(xiàn)場工人實現(xiàn)刷臉進出，識別過程不超過1s，極大提高了通過效率和現(xiàn)場使用感受；進行精準人臉識別記錄，方便日后管理需要。進場拍照錄入工作只需刷身份證1s 驗證拍照，即可實現(xiàn)身份證自動比對、檔案錄入一體化流程。系統(tǒng)與閘機完美連動，小于0.5s 的超快速識別響應(yīng)，可靈活設(shè)定訪客有效刷臉時間。

圖2 人臉識別進出管理系統(tǒng)安裝實景

4.4 安全違章采集處理系統(tǒng)

實現(xiàn)安全隱患的排查，加強管理人員對危險源的預(yù)防，并及時采取處理措施，實現(xiàn)人員與工作環(huán)境安全的實時可控。通過管理平臺實時查詢工地安全狀況和處理安全隱患，使管理人員隨時隨地了解現(xiàn)場安全信息。

可充分利用工地現(xiàn)場已有的所有監(jiān)控點位、任意網(wǎng)絡(luò)類型（有線、WiFi）監(jiān)控攝像機，將圖像回傳對接服務(wù)器進行比對，即可實現(xiàn)對人臉和相關(guān)行為特征進行智能識別分析。

該系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場自動抓拍違章行為（安全帽、安全帶、吸煙、馬甲、翻越護欄等），一鍵生成罰單的人工智能化管理。

4.5 場區(qū)無線智能廣播系統(tǒng)

工人上下班時間播放安全教育，讓工人時刻繃緊安全弦，在休息及用餐時間播放輕松舒緩的音樂，達到放松心情的目的。

在施工場區(qū)舉行活動、播放通知、播送音樂、表揚先進、召開大會、播放安全教育時起到重要作用，如下：

（1）實現(xiàn)整體播放，也可以實現(xiàn)對單個或多個區(qū)域組合進行播放；

（2）廣播天氣、通知、預(yù)警等；

（3）緊急廣播，緊急事故情況發(fā)生時，能及時播放緊急廣播信息；

（4）分控管理，管理人員和領(lǐng)導(dǎo)無需到機房，可以在自己辦公室通過手機端和pc 端進行播放，通知發(fā)布和管理。

4.6 健康篩查機器人

健康篩查機器人可對現(xiàn)場管理及施工人員進行健康篩查及管理。健康篩查機器人使用了光譜檢測技術(shù)、脈搏波檢測技術(shù)、生物電檢測技術(shù)、中醫(yī)數(shù)字診療技術(shù)及大數(shù)據(jù)聚合算法技術(shù)。全方位的體檢報告結(jié)果，可以有效的幫助現(xiàn)場人員進行健康管理，可以有效的防止和減少項目因為健康問題導(dǎo)致的人員缺崗情況。

4.7 環(huán)境監(jiān)測與聯(lián)動降塵系統(tǒng)

對施工現(xiàn)場的溫度、濕度、PM2.5、PM10、風(fēng)力、風(fēng)向、噪音進行24h 不間斷實時監(jiān)測，并把監(jiān)測數(shù)據(jù)傳入云服務(wù)器系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，當揚塵超標時自動啟動施工現(xiàn)場細水霧噴淋，控制粉塵，降低粉塵濃度，改善施工現(xiàn)場環(huán)境，對促進安全生產(chǎn)，維護環(huán)境衛(wèi)生等有重要作用。同時管理人員可通過pc 端和手機端遠程無線控制噴淋系統(tǒng)，進行降塵，節(jié)省人工成本。

圖3 系統(tǒng)安裝示意圖

4.8 二維碼信息技術(shù)應(yīng)用

二維碼信息管理能把各個構(gòu)件的CAD 施工圖、技術(shù)交底以及構(gòu)件的生產(chǎn)廠家、大小、屬性等信息全部錄入到二維碼中。通過掃描二維碼了解對應(yīng)的施工工藝、設(shè)計和規(guī)范要求?？商娲鷤鹘y(tǒng)的標識牌及多種紙質(zhì)資料，節(jié)約成本。

質(zhì)量、安全交底二維碼應(yīng)用，通過將交底、方案等資料，生成二維碼，方便現(xiàn)場作業(yè)人員通過手機端實時查看相關(guān)資料。

圖4 施工現(xiàn)場二維碼應(yīng)用示意圖

4.9 標養(yǎng)室監(jiān)測系統(tǒng)

遠程監(jiān)測標樣室溫濕度，溫濕度超出范圍后自動報警，推送給管理員手機端。實時監(jiān)測標樣，確保符合質(zhì)量要求。后臺自動生成日報表、月報表，方便管理人員查閱。

4.10 水電無線節(jié)能監(jiān)測及能效管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集層通過電能表、能量表、水表等獲取各回路的電耗及其相關(guān)電力參數(shù)、能量消耗和水耗等能源信息。再由數(shù)據(jù)傳輸層把能源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP 協(xié)議格式上傳至節(jié)能管理監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)存儲層可以對能耗數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計、分析、處理和存儲，由數(shù)據(jù)展示層對存儲層中的能耗數(shù)據(jù)進行展示和發(fā)布。

圖5 系統(tǒng)組成及原理圖

在辦公區(qū)、生活區(qū)、施工現(xiàn)場各區(qū)域總表處安裝智能遠傳水表，實現(xiàn)用水實時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析；在各箱變處安裝智能化遠傳集抄電表，對各區(qū)域用電實時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析。大幅提高水電能源管理效率。

4.11 無線定位、緊急呼救系統(tǒng)

采集人員、設(shè)備的定位信息以及報警等信息。監(jiān)控中心可據(jù)實時上報的信息對人員、設(shè)備定位，并將實時、歷史及綜合分析后的信息儲存到云端服務(wù)器，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的管控一體化。具體功能如下：

（1）在監(jiān)控室調(diào)度室顯示現(xiàn)場內(nèi)人機定位系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)和信息；

（2）人員及設(shè)備的安全管理，與管理人員、施工人員、特殊作業(yè)人員互動，實現(xiàn)安全管理和調(diào)度；

（3）人員及設(shè)備分布與行蹤查詢，網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的狀態(tài)，可分別顯示和全部顯示；

（4）緊急搜救與報警功能；

（5）人員考勤管理。

充分考慮系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)具有較強的身份認證機制，完善全面的日志、數(shù)據(jù)備份和病毒防護功能。

4.12 機械定位監(jiān)測管理系統(tǒng)

對施工現(xiàn)場機械安裝定位卡，定位卡記錄機械信息，實現(xiàn)24h 衛(wèi)星GPS 定位跟蹤。通過平臺時刻關(guān)注機械種類及位置信息。根據(jù)車輛位置情況調(diào)度車輛，有任務(wù)即可調(diào)配距離最近車輛，解決車輛調(diào)度無合理依據(jù)的問題，增加工作效率，減少人力成本，讓施工有序進行，降低內(nèi)耗，提高管理效率。車輛超出規(guī)定的行車范圍立即報警，進出某區(qū)域報警，用戶可根據(jù)需要設(shè)置多個區(qū)域。

系統(tǒng)運行過程產(chǎn)生的設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)全部永久存儲在云端，通過設(shè)定的關(guān)鍵指標（例如：設(shè)備隱患數(shù)、設(shè)備檢查率、設(shè)備保養(yǎng)率等），可對各模塊中的設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)按照類型、時間等維度進行分析，同時根據(jù)層級不同展示對應(yīng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。可通過量化的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，全面掌握現(xiàn)場設(shè)備管控情況及存在設(shè)備安全風(fēng)險，同時對下階段重點工作進行指導(dǎo)參考。

4.13 場區(qū)周界防范系統(tǒng)

此系統(tǒng)可以實現(xiàn)施工現(xiàn)場基坑臨邊防護預(yù)警，與原有臨邊硬性防護相結(jié)合可以達到雙重保障的效果。傳統(tǒng)邊界硬性防護雖然能起到防護作用，但無法對危險區(qū)域進行有效的劃分和界定，在硬性防護受損的情況下，如有本實用新型危險區(qū)域警示系統(tǒng)，則可大大降低危險事故的發(fā)生。

4.14 互聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)

安全監(jiān)控系統(tǒng)以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)視頻核心。綜合全面的使用數(shù)字視頻處理技術(shù)、自動控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和人工智能等技術(shù)，不僅有普通安防監(jiān)控系統(tǒng)的的快速視頻處理能力、數(shù)字信息抗干擾能力、便于快速查詢記錄等優(yōu)點，而且依托網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮寬帶網(wǎng)絡(luò)帶來的優(yōu)勢，通過IP 網(wǎng)絡(luò)，把監(jiān)控視頻中心和能夠連接網(wǎng)絡(luò)的任何一個點進行互聯(lián)結(jié)合，達到理想的閉路監(jiān)控系統(tǒng)的遠程、集中、實時效果[2]。

由于本項目是線性工程，故監(jiān)控系統(tǒng)前端攝像頭采用無線傳輸，網(wǎng)橋?qū)ι鋫鬏?，重要巡查點，采用球機自動巡航功能，流動監(jiān)控，便于拆除。

4.15 車輛識別管控、車流量監(jiān)控及車輛測速系統(tǒng)

系統(tǒng)對車輛進行信息化管控，自動識別車輛號牌，監(jiān)控所有出入車輛的情況及出入時間，并在監(jiān)控平臺上實時顯示車輛位置及行進軌跡。對非法闖入車輛自動報警，并顯示闖入車輛信息及位置。

施工現(xiàn)場安裝顯示屏，實時顯示前方車輛數(shù)量情況，提示施工人員注意安全，合理安排施工時間。施工現(xiàn)場前后2公里處安裝4G 無線傳輸監(jiān)測器，實時監(jiān)測計量車輛數(shù)，回傳服務(wù)器，通過大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，計算高峰與低峰時間段并通過顯示屏提示管理人員及現(xiàn)場施工人員。

高清雷達測速儀，超速自動抓拍照片，實時查看畫面及抓拍到的照片，聯(lián)動平臺顯示違規(guī)車輛，保障施工現(xiàn)場行車安全。場內(nèi)顯示屏實時顯示過往車輛信息，預(yù)警超速車輛，抓拍超速車輛，后臺統(tǒng)計分析，全項目周期存儲錄像信息。

4.16 VR 體驗安全教育

系統(tǒng)融合VR 虛擬仿真技術(shù)及機械映射技術(shù)，創(chuàng)建虛擬環(huán)境，融合多源信息，進行交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的體驗，使用戶全方位沉浸到預(yù)設(shè)環(huán)境中。情景設(shè)定采用“重大安全生產(chǎn)事故情景構(gòu)建”思維，使接受教育的體驗人員達到了解事故發(fā)生背景、感知事故發(fā)生過程、明確事故發(fā)生原因，掌握安全作業(yè)注意事項及應(yīng)急逃生技能的教育效果。

圖6 VR 體驗安全教育系統(tǒng)實景圖

4.17 wifi 網(wǎng)絡(luò)覆蓋管理系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中網(wǎng)關(guān)采用智能網(wǎng)關(guān)，無線控制器（AC）采用本地AC 管控器，AP 采用雙頻吸頂式AP。生活區(qū)網(wǎng)絡(luò)與辦公區(qū)網(wǎng)絡(luò)嚴格區(qū)分開，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速、安全訪問、保密、安全傳遞及共享。生活區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置安全知識答題功能：工人需要答題及格才能連接網(wǎng)絡(luò)，答題分數(shù)越高網(wǎng)速越快，加強工人學(xué)習(xí)安全知識的積極性，增強工人的安全意識。

5 結(jié)語

如何加強施工現(xiàn)場安全管理、降低事故發(fā)生頻率、杜絕各種違規(guī)操作和不文明施工、提高工程質(zhì)量，是擺在各級政府部門、業(yè)界人士和廣大學(xué)者面前的一項重要研究課題。在此背景下，伴隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化手段、移動技術(shù)、智能穿戴及工具在工程施工階段的應(yīng)用不斷提升，智慧工地建設(shè)應(yīng)運而生。

智慧工地是智慧地球理念在工程領(lǐng)域的行業(yè)具現(xiàn)，是一種嶄新的工程全生命周期管理理念。建設(shè)智慧工地在實現(xiàn)綠色建造、引領(lǐng)信息技術(shù)應(yīng)用、提升社會綜合競爭力等方面具有重要意義。