陳 剛，金樹樓，張 蔚，馬小波

(1.中建八局第三建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210046； 2.中建安裝集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210046； 3.江蘇省建筑安全監(jiān)督總站, 江蘇 南京 210000)

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的加速滲透，建筑業(yè)迎來大數(shù)據(jù)時(shí)代，云技術(shù)為施工項(xiàng)目不同管理因素積累大量管理數(shù)據(jù)。江蘇省數(shù)字工地智慧安監(jiān)試點(diǎn)工作以新需求為驅(qū)動，以新科技和新平臺為依托，結(jié)合施工現(xiàn)場管理資源要素的滲透與融合，最終實(shí)現(xiàn)安全、進(jìn)度、質(zhì)量、技術(shù)、成本及綠色施工多方位管理水平的提升。

智慧工地的內(nèi)涵是借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及云數(shù)據(jù)分析等信息化技術(shù)手段，融合人、機(jī)、物核心系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場不同因素的智慧化管理。2005年，阿姆斯特丹[1]最早開始智慧城市的建設(shè)，并致力于發(fā)展最新的通信技術(shù)、建設(shè)最新網(wǎng)絡(luò)。2009年，英國[2]和美國[3]相繼提出城市信息化概念，著重建設(shè)智慧城市、智慧之都。

國內(nèi)對智慧工地的研究起步稍晚，1990—2005年，逐步在一線人員中普及CAD與工程預(yù)算等軟件[4-5]。2006—2012年，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成化項(xiàng)目管理系統(tǒng)開始興起，建筑業(yè)積極推進(jìn)企業(yè)資源計(jì)劃ERP(entrise resource planning)[6]，以企業(yè)、項(xiàng)目、施工現(xiàn)場為架構(gòu)實(shí)現(xiàn)全面信息化管理。2013年至今，BIM、移動傳感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)蓬勃發(fā)展[7-11]，被逐步應(yīng)用于建筑業(yè)集成化項(xiàng)目管理系統(tǒng)。

1 現(xiàn)有智能設(shè)備及軟件

智慧工地是項(xiàng)目管理、BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等信息化技術(shù)的綜合應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用情況，可發(fā)現(xiàn)不同管理因素中，不同信息化系統(tǒng)對應(yīng)的智能設(shè)備及軟件不同：①安全管理 智能設(shè)備包括智能安全帽、實(shí)名制考勤設(shè)備、VR交互設(shè)備、巡更設(shè)備、高清攝像頭，幅度、高度、載重、風(fēng)速、力矩傳感器，水位、軸力、應(yīng)力、變形傳感器，指紋及人臉識別設(shè)備、智能報(bào)警設(shè)備、防缺失報(bào)警設(shè)備等；軟件包含實(shí)名制管理軟件、現(xiàn)場人員定位軟件、VR虛擬安全教育軟件、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控平臺軟件、起重機(jī)械安全監(jiān)控平臺軟件、升降機(jī)安全監(jiān)控平臺軟件、卸料平臺安全監(jiān)控軟件、基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺軟件、模板腳手架安全計(jì)算軟件、臨邊防護(hù)安全監(jiān)控平臺軟件、施工現(xiàn)場電子巡更系統(tǒng)軟件等；②綠色施工管理 智能設(shè)備包含智能稱重設(shè)備、車牌識別設(shè)備、智能計(jì)量設(shè)備、揚(yáng)塵噪聲監(jiān)測設(shè)備、智能降塵設(shè)備、水電智能監(jiān)測設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、雨水回收設(shè)備等；軟件包括自動稱重系統(tǒng)軟件、揚(yáng)塵噪聲監(jiān)控平臺軟件、鋼筋翻樣軟件、臨時(shí)場地布置軟件、水電智能監(jiān)測平臺軟件、BIM協(xié)同管理軟件等；③進(jìn)度、技術(shù)、質(zhì)量、成本管理 智能設(shè)備如無人機(jī)、高清攝像頭；軟件包含AutoCAD, Revit, Tekla, 3Dmax, MagiCAD、廣聯(lián)達(dá)算量、Project、斑馬計(jì)劃、BIM5D、互聯(lián)網(wǎng)+、資料協(xié)同等。

2 研究思路

建筑項(xiàng)目施工管理的全面智慧化立足于數(shù)字工地建設(shè)，包含BIM、移動傳感、物聯(lián)網(wǎng)、云存儲、云計(jì)算及互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的應(yīng)用。

將單個(gè)建筑項(xiàng)目施工體系管理智慧化抽象成一棵樹，即管理智慧樹，樹根為數(shù)據(jù)感知前端，樹干為具有數(shù)據(jù)存儲與計(jì)算功能的云服務(wù)器中樞，樹枝為經(jīng)過處理、分析、篩選后的結(jié)果表現(xiàn)末端，包括安全管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、技術(shù)管理、成本管理、綠色施工管理。

首先運(yùn)用移動傳感設(shè)備感知前端監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將原始數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至云服務(wù)器，云服務(wù)器經(jīng)過存儲、計(jì)算、分析、處理等環(huán)節(jié)，將屬于安全管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、技術(shù)管理、成本管理及綠色施工管理的數(shù)據(jù)結(jié)果，分別呈現(xiàn)給施工體系管理人員，為管理人員決策提供數(shù)據(jù)參考，通過一定的循環(huán)處理，最終實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目施工體系管理品質(zhì)的全方位提升。

1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集 作為數(shù)據(jù)感知前端，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。首先，結(jié)合BIM，制定合理、高效、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)方案；其次，采用高精度移動傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測端數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波降噪處理。

2)云存儲與云計(jì)算 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將經(jīng)過濾波處理后的數(shù)據(jù)傳輸至指定云服務(wù)器，云服務(wù)器分倉存儲接收到的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)連續(xù)性和完整性。不同子系統(tǒng)運(yùn)行原理不同，前端采集的數(shù)據(jù)類型也不同，而不同的數(shù)據(jù)類型會導(dǎo)致數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不一致，云服務(wù)器根據(jù)不同計(jì)算要求采用集群式或分布式，對不同管理數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯計(jì)算處理。

3)智慧云處理 基于云服務(wù)器存儲的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，植入上層高端程序，對多個(gè)監(jiān)測端的并列數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行封裝處理，并通過特定數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式呈現(xiàn)于云平臺前端。

4)體系管理 針對安全、進(jìn)度、質(zhì)量、技術(shù)、成本及綠色施工管理等體系，將對應(yīng)的感知端數(shù)據(jù)發(fā)送至統(tǒng)一的云服務(wù)器，并通過上層高端程序?qū)Ω鞴芾頂?shù)據(jù)進(jìn)行二次封裝處理，最后以最直觀的表現(xiàn)方式展示給管理層，供管理層決策指導(dǎo)?；谠萍夹g(shù)的智慧化施工管理如圖1所示。

圖1 基于云技術(shù)的智慧化施工管理

3 實(shí)施方案

通過信息化手段，綜合利用移動傳感、物聯(lián)網(wǎng)、BIM、云存儲、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，建立人員管理、機(jī)械設(shè)備管理、質(zhì)量管理、技術(shù)管理、協(xié)同管理、智能決策和信息共享的信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)云和端的連接及大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

圍繞人、機(jī)、料、法、環(huán)要素開展全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，變被動監(jiān)督為主動監(jiān)控，如圖2所示。

圖2 5大管理要素應(yīng)用分布

3.1 安全管理智慧化

1)人員管理 通過智能安全帽、信號基站、實(shí)名制指紋或人臉識別設(shè)備、VR交互設(shè)備及高清攝像頭，可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，包括從業(yè)人員的身份信息、人員定位信息、安全教育狀態(tài)、作業(yè)面工作現(xiàn)狀等，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端服務(wù)器進(jìn)行存儲后，結(jié)合實(shí)名制管理、安全帽定位、VR虛擬安全教育、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等云計(jì)算軟件系統(tǒng)后端對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析；最后將數(shù)據(jù)處理結(jié)果以文字、圖表、圖像方式展示在云計(jì)算軟件系統(tǒng)前端，供安全管理人員決策。

2)設(shè)備管理 通過傳感器采集機(jī)械設(shè)備的幅度、高度、載重、應(yīng)力、變形、傾角等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集箱中對采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波降噪處理后，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端服務(wù)器進(jìn)行存儲，并結(jié)合起重機(jī)械安全監(jiān)控、升降機(jī)安全監(jiān)控、卸料平臺安全監(jiān)控等云計(jì)算軟件系統(tǒng)后端處理分析數(shù)據(jù)，再由前端界面進(jìn)行直觀展示。

3)重大危險(xiǎn)源管理 通過高支模傳感器、臨邊防護(hù)防缺失設(shè)備等采集地下水位、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、模架支撐節(jié)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變、臨邊防護(hù)狀態(tài)參數(shù)等監(jiān)測要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集箱或信號基站對采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理后，發(fā)送至云端服務(wù)器。最后結(jié)合基坑安全監(jiān)控、高支模安全監(jiān)控、臨邊防護(hù)安全監(jiān)控等云計(jì)算軟件系統(tǒng)后端處理分析數(shù)據(jù)，由軟件前端呈現(xiàn)地下水位、應(yīng)力、應(yīng)變隨時(shí)間的變化曲線，以及基坑、高支模與臨邊防護(hù)的安全預(yù)警情況。

對人員、設(shè)備、重大危險(xiǎn)源進(jìn)行智慧化管理，可最大程度減少安全管理工作程序，集成化平臺下的云計(jì)算前端界面預(yù)警功能有助于安全管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患并加以控制，提高安全管理效率。

3.2 進(jìn)度、質(zhì)量、技術(shù)、成本管理智慧化

進(jìn)度管理智慧化主要體現(xiàn)在施工進(jìn)度計(jì)劃的預(yù)見性，通過無人機(jī)、高清攝像頭等智能設(shè)備跟蹤拍攝施工進(jìn)度關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，隨施工工期記錄施工現(xiàn)場情況。通過斑馬計(jì)劃、Project等軟件動態(tài)調(diào)整施工進(jìn)度計(jì)劃，確保最優(yōu)狀態(tài)下的關(guān)鍵線路。

質(zhì)量、技術(shù)、成本管理智慧化主要體現(xiàn)于施工現(xiàn)場的信息化程度，先通過AutoCAD，Revit，Tekla，3DMax，MagiCAD、廣聯(lián)達(dá)算量等多專業(yè)建模軟件建立數(shù)字工地信息模型，再通過BIM5D、互聯(lián)網(wǎng)+、Naviswork等整合各專業(yè)信息模型，并與質(zhì)量、技術(shù)、成本、物資等管理體系相融合，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、技術(shù)、成本管理的智慧化。

3.3 綠色施工管理智慧化

1)環(huán)境保護(hù) 通過揚(yáng)塵噪聲監(jiān)測設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備采集現(xiàn)場空氣質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和臨時(shí)排水排污的水質(zhì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端服務(wù)器，經(jīng)監(jiān)測軟件后端處理分析后，在軟件前端界面展示實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)變化曲線。當(dāng)揚(yáng)塵監(jiān)測數(shù)據(jù)超過一定的空氣質(zhì)量控制閾值，將第一時(shí)間聯(lián)動施工現(xiàn)場降塵設(shè)備，凈化場內(nèi)空氣。水質(zhì)監(jiān)測可及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合規(guī)排污現(xiàn)象，有效扼制水質(zhì)污染的擴(kuò)散。

2)節(jié)材與材料資源利用 通過智能稱重設(shè)備、車牌識別設(shè)備、智能計(jì)量設(shè)備采集現(xiàn)場物料及車輛基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集箱降噪處理后發(fā)送至云端服務(wù)器進(jìn)行存儲，通過自動稱重、自動計(jì)量等云計(jì)算軟件系統(tǒng)后端處理數(shù)據(jù)，再由前端展示物料進(jìn)出場記錄及數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果。通過BIM鋼筋翻樣軟件提前優(yōu)化鋼筋下料，從而精細(xì)化管控施工現(xiàn)場的鋼筋。

3)節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能 通過BIM時(shí)場地布置軟件優(yōu)化部署臨時(shí)場地，減少土地資源浪費(fèi)，確保施工條理有序。通過水、電智能監(jiān)測設(shè)備實(shí)時(shí)采集臨時(shí)用水、用電的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端服務(wù)器，再經(jīng)水、電智能監(jiān)測云計(jì)算軟件系統(tǒng)后端處理分析，由前端界面展示不同階段、不同區(qū)域的臨時(shí)用水、用電情況。專門設(shè)置報(bào)警程序，從而實(shí)現(xiàn)臨時(shí)用水、用電的智慧化管理，減少水電異常情況。

4 結(jié)語

本文詳細(xì)闡述智慧工地在建筑施工現(xiàn)場安全、進(jìn)度、管理、技術(shù)、成本及綠色施工管理方面的應(yīng)用，列舉多種智能子系統(tǒng)的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、云端數(shù)據(jù)傳輸、存儲、計(jì)算、處理、分析等環(huán)節(jié)，深入研究建筑項(xiàng)目施工管理體系的智慧化應(yīng)用。

1)智慧工地在建筑施工行業(yè)中具有可推廣性，多元化管理融合的智慧工地建設(shè)具有重要價(jià)值。

2)智慧工地在安全管理和綠色施工管理中的應(yīng)用優(yōu)先于進(jìn)度、技術(shù)、質(zhì)量、成本管理。

3)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸是智慧工地建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。在即將到來的5G和AI時(shí)代，5G從邊緣到云端是目前最理想的連接。通過5G連接，將決策、規(guī)劃部分放到云端處理，從邊緣端到云端加倍賦能，讓AI算法有能力提取出相應(yīng)的關(guān)聯(lián)并提升自己。5G是萬物互聯(lián)的基石，AI是互聯(lián)網(wǎng)的助推器，二者作為新時(shí)代的生產(chǎn)力，當(dāng)與建筑業(yè)劇烈碰撞后，將給建筑業(yè)的生產(chǎn)方式、管理模式帶來巨大變化。