魏 朗（陜西金軒建筑工程有限公司，陜西 西安 710082）

1 行業(yè)背景及工程簡介

智能建造技術(shù)的產(chǎn)生使各相關技術(shù)之間急速融合發(fā)展，應用在建筑行業(yè)中使設計、生產(chǎn)、施工、管理等環(huán)節(jié)更加信息化、智能化，智能建造正引領新一輪的建造業(yè)革命。應用中以云計算技術(shù)搭建建設項目云服務平臺，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、傳感器監(jiān)測及物聯(lián)網(wǎng)搭建項目管理系統(tǒng)，在施工現(xiàn)場實現(xiàn)人臉識別、移動考勤、塔式起重機管理、粉塵管理、設備管理、危險源報警、人員管理等多項功能。使技術(shù)科技含量更強，融合效應更明顯，在具體的建筑工程建設程序化、標準化應用中發(fā)揮更大的作用。下面將智能建造技術(shù)應用到了實際建筑工程中情況進行簡單介紹。

民機與航空制造產(chǎn)業(yè)園項目位于西安航空基地內(nèi)，藍天路以南，航空六路以東，航空五路以西。總建筑面積為152482.90m2，其中地上建筑面積為141055.32m2，地下建筑面積11427.58m2。共計13 棟單體，6 棟鋼結(jié)構(gòu)廠房，7 棟框架結(jié)構(gòu)：1#研發(fā)中心、2#孵化中心、3#檢測中心為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上10 層地下1層；4#多層廠房、5#多層廠房、8#多層廠房、12#多層廠房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上3層，抗震等級二級；6#單層廠房、7#單層廠房、9#單層廠房、10#單層廠房，11#單層廠房、13#單層廠房、抗震等級三級。圖1 為民機與航空制造產(chǎn)業(yè)園項目效果圖。

圖1 民機與航空制造產(chǎn)業(yè)園項目效果圖

2 項目以“智慧建造，智能管理”為主題

民機與航空制造產(chǎn)業(yè)園項目以“智慧建造，智能管理”為主題，以智慧數(shù)據(jù)決策為主體，圍繞打造智能疫情防控，現(xiàn)場質(zhì)量、安全智慧管理，AR 智能識別監(jiān)管，鋼結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測，施工機械智能管理一體化的智慧施工，展示企業(yè)智慧建造轉(zhuǎn)型新形象。

3 應用智能建造技術(shù)實現(xiàn)的價值

價值一：智能設備、信息化系統(tǒng)與管理平臺融合；

價值二：數(shù)據(jù)智能化管理與BIM協(xié)同應用能力，展示未來方向；

價值三：采用智能建造方式進行管理創(chuàng)新、數(shù)據(jù)積累；

價值四：與傳統(tǒng)管理手段對比具有明顯應用價值。

4 智能建造的類別

（1）建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。包括建材集中采購、部品部件生產(chǎn)配送、工程設備租賃、建筑勞務用工、裝飾裝修等垂直細分領域的行業(yè)級平臺，提升企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力和經(jīng)濟效益的企業(yè)級平臺，實現(xiàn)工程項目全生命周期信息化管理和質(zhì)量效率提升的項目級平臺等。

（2）建筑機器人等智能工程設備。包括部品部件生產(chǎn)機器人、建筑施工機器人、智能運輸機器人、建筑維保機器人、建筑破拆機器人以及智能塔吊、智能混凝土泵送設備等智能工程設備。

（3）自主可控數(shù)字化設計軟件。包括建筑信息模型（BIM）軟件、設計圖紙智能輔助審查軟件、基于BIM的性能化分析軟件、協(xié)同設計平臺軟件、裝修智能設計軟件等。

（4）部品部件智能生產(chǎn)線。包括預制構(gòu)件、外圍護部品部件、內(nèi)裝部品部件、廚衛(wèi)部品部件、門窗、設備管線等部品部件智能生產(chǎn)線。

（5）智慧施工管理系統(tǒng)。包括集成部品部件進場管理、物料驗收和堆場優(yōu)化、裝配模擬分析、遠程視頻監(jiān)控、建筑工人實名制管理、工程設備安全監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、施工電梯智能管控和資料管理等功能的智慧施工管理系統(tǒng)。

5 智能建造金字塔建設

該項目智能建造金字塔的建設見圖2。

圖2 項目智能建造金字塔

6 智能建造施工管理硬件應用

6.1 數(shù)字工地平臺

通過智慧工地平臺，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和BIM 技術(shù)相結(jié)合，直觀呈現(xiàn)現(xiàn)場智能硬件運行情況，包括所在位置、在線狀態(tài)、是否預警等信息，全面體現(xiàn)施工現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用成果，展現(xiàn)項目科學精細化管理過程。

所有智能硬件的運行數(shù)據(jù)都會存儲在系統(tǒng)后臺，支持按時間、按頻率、按是否違章進行篩選，并支持導出excel，便于日常例會交底、安全教育工作，積累企業(yè)大數(shù)據(jù)庫。

所有智能硬件的告警數(shù)據(jù)都會存儲在系統(tǒng)后臺，支持按時間、按告警等級進行篩選，并支持導出excel，導出的預警記錄可作為進場人員安全教育的資料，深度發(fā)掘數(shù)據(jù)價值，提升管理水平，通過趨勢做預判，做到未雨綢繆防患于未然。

6.2 蜂鳥盒子智能監(jiān)控

集成主流視頻監(jiān)控設備，內(nèi)嵌廣聯(lián)達自主研發(fā)的AI算法，智能分析現(xiàn)場異常行為，第一時間給出預警并對視頻留痕，保障工程質(zhì)量和人員安全。

7×24h不間斷智能值守：

視頻監(jiān)控配以AI 分析，對施工現(xiàn)場發(fā)生的安全隱患等問題及時糾正并發(fā)出預警，聯(lián)通業(yè)務端應用，業(yè)務閉環(huán)，實現(xiàn)全天候精細化智能管理。

基于智能視頻分析和深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)，對項目現(xiàn)場進行人工智能化深度學習，無須其他傳感器、芯片、標簽等，直接通過視頻進行實時分析和預警，通過安全帽識別、周界入侵識別、車輛識別、火焰識別、抽煙監(jiān)測識別、反光衣識別、夜間施工識別，使工地更安全、更高效、更規(guī)范、更智慧。

6.3 卸料平臺監(jiān)測

采用太陽能板充電，安裝方便快捷。系統(tǒng)監(jiān)測當前卸料平臺所載物體的實際質(zhì)量，及與額定質(zhì)量的百分比。當實際質(zhì)量達到90%時，系統(tǒng)發(fā)出聲光預警；實際質(zhì)量達到100%時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，報警音的響聲頻率更快。

卸料平臺監(jiān)測系統(tǒng)通過重量傳感器，實時監(jiān)測設備載重數(shù)據(jù)，一旦監(jiān)測值超過額定值，一方面現(xiàn)場聲光報警，提示司機規(guī)避風險，另一方面自動推送報警信息給管理人員，及時督促整改。運行數(shù)據(jù)和報警記錄通過GPRS 模塊實時上傳到智慧工地平臺，實現(xiàn)遠程監(jiān)管。

管理人員不在工作區(qū)時，可以通過手機APP 遠程查看每臺設備的實時數(shù)據(jù)、報警記錄信息，隨時隨地了解現(xiàn)場情況，及時采取遠程溝通，實現(xiàn)對項目的管控。

6.4 智能臨邊防護網(wǎng)監(jiān)測

當人員靠近防護網(wǎng)1m～1.5m范圍內(nèi)設備會聲光報警，有效阻止人員墜落，并將實時上傳平臺狀態(tài)。

采用電阻檢測技術(shù)實時監(jiān)測防護網(wǎng)破損狀態(tài)；內(nèi)置GPS 定位裝置實時定位監(jiān)測點，內(nèi)置移動物聯(lián)卡通訊；防拆卸檢測，設備違規(guī)拆卸或被破壞時實時報警；兩路防護網(wǎng)電子線鎖,兩路電子磁鎖人體靠近感應及防翻越檢測；內(nèi)置鋰電池，集成太陽能充電板可實現(xiàn)長期工作；可平臺聯(lián)動區(qū)域攝像頭當被破壞時抓拍；多臺級聯(lián)形成紅外虛擬墻翻越報警。

6.5 施工臨電箱監(jiān)測

采用物聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)對施工現(xiàn)場臨時用電的運行情況進行實時監(jiān)控，報警通知，統(tǒng)計分析的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。支持實時數(shù)據(jù)采集，支持多種異常報警，支持多種通知形式，支持歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

利用各種漏電、溫度、開關狀態(tài)監(jiān)測、煙霧監(jiān)測傳感器、電能監(jiān)測傳感器將施工用電過程的各種數(shù)據(jù)收集到終端主機中，實時監(jiān)測臨電箱中電流、電壓、功率、頻率情況，監(jiān)測是否有漏電發(fā)生。

臨電箱數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)街腔酃さ仄脚_端，平臺端對數(shù)據(jù)進行綜合分析。管理人員可以看到近一個月電纜溫度監(jiān)控，近一個月漏電流監(jiān)測，近一個月用電報警統(tǒng)計，施工區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)監(jiān)測設備區(qū)域分布，為管理者項目安全用電管理做數(shù)據(jù)支撐。故障信息的及時傳送使安全管理更及時及可控，故障信息的靈活統(tǒng)計為后續(xù)管理提供數(shù)據(jù)參考。

6.6 智能水電表

開通運行后，水電表會搜尋到附近的NB-IoT 通信基站并注冊到物聯(lián)網(wǎng)云平臺，云平臺就會知曉該表需要上報和接收數(shù)據(jù)，之后水電表的用電數(shù)據(jù)通過通信基站上傳到智慧工地云平臺，同時水電表接收來自云平臺的校時等數(shù)據(jù)信息。管理部門通過云平臺可以看到各戶用水用電情況、實時的能耗曲線、各種按月按日的統(tǒng)計報表。另外平臺上實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的提取功能。

6.7 施工升降機監(jiān)測

施工升降電梯監(jiān)測系統(tǒng)通過人臉識別模塊確認司機身份，避免非法人員操作；通過各類傳感器，實時監(jiān)測升降機的載重、轎廂的傾斜度、起升高度、運行速度等參數(shù)；一旦監(jiān)測值超過額定值，一方面現(xiàn)場真人語音報警，提示司機規(guī)避風險，另一方面自動推送報警信息給管理人員，及時督促整改。

管理人員不在工作區(qū)時，可以通過手機APP 遠程查看每臺設備的實時數(shù)據(jù)、報警記錄、工效分析等信息，隨時隨地了解現(xiàn)場情況，及時采取遠程溝通，實現(xiàn)對項目的管控。

通過智慧工地平臺中的工效分析頁面，直觀體現(xiàn)施工電梯今日運行情況及當前檢測設備在線數(shù)量，協(xié)助項目管理人員掌握電梯日常運行狀況。對選定時段內(nèi)的電梯預警/報警數(shù)量進行統(tǒng)計，方便項目管理人員對項目電梯的安全運行狀況進行判斷，并及時采取對應措施消除潛在隱患。

6.8 鋼結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測

監(jiān)測儀器包括專用監(jiān)測儀器（二維面陣激光位移計、拉繩式位移計、應變計、智能無線數(shù)據(jù)采集終端、無線傾角儀等）。

鋼結(jié)構(gòu)響應異常、結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測采用應變計。當被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應力發(fā)生變化時，應變計同步感受變形，變形通過前、后端座傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應力的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經(jīng)電纜傳輸至智能無線數(shù)據(jù)采集終端，再經(jīng)由4G移動通信技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機數(shù)據(jù)采集平臺進行計算，即可測出被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應變量。

鋼結(jié)構(gòu)變形及支座位移采用二維面陣激光位移計進行監(jiān)測。在吊裝階段采用二維面陣激光位移計與拉繩式位移傳感器進行監(jiān)測。首先在穩(wěn)固的柱子上安裝激光發(fā)射器，在需測量桁架位移的部位安裝接收光靶，盡量使得激光點落在激光靶中部。當桁架產(chǎn)生位移時，光靶接收到激光點的位置發(fā)生變化，該位置和初始位置在豎直方向的距離即為桁架的位移。采集的數(shù)據(jù)通過4G無線通信技術(shù)傳輸至采集平臺，在整個階段中監(jiān)測頻率采用1s/次，以確保整個構(gòu)件處于安全可控的狀態(tài)。

6.9 鋼結(jié)構(gòu)BIM深化

通過BIM 理念應用于具體施工過程中，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的應用，可以在不消耗現(xiàn)實材料資源和能量的前提下，使設計者、施工方和業(yè)主在項目設計策劃和施工之前就能了解施工的詳細過程和結(jié)果，避免不必要的返工所帶來的人力物力消耗，為實際工程項目施工提供了經(jīng)驗和最優(yōu)的可行方案。

在施工作業(yè)模型的基礎上附加建造過程、施工順序等信息，即將BIM3D模型與時間關聯(lián)，形成BIM4D信息化模型，進行施工過程可視化模擬，提高方案審核的準確性，適時調(diào)整及優(yōu)化方案，實現(xiàn)施工方案的可視化交底。

設計中經(jīng)常出現(xiàn)變更、修改的狀況，利用BIM模型出圖，一處設計改動，BIM模型即可各處即時更新、自動調(diào)整。避免人為錯誤發(fā)生，同時大幅提高出圖效率，保證設計進度。

基于BIM的多專業(yè)協(xié)同及碰撞檢查能很好地解決這個問題。以三維BIM 模型代替二維圖紙，解決了傳統(tǒng)的二維審圖中難想象、易遺漏及效率低的問題，在施工前可以快速、準確、全面地檢查出設計圖紙中的錯、漏、碰、缺問題。不僅如此，通過模型檢查軟件還能夠提前發(fā)現(xiàn)項目中消防、施工相關問題等，減少施工中的返工，節(jié)約成本，縮短工期，保證建筑質(zhì)量，同時也減少了建筑材料、水、電等資源的消耗及帶來的環(huán)境問題。

6.10 塔機安全監(jiān)測

連接幅度、高度、回轉(zhuǎn)、質(zhì)量、傾角、風速等傳感器和制動控制裝置，通過8英寸顯示屏數(shù)字化顯示工地現(xiàn)場塔機運行狀況。一旦塔吊操作過程中發(fā)生不安全行為，可實現(xiàn)實時預警，提示現(xiàn)場操作人員及管理人員及時補救，以避免事故發(fā)生。

在BIM5D+智慧工地平臺上，結(jié)合塔機模型，實時顯示多維度的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可實時查看吊鉤監(jiān)控畫面，實現(xiàn)塔吊運行狀態(tài)的多方位監(jiān)控；一旦現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)隱患，一方面在現(xiàn)場語音告警，提示設備操作人員規(guī)避風險，另一方面告警信息通過手機app 自動推送給項目管理人員，管理人員根據(jù)預警信息督促現(xiàn)場施工人員進行整改，避免發(fā)生安全事故。

通過工效分析頁面，直觀查看塔機今日違章數(shù)量及監(jiān)測狀態(tài)，對當日現(xiàn)場塔機的整體運行情況進行體現(xiàn)，協(xié)助項目管理人員掌握塔吊日常運行狀況。

直觀查看選定期間塔司的吊裝數(shù)量，工作結(jié)果透明化，以數(shù)據(jù)為支撐對塔司工作狀況進行客觀評價，督促提升本項目塔司的整體工作效率。

7 結(jié)語

智能建造是信息化、智能化與工程建造過程高度融合的創(chuàng)新建造方式。在實際建筑工程中積極推行智能建造，深度布局智慧工地領域，以工地大模型、工地大數(shù)據(jù)、工地大協(xié)同、貫穿智能建造為目標，推動了建筑建造過程信息化、智能化的發(fā)展。