馮 帆，羅乾鵬

（中鐵建電氣化局集團(tuán)南方工程有限公司，湖北 武漢 430000）

1 建筑工程發(fā)展現(xiàn)狀

工程建設(shè)項(xiàng)目涉及眾多單位，包括業(yè)主方、設(shè)計(jì)院、施工總承包商、各子分包商、監(jiān)理等。各單位在施工生產(chǎn)工作中需要頻繁溝通，共享信息并協(xié)同合作，但各參建方使用的項(xiàng)目管理系統(tǒng)相對(duì)分散和獨(dú)立，無法達(dá)到信息共享和協(xié)同辦公，工作效率比較低下。

不同的項(xiàng)目需要的信息化功能往往也不一致，定制化開發(fā)正成為信息化項(xiàng)目發(fā)展的趨勢，但面對(duì)眾多參與單位和部門，系統(tǒng)個(gè)性化也存在著較多的分歧。一方面，需要根據(jù)使用單位的需求，充分調(diào)研后對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，增加了較多的時(shí)間和人力成本；另一方面，一個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)周期一般也僅有幾年，完工后便不再使用。

信息化系統(tǒng)賦能施工項(xiàng)目有限，傳統(tǒng)的工程項(xiàng)目更習(xí)慣于以往的工作方式，面對(duì)新的信息化管理模式，需要學(xué)習(xí)成本，甚至產(chǎn)生抵觸心理。建筑項(xiàng)目的參建單位眾多，對(duì)信息化的推進(jìn)重視程度不同，其中一方的信息滯后可能導(dǎo)致多方的數(shù)據(jù)不同步。

2 基于CIM的智慧工地建設(shè)目標(biāo)

基于當(dāng)前的建設(shè)工程信息化發(fā)展現(xiàn)狀，在傳統(tǒng)的工地管理方式上，需要迫切建立一種既符合現(xiàn)場實(shí)際施工需求又智能化的信息管理系統(tǒng)。

城市信息模型(CIM）采用GIS技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)(IoT）技術(shù)將建筑信息模型(BIM）進(jìn)行三維可視化和場景展示，實(shí)現(xiàn)從城市到城區(qū)、街道以及樓房的各級(jí)展示，構(gòu)建出城市的三維信息以及時(shí)空數(shù)據(jù)綜合體。

基于CIM的智慧工地系統(tǒng)是在城市信息模型的基礎(chǔ)上，圍繞施工現(xiàn)場管理，通過三維立體技術(shù)對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行模型化處理，建立起工地建筑物、生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備、施工物料、人員等三維數(shù)字模型，表達(dá)和管理工地現(xiàn)場三維空間。該系統(tǒng)將平臺(tái)數(shù)字化數(shù)據(jù)和實(shí)際施工現(xiàn)場的工程信息形成數(shù)據(jù)倉庫，經(jīng)大數(shù)據(jù)技術(shù)處理后，提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和趨勢預(yù)測，為建設(shè)工程的設(shè)計(jì)、施工、使用、維護(hù)等提供基礎(chǔ)性的操作和可視化的管理平臺(tái)，滿足施工、物資、安全、監(jiān)管等的應(yīng)用需求，提升建設(shè)項(xiàng)目的精確高效生產(chǎn)管理水平，促進(jìn)建筑企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)施工過程的“高效、安全、規(guī)范、環(huán)保、智能、精細(xì)”發(fā)展目標(biāo)。

3 基于CIM的智慧工地系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

統(tǒng)一建設(shè)項(xiàng)目基礎(chǔ)信息管理，將分散在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的項(xiàng)目信息整合到統(tǒng)一的系統(tǒng)，如圖1所示，做到項(xiàng)目報(bào)建統(tǒng)一入口，項(xiàng)目審批過程信息統(tǒng)一對(duì)接，項(xiàng)目基礎(chǔ)信息變更統(tǒng)一維護(hù)，與發(fā)改委、自然資源局、審批局對(duì)接，獲取項(xiàng)目的立項(xiàng)信息、土地信息、規(guī)劃信息、審批信息，完善項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證基礎(chǔ)信息的準(zhǔn)確性。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 施工現(xiàn)場綜合管理系統(tǒng)

施工現(xiàn)場綜合管理系統(tǒng)主要由現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)、現(xiàn)場人員管理子系統(tǒng)、工程物資管理子系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備管理子系統(tǒng)等組成。各子系統(tǒng)之間相互協(xié)同應(yīng)用，構(gòu)成施工現(xiàn)場一體化的管理系統(tǒng)。

3.1.1 現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)

感知監(jiān)測管理，通過前端感知設(shè)備實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測點(diǎn)的行為數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類研判以及連續(xù)的挖掘分析，最終以圖形可視化的形式直觀展示。

自動(dòng)預(yù)警管理，當(dāng)感知設(shè)備實(shí)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值范圍時(shí)，平臺(tái)自主判斷，定位故障點(diǎn)位，并第一時(shí)間發(fā)出告警信號(hào)，通知系統(tǒng)設(shè)定的指定人員進(jìn)行現(xiàn)場處理。

視頻監(jiān)控管理，使用“邊緣計(jì)算技術(shù)＋智能終端攝像頭”對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)測危大工程施工現(xiàn)場工作人員及環(huán)境狀況，如深基坑、地下暗挖等超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大工程；對(duì)現(xiàn)場人員的不文明行為，如未戴安全帽、未穿反光衣等，第一時(shí)間進(jìn)行語音形式告警，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行文明施工的考核；對(duì)施工現(xiàn)場監(jiān)控到的關(guān)鍵影像備份留存，自動(dòng)分類標(biāo)記。

通過傳感器監(jiān)測鋼絲繩內(nèi)部斷絲、斷股等損傷情況，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩安全狀態(tài)自動(dòng)化監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管，

實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)至智慧工地管理平臺(tái)。使用設(shè)備檢測工地中使用的鋼絲繩，并上傳系統(tǒng)，上傳數(shù)據(jù)包括項(xiàng)目工地、時(shí)間、檢測人、檢測時(shí)間、檢測鋼絲繩所屬設(shè)備編號(hào)以及檢測結(jié)果；系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的檢測指標(biāo)要求，對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，篩選出不同風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)的數(shù)據(jù)；監(jiān)督部門根據(jù)評(píng)級(jí)下發(fā)限時(shí)整改要求；對(duì)逾期未上報(bào)的工地進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警。

塔機(jī)激光定位系統(tǒng)是通過安裝在塔吊小車上的激光發(fā)射器實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，其夜視效果清晰，能輔助駕駛員在夜間施工環(huán)境下準(zhǔn)確定位吊鉤位置，保障塔機(jī)安全，并將吊鉤每次變動(dòng)的相對(duì)位置數(shù)據(jù)傳送到智慧工地平臺(tái)。

在架體加裝傳感器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測架體的水平位移、傾斜數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)超出規(guī)范要求的情況，并上傳至智慧工地管理平臺(tái)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感技術(shù)的結(jié)合，對(duì)懸挑架的工字鋼支撐沉降繞曲和架體的水平位移進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，包括重力實(shí)時(shí)監(jiān)測模塊、預(yù)警控制模塊、異常報(bào)警模塊和施工方案調(diào)整模塊等。通過無線組網(wǎng)和壓力傳感器裝置，隨時(shí)監(jiān)測腳手架架體的壓力變化、傾斜角度變化、位移變化等非常規(guī)性變化，一旦有異常變化發(fā)生，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示負(fù)責(zé)人調(diào)整施工方案。從而實(shí)現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)問題，早應(yīng)對(duì)、早預(yù)防，解決現(xiàn)有腳手架體系存在的諸多不足，推進(jìn)腳手架體系施工信息化建設(shè)，減少和預(yù)防腳手架坍塌等施工事故。

3.1.2 現(xiàn)場人員管理子系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)行實(shí)名制登記。進(jìn)入現(xiàn)場的人員通過身份證刷卡登記，并人臉識(shí)別比對(duì)，建立人員數(shù)據(jù)庫，同時(shí)可以完善工作崗位、職業(yè)證書、培訓(xùn)經(jīng)歷等信息。通過上場人臉識(shí)別系統(tǒng)記錄人員的考勤信息，自動(dòng)生成每名人員的考勤數(shù)據(jù)，能對(duì)農(nóng)民工進(jìn)行考勤，并通過接口將考勤數(shù)據(jù)定期上傳到需要數(shù)據(jù)上傳的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)。考勤管理系統(tǒng)支持多維度條件查詢，支持查詢?cè)露瓤记凇?dāng)日考勤明細(xì)、考勤信息統(tǒng)計(jì)、考勤與工資單對(duì)比等。

現(xiàn)場人員定位。智能安全帽與現(xiàn)場人員相對(duì)應(yīng)，基于終端的定位設(shè)施實(shí)時(shí)監(jiān)控人員的位置、分布情況，行動(dòng)軌跡記錄在三維模型中，管理者通過可視化平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。

安全帽防護(hù)?；诮K端的智能算法芯片，識(shí)別現(xiàn)場工作人員脫帽、跌倒、墜落等行為，便于管理者在接收預(yù)警后第一時(shí)間組織應(yīng)急預(yù)案，保障現(xiàn)場人員安全。

教育培訓(xùn)。結(jié)合AR/VR產(chǎn)品，在較為重要的工序開工前，對(duì)操作人員進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合沉浸式的安全技術(shù)交底，增強(qiáng)員工的安全意識(shí)和技能水平。同時(shí)，將現(xiàn)場交底的時(shí)間、人員、資料等信息自動(dòng)留底保存。

3.1.3 工程物資管理子系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的建筑工程項(xiàng)目中，對(duì)物資材料的管理大多僅依靠Excel等表格匯總，可控性不強(qiáng)，在數(shù)據(jù)共享和實(shí)時(shí)管控中受限。基于工程物資管理系統(tǒng)，在材料進(jìn)場前，對(duì)供貨物資的原產(chǎn)地、貨物制造生產(chǎn)情況、材料運(yùn)輸狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，管理人員掌握材料制造運(yùn)輸情況后，結(jié)合現(xiàn)場進(jìn)展，對(duì)材料供應(yīng)進(jìn)行有效管控。進(jìn)場材料的驗(yàn)收，通過移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行掃碼點(diǎn)驗(yàn)，將材料規(guī)格型號(hào)、到貨數(shù)量、產(chǎn)品合格證等物資信息與提前錄入系統(tǒng)的進(jìn)貨需求進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)生成到貨驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，對(duì)材料供應(yīng)不足或不合格批次可通過應(yīng)用形成的報(bào)告鏈接推送至廠商端。

3.1.4 機(jī)械設(shè)備管理子系統(tǒng)

在機(jī)械設(shè)備管理方面，通過平臺(tái)對(duì)工程施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行建模，三維展示各進(jìn)度節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)工程形象，對(duì)機(jī)械設(shè)備調(diào)度做出周密部署。機(jī)械設(shè)備進(jìn)場時(shí)，每臺(tái)設(shè)備安裝特制的前端感知裝置，通過上傳的數(shù)據(jù)掌握進(jìn)場機(jī)械設(shè)備的位置、速度、油耗、溫度等工況信息，對(duì)機(jī)械設(shè)備的使用進(jìn)行全面管理，保障項(xiàng)目利益。

3.2 大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)通過建立數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)服務(wù)共享、數(shù)據(jù)接口等方式匯聚、聯(lián)接、融合各種數(shù)據(jù)源［1］，從施工現(xiàn)場管理的進(jìn)度控制、工序安排、資料歸檔等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，采集人、機(jī)、料、法、環(huán)5方面要素特征的相關(guān)數(shù)據(jù)［2］，同時(shí)從不同維度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，最終通過機(jī)器學(xué)習(xí)、仿真模擬等大數(shù)據(jù)分析技術(shù)挖掘規(guī)律，做出合理決策和預(yù)測，輔佐管理人員對(duì)施工現(xiàn)場精細(xì)化管理，進(jìn)而保障施工進(jìn)度的有序推進(jìn)。

3.3 可視化系統(tǒng)

可視化系統(tǒng)是在CIM的基礎(chǔ)上，建立起建設(shè)工程與城市空間、物質(zhì)、環(huán)境、功能、文化等方面的有機(jī)同構(gòu)［3］，采用符合實(shí)際區(qū)域的仿真地貌地形圖，從不同的維度對(duì)城市和建設(shè)工程模型進(jìn)行立體化展現(xiàn)。

基于CIM的智慧工地系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，使得工程感知數(shù)據(jù)與空間位置實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)，提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖形圖表、提示預(yù)警、發(fā)展趨勢等，最終通過運(yùn)營指揮中心大屏動(dòng)態(tài)展示，輔助工程管理人員掌握全面信息并提供決策。同時(shí)基于CIM平臺(tái)數(shù)據(jù)開放性的特點(diǎn)，接入政府、住建部門、建筑企業(yè)等，為各方提供實(shí)時(shí)性的建設(shè)數(shù)據(jù)，在更高的層次對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督管理和布局。

3.4 協(xié)同工作系統(tǒng)

協(xié)同辦公是智慧工地系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)功能，可對(duì)用戶角色、組織架構(gòu)、功能權(quán)限、流程審批等系統(tǒng)基礎(chǔ)性功能進(jìn)行管理。在系統(tǒng)設(shè)置中，系統(tǒng)管理人員可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置調(diào)整，使之適應(yīng)不同特點(diǎn)的施工現(xiàn)場管理，并可在使用過程中不斷變更系統(tǒng)配置，無需研發(fā)者過多介入。協(xié)同辦公系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，便于各模塊數(shù)據(jù)的對(duì)接共享。

協(xié)同工作系統(tǒng)中的預(yù)警管理子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過程中各步驟不符合規(guī)定的操作進(jìn)行預(yù)警，為監(jiān)管部門、建設(shè)、監(jiān)理、總包、分包、銀行等單位提供實(shí)時(shí)監(jiān)管信息。包括對(duì)總包企業(yè)規(guī)定時(shí)間內(nèi)不發(fā)工資發(fā)出預(yù)警，對(duì)監(jiān)理人員規(guī)定時(shí)間內(nèi)不到工地發(fā)出預(yù)警；提醒監(jiān)管部門、關(guān)聯(lián)單位審核工程項(xiàng)目相關(guān)流程，提醒合同企業(yè)各單位按時(shí)提交考勤，提醒銀行資金收付等。通過觸發(fā)預(yù)先設(shè)定的預(yù)警條件發(fā)出告警，對(duì)相關(guān)指令進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理后消除告警。系統(tǒng)還對(duì)各類預(yù)警進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)全面的分析。

4 結(jié)語

智慧工地是數(shù)字經(jīng)濟(jì)大環(huán)境下，建筑施工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的有利支撐。面對(duì)新領(lǐng)域新形勢，探索智慧城市新趨勢，借助基于城市信息管理模型發(fā)展工地?cái)?shù)字化、智能化新模式是未來發(fā)展的必然方向。通過基于CIM的智慧工地管理平臺(tái)，施工現(xiàn)場人員工作更加合理高效，項(xiàng)目管理更加精準(zhǔn)，項(xiàng)目各參建單位信息始終保持共享和工作協(xié)同，行業(yè)監(jiān)管與服務(wù)更加透明和高效，建筑業(yè)的發(fā)展更加現(xiàn)代化和智能化。