施工现场智能网络应用探讨

张建伟

(中核龙安有限公司，浙江 台州 318000)

“十三五”期间具有自主知识产权的BIM软件在工程上推广使用及智能化综合管理全过程的集成应用，逐步改变了传统项目监管的手段，使施工现场进度、质量、投资(成本)控制更高效；合同、职业安全与环境、信息管理更规范[1]。通过人、机网络协同，对物联网采集到的信息进行数据分析，提供过程趋势预测和专家预案，实现工程施工可视化、智能化管理，为建设工程项目带来更精准的科技化管理手段，实现了建设工程项目的增值[2]。

1 施工现场智能网络应用的需求

1.1 项目动态发展的需求

随着社会经济的蓬勃发展，各行业对工程项目的需求逐渐改变，大型、超大型施工项目逐渐成为主流，包括大型核设施厂房、重型水利构筑物、大跨度桥梁、大型铁路工程等项目的数量日趋增多[3]。诸如此类的大型项目具有施工现场作业面大、现场环境复杂、施工质量要求高等特点，由此导致日常施工安全质量管理、现场监控难度较大，工程建设指挥部门对施工现场的施工安全情况、施工人员的操作规程、工程施工进度的监管缺乏有效、直观、合理的手段。传统的“人管人”方法难以实现高效管理，施工现场重要物资、材料的监控看管往往力不从心，人员配备压力较大，且管理效果不佳[4]。

1.2 国家政策的导向

目前日本、美国、英国等国家建筑行业发展较为发达，其管理体系也较为成熟，BIM、信息管理等建筑行业新技术应用比较超前，质量、安全、成本、工期管理、监督措施落实到位，项目精细化施工程度较高。为了整体提高国内建筑行业的管理水平，近年来国家大力支持建筑施工企业转型，积极推广应用BIM、信息化管理等新技术来优化施工管理水平[4]。广东等经济发达地区发布的“广州市城乡建设委员会关于印发进一步提升建设工程施工精细化管理工作方案的通知”中鼓励四新技术应用，要求施工单位向现代化企业过渡，加快实现规范化、科学化、品质化、精细化转变。

1.3 社会科技发展的必然趋势

现阶段，随着智能建筑电气安装技术、无人驾驶智能摊铺机、高层智能建筑物防雷施工技术、基于物联网的施工安全智能监管系统等新型智能施工工艺措施、智能施工机械、智能施工监管设备等方面的技术日益成熟，都标志着工程施工管理应向现代化发展，5 G、物联网、大数据等新基建领域的技术发展更是为施工现场信息化管理提供了可能。

2 施工现场智能化网络构建与应用

2.1 应用实例

2008年三一重工股份有限公司开发了“工程机械产品加工数字化车间系统的研制与应用示范项目”，并在2012年投入使用，成为亚洲最大的智能化制造车间。其采用的数字仿真和三维作业指导视频为现场提供了技术支持并提升了员工的作业技术水平，通过自动化、标准化和智能化应用将传统的离散制造型转为了混流装配型，降低了人工成本，提升了设备生产制造能力。通过智能化系统及设备的运用，在不增加设备投入的情况下，其总装车间同比节约制造成本1亿元，年增加产量超过2000台以上，同比产值新增60亿元以上，很好的应对了工程机械企业多品种、高效率、高质量、低成本方面的压力与挑战[5]。

苏锡常南部高速主体工程采用水泥土搅拌桩进行软基处理，由于地质勘查覆盖范围有限，无法精确地判断施工区域内地质情况，地质条件发生变化时，在施工过程中监控主要采用水泥喷浆记录仪和测量控制技术，不能及时监控关键参数和实时调整施工工艺参数，造成桩的质量缺陷，导致施工成本增加。而采用智能监控系统并运用物联网技术，通过施工设备上多种感应器件对施工过程数据进行实时采集和数据远程传输，可实现对施工过程的远程、实时、多终端监控管理，将分散管理的集中化，节约了人工成本和设备维护成本，使经济效益非常明显提升[6]。

太原南站的改造工程是一项涉及多专业、工序复杂、质量要求高的国家重点项目。为保证工程的顺利开展，引入了BIM、RFID技术等智能技术。通过BIM技术快捷、及时和精准的特点和RFID非接触的自动识别技术，实时获得各种数据资料，在施工阶段运用智能网络管理和预加载的预警策略，使项目管理人员通过网络远程操控现场，实现了工程项目的智能化管理，及时发现问题减少返工，表现出了定量的实施效果[7]。

由中建集团承建的深圳国际会展中心，围绕人、机、料、法、环等关键要素，结合大数据、物联网、移动互联网、BIM等技术以及智能化采集设备，建设智慧工地平台。集成各参建单位的日常管理数据，建设安全质量管理模块、进度管理模块、BIM5D管理模块、物料验收模块等11个模块，通过整合终端应用集成现有系统，实现对各项目部管理范围内的生产、质量、安全、经营等目标执行监控，减轻现场工作量、帮助管理决策并进行智慧化建设[8]。

2.2 智能化典型应用方向

2.2.1 人员管理

针对施工现场施工分包单位多，人员复杂等特点，在施工现场通过劳务实名管理系统(见图1)，对劳务工人开展实名制登记。主要在现场出入口等位置布置闸机、摄像头，并利用智能安全帽与大门闸机联动来自动识别人员出入并记录考勤情况；实时统计务工人员的年龄、地域、工种、分包单位等具体信息，与实名制系统连用则自动辨别未进行安全教育、黑名单等不良人员，防范用工风险，并进行合同、培训、工资的发放监管。

图1 劳务实名制系统Fig.1 Real name system of labor service

此外，在施工现场，通过现场布置的定位设备、智能安全帽，对人员在现场的轨迹信息、位置信息进行实时了解，保证现场人员与危险区域的实时提醒。项目管理者可以通过更准确地判断劳务工人性质、作业安全性、劳务分派合理性等问题，保障正规劳务工人的利益，确保工程顺利进行。

2.2.2 机械设备管理

施工现场存在着大量的机械设备，如塔吊、升降机、卸料平台等，基于这些设备的监控主要是通过相对应的传感器来实时采集机械的运行数据，并通过网络来将数据上传云端平台，平台再进行远程的监控与管理[9]，见图2。

图2 塔吊管理系统Fig.2 Tower crane management system

利用塔吊防碰撞、吊钩可视化等应用，一方面通过视频识别司机身份避免非专业人员操作塔吊；另一方面通过重量、幅度等传感器，避免超载超限等不安全行为并实时预警；可通过平台配置不可操作的区域，进行超限区域的限速限行，来保障群塔作业的安全防护。

2.2.3 物料管理

施工现场存在大量的钢筋、水泥、砂浆等施工原料，如何准确把控物资数量来进行生产调配一直是企业的一个管理痛点。现阶段随着技术的发展，已经有一些诸如智能地磅(见图3)、AI点数等智能化的应用来帮助企业进行物资验收、出入库管理，并利用芯片技术来对材料进行实时的定位，通过摄像头对材料堆场进行可视化管理。

总之，利用软硬件结合，通过互联网手段，对大宗物资的进出场称重进行全方位的管控。从而排除人为因素，堵塞管理漏洞，提供多样而及时准确的数据分析来支持管理决策，从而达到节约成本提升效益的目的。

图3 智能地磅Fig.3 Intelligent weighbridge

2.2.4 施工技术管理

施工图纸的设计与更改影响整个项目建设的过程，前期利用BIM建模可对二维的技术图纸来进行三维的设计(见图4)，并可以建模来检查施工场地布置的合理性，从而优化场地布置。

现在比较常见的则是利用BIM技术对土建、安装、钢结构等各个专业领域进行设计模拟，并可以根据现场施工需求动态模拟场内机械设备的布置及其运行状态，对一些重要的工序进行动画三维模拟以及通过VR来进行技术体验与方案交底，从而对施工方案进行优化与改善，减少在施工过程中存在的错误可能性[10]。

图4 BIM建模Fig.4 BIM modeling

2.2.5 环境管理

在施工现场、无人机或巡检机器人上安装PM2.5、扬尘、噪音等环境监测设备，来实时监测工地的各种环境状况。然后将数据实时传输至智慧云平台，云平台通过分析各个区域的环境状况来进行预警，进而联动控制现场设备来对高污染的区域进行自动处理，以此来满足“绿色施工”的需求。

2.2.6 安全质量管理

现阶段比较常见安全质量巡检系统，主要是以危险源的辨识与监控、安全隐患的排查与治理、危大工程的识别与管控为主要业务。典型的应用就是系统根据施工进度自动制定巡检计划，巡检人员发现安全质量问题，通过移动端APP拍照上传到系统，系统自动下发给责任区域内问题相关的安全员、质量员、工长等相应负责人，整改人整改完成后上传相应的整改照片记录，管理员随时随地线上审查批示，直到问题整改通过审核，一个隐患问题才可以算正式清除。

整个流程支持全员参与安全管理，对施工过程中的人、物、环境的行为与状态进行具体的管理与控制，通过“事前预防”“事中管控”的方式杜绝事故的发生。

3 结论

通过上述应用对比分析，当前建筑工程领域确实需要大数据、物联网、BIM、5 G等新技术的应用来实现工程管理的变革。现阶段基于施工智能化的发展仍处于探索阶段，施工过程的管控也只存在于施工现场一个个的“点”上，随着5 G、BIM、AI等新技术日益成熟并满足工程建设的需要，智能化施工将是未来一个大的趋势。

未来，随着施工现场智能化设备的应用将能实现工程现场的规范化、科学化、品质化、精细化管理，大型工程项目在智能化应用方面也将更加完善。促使施工现场的管理由“点—线—面”进行转变，从而让施工现场能够更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化，大大提升现场作业人员的工作效率，有效实现目标执行与风险管控，达到现场管理智能化、信息化、智慧化，从而提高项目及公司的效益。