浅谈“智慧工地”的应用

洪长河

（厦门市翔安区建设工程质量安全监督站，福建 厦门 361102）

0 引言

建筑产业现代化、绿色建造、工程总承包模式的推进给建筑行业带来了新的机遇和挑战，物联网、云计算和大数据等技术的不断创新，在迅速改变着建筑行业。“智慧工地”是在现有硬件设备上增加监测、数据采集等设备，结合项目已有的信息管理系统，通过互联网技术将数据信息传送至云端，由云端进行逻辑关系组织和分类，经统计分析后汇总出项目需要的管理数据，并将数据推送到项目管理平台、手机APP终端，实现智慧管控。面对新形势，如何利用信息技术做好“智慧工地”建设，将成为建筑施工领域新的时代主题。

1 概述

“智慧工地”是指综合运用物联网、云计算和大数据等新技术，围绕人、材、机、环境等关键要素，建立智能采集信息、科学分析数据、高效协同管理、智慧预测过程的施工现场一体化信息管理模型，形成从一线操作到远程监管的数据链条，有效降低施工现场管理成本，逐步实现“智慧建造”［1］。“智慧工地”是“智慧城市”和“互联网+”理念在建设工程领域的具体体现，是“互联网+”与传统建筑行业完美结合的全新施工现场一体化管理模式。

2 “智慧工地”建设的意义

“智慧工地”建设对施工行业意义深远，主要体现在以下几个方面：

1）运用三维设计及信息化管理平台，精确设计和模拟施工过程，建立智能采集数据、科学分析数据、高效协同管理、智慧预测过程的施工现场一体化信息管理模型，实现施工全过程可视化管控［2］。

2）借助云平台、大数据和人工智能等手段，对采集的数据进行深入的挖掘和分析，从而为项目管理、决策提供数据支持，优化人、材、机等资源的投入，起到降本增效的作用。

3 “智慧工地”的应用示例

3.1 劳务管理

劳务管理是“智慧工地”的重要组成部分。施工场地采用封闭式围挡进行管理，施工主出入口配备虹膜门禁系统等设备，实时监控作业人员进出施工现场，杜绝外来人员进出施工现场［3］。

劳务实名制管理通过虹膜门禁系统等劳务管理系统实现。根据劳务人员的身份信息，对劳务人员性别比例、工种结构、年龄段等数据进行综合分析，合理优化劳务队伍结构，掌握各分包队伍人员分布情况。

劳务管理系统通过采集、分析一定期间的数据，准确提供该期间内的劳动力数量分布曲线，根据曲线对比、分析用工高峰期与低谷期劳动力使用情况，在不影响正常施工的前提下，优化劳动力投入的时间点，避免阶段性“窝工”出现。

采用劳务实名制管理，劳务人员通过虹膜系统进出施工现场，劳务管理系统实时记录劳务人员出勤情况，提供劳务人员工资结算的考勤依据。施工单位能够与劳务派遣单位及时核实劳务人员考勤，避免出现劳资纠纷。

3.2 远程视频监控系统

“智慧工地”中的远程视频监控有别于传统的远程视频监控，不仅是在施工现场安装若干摄像机实现本地监控，而且还是基于“互联网+”对工程施工现场安全、质量、进度等进行全面的远程监管。利用电脑终端、手机 APP 终端，建设单位、监理单位、施工单位、建设行政主管部门足不出户，便能及时、准确掌握施工现场情况，提高工作效率，节约人力、物力、财力的投入。通过多方同时监管，提高施工现场人员安全生产意识，规范安全施工行为，做到施工透明化。同时，开展远程监管综合检查，建设单位、监理单位、施工单位、建设行政主管部门能够及时发现施工过程中的安全隐患、质量问题，采取切实、有效的整改措施，有效遏制安全、质量事故发生。

3.3 VR 技术与安全教育结合

传统的安全生产教育局限于书面形式、课堂形式、现场形式的教育方式，培训环境受限、内容枯燥、游于形式，培训效果差。利用 VR 技术进行施工现场安全生产实景模拟体验，把以往枯燥、乏味的“说教式”安全教育转变为生动、形象的“体验式”安全教育。VR 技术能够实现基础、主体、装饰装修等施工阶段各类安全事故的仿真模拟，例如基坑坍塌、模板支撑失稳、触电、物体打击、高空坠落等安全事故，管理人员、作业人员亲身感受违章、违规作业带来的危害，提高安全教育培训效果，强化安全生产意识，规范安全生产行为，降低安全事故发生的概率。

3.4 BIM 技术

“智慧工地”的开展深度由 BIM 技术的精确度决定。BIM 技术是一个由二维模型到三维模型、从传统施工中被动到主动的转变过程。BIM 技术主要应用在以下几个方面。

1）总平面管理：前期施工总平面布置开始，通过BIM 技术对临建布置、施工场地区段划分、塔吊、施工电梯的定位、材料加工区及堆放区布设、场区临时施工道路的布置进行建模，通过 BIM 模型对人员和车辆的进出场路线进行模拟，人车分流，在用人及车辆进出场高峰期施工场地能井然有序地运行。借助 BIM 技术对塔吊的作业范围、吊重、利用率进行综合分析，合理布置塔吊及材料加工、堆放区域。

2）可视化交底：BIM 技术具有可视化特点。借用此特点，既可以对作业人员进行三维动画交底，又可以模拟施工方案。通过 BIM 技术展示高支模支架搭设的三维技术交底，取代传统的技术交底方式，以形象、有趣、通俗易懂的方式对管理人员、作业人员进行技术交底，掌握高支模支架搭设的技术要点。

3）节点分析：通过解读设计图纸中的复杂节点，利用 BIM 技术建模对复杂节点进行分析。例如复杂的梁柱节点（梁、柱钢筋位置避让关系等），通过建立模型找出梁柱节点钢筋碰撞点，优化钢筋位置。

4）机电设备管线碰撞检查：孔洞未预留及机电设备管线安装时发生碰撞现象在以往施工过程中屡见不鲜。以往的措施就是在混凝土结构二次开凿洞口或机电管线交叉安装，可能造成混凝土结构不同程度的损害或者室内实际使用空间减少［4］。利用 BIM 技术对建筑物进行建模，对结构、建筑、机电、设备各专业模型进行合模，直观把预留洞口及位置在三维模型中显示出来，分析出管线“打架点”，及时联系设计单位对图纸进行修改、调整，在工程前期解决了管线打架问题。

3.5 物资集采与验收管理平台

利用“智慧工地”物资集采与验收管理平台，对进场大宗物资、机电设备、钢结构等主要材料进行动态跟踪、管理。在主要材料管理方面，对材料的进场情况进行实时监控，通过 RFID、二维码等电子标签，随时了解主要材料的进场情况，如材料当前位置、厂家备货情况、材料运输时间等，材料员根据工程的实际进展管控材料的进场。

传统的材料采购与验收流程为：生产部门提出计划→材料部门采购→材料进场验收→材料入库→结算付款，但这一模式在实际实施中经常出现材料不能按时到场、到场数量不足等问题，严重影响施工生产进度。在“智慧工地”的建设中，针对上述问题，结合实际物资管理工作，利用物联网、大数据技术，实现对主要材料从招标、采购、送货、验收到结算的全过程闭环管理。施工单位利用电脑终端、手机 APP 终端，随时掌握物资配送进度；物资到场后，通过地磅和称重模块实现精确计量，杜绝材料供应商短斤少两行为；进场验收完成后，采用移动验收的方式省去磅单打印、多方对账的繁琐流程，验收结果实时传输至服务器存储，方便企业和供应商查询核对。

3.6 环境控制系统

扬尘、噪声监测系统依托自动化监测设备，对施工现场区域的空气质量及噪声进行实时监测，其中室外环境监测设备可对噪声、颗粒物浓度（PM 2.5、PM 10）、风向、风速、湿度、温度、大气压等多项环境参数进行全天候精确测量，并在 LED 屏幕上实时显示，其中监测的数据包括扬尘浓度、噪音指数以及视频画面。扬尘监控系统工作时，自动采集超标数据，通过网络将采集的数据传输至云端，随时掌控环境参数变化，第一时间告知相关部门及责任人，具备报警、外接喷雾降尘设备的联动功能。

标养室温、湿度控制环境在线监控、预警系统通过在标准养护室内部放置温度传感器、湿度传感器、防水摄像头，将真实环境情况进行全天候监控，无需管理人员定时抄报环境数据的工作，实现环境情况网络化、记录数据无纸化。环境条件设置预警机制，环境参数超标立即报警，实现多层级的联动管理。利用防水摄像头可将真实的环境情况进行存储，防止环境温、湿度失控，形成管理行为记录。

3.7 特种设备监控系统

智能塔吊可视系统基于智能硬件采集+云端数据分析+多终端可视化打造，由安装于塔吊吊臂、塔身及传动结构处的各类智能传感器、驾驶室的操作终端、塔司人脸识别考勤、无线通讯模块以及在远程服务器部署的可视系统组成。智能塔吊可视系统具有三维立体防碰撞、超载预警、超限预警、大臂绞盘防跳槽监控、塔吊监管、全程可视化、远程监控等功能。通过塔吊监控平台结合塔吊司机的考勤系统，管理人员能够清楚看到现场塔吊的运行情况以及危险报警统计分析。

施工升降机安全管理是建筑安全管理中的又一难点。升降机作为一种常用的垂直起吊设备广泛应用于后期的内部装修期间。施工升降机生产作业普遍存在管理不到位、人员违章操作、超载作业、安全限位装置失效等现象，非专业人员操作极易造成安全事故，严重危及人民群众的生命财产安全。施工升降机人脸识别控制器通过人脸识别授权、启动继电器、交流接触器通、断启动电流的工作原理，通过 4G 物联网卡传送数据到平台，进行开启/断开电梯操作，确保专人专机作业。

3.8 工程质量检查

通用工程质量检查 APP 能够方便管理者对施工生产中的质量问题进行检查和督促整改，利用手机拍下问题照片后，在 APP 中标注问题位置，点选检查项、整改期限等内容后即可形成整改工作流，推送至整改人的APP 端，待整改完成后，有权限的检查人或者监理可根据问题反馈进行复查，合格后对问题进行销项。

工程质量检查 APP 与传统的线下纸质工程管理相比，具有“线上闭环”的优势，实现从发现问题、指派任务、整改反馈到销项的“闭环管理”，充分体现工程质量检查 APP“随时随地”的优势，提高了现场检查和整改的效率。

4 结语

“智慧工地”为建筑工地智能化提供了智能采集信息、科学分析数据、高效协同管理、智慧预测过程的施工现场一体化信息管理模型。随着社会和科技的发展，“智慧工地”必将成为建筑施工行业发展的方向。