基于物联网技术的建筑工程施工系统架构设计

柯璐 黄歌 程代新 朱义沛

(湖北经济学院，湖北 武汉 430200)

0 引言

近年来，我国工程建设领域正处于转型发展阶段，急需引入新兴科学技术及先进的管理模式。物联网技术融合了传感器网络技术和互联网信息技术，能够实现项目数据信息的即时共享。因此，在建筑行业引入物联网技术，能够实现两者的融合发展。

目前，针对物联网技术在建筑工程施工阶段的应用研究主要集中在以下几个方面：装配式建筑[1]、施工安全[2]、智能建筑[3]、项目进度管理[4]、与BIM技术的结合[5]、成本管理[6]等。已有相关研究主要针对某个施工环节的系统架构方案应用，如施工安全预警平台的建立[7]等，基于物联网技术的建筑工程施工系统架构方案相对较少。

基于此，本文通过分析国内建筑工程施工现状，针对施工过程中出现的一系列问题提出解决措施，构建基于物联网技术的建筑工程施工系统架构，以降低项目成本，把控施工进度。

1 建筑工程施工管理现状与问题

目前，我国建筑工程领域正处于转型发展阶段，传统的施工管理模式已不能满足现阶段项目管理需求。近年来，产业园区开发项目规模和数量日益增加，政府投资力度不断增大。产业园区开发项目存在招商困难、工期较长、资金回笼慢等特点，急需引入新的项目管理模式。通过梳理相关研究可知，很多产业园项目主要采取EPC模式[8]，并获得显著成效。EPC模式能够实现总承包商对项目设计、采购、施工过程的整体管理与监控，在保证工程合理周期的前提下降低项目成本。但是，在实际运用中，由于施工阶段处于“边设计、边施工、边调整”的“三边”状态，主要存在以下问题。

1.1 成本管控难

在工程建设项目启动之前，因项目的设计、范围、施工技术等内容不明确，无法开展施工合同和项目成本评估，项目成本管理难度较大。

1.2 设计管理难

在设计阶段，设计工作受用地规划调整、生产设备供应不及时等因素影响，无法准确设计施工图样，影响后续工作的开展。

1.3 采购管理难

现阶段，建筑工程项目应以功能需求为导向，坚持资源整合和专业集成，在采购方式上进行创新。因此，传统的采购方式已不能满足当前项目管理的需要，急需提升采购管理水平。

1.4 进度管理难

进度是传统的项目管理三大目标之一，而建筑工程施工进度往往受多方面因素影响。现阶段，建筑工程施工管理效率低下，影响项目进度和成本。

综上所述，为解决施工阶段现存问题，一方面，项目各参与方要夯实质量管理基础；另一方面，要建立健全施工安全生产责任制并落实到位。

2 基于物联网技术的建筑工程施工系统架构

2.1 系统功能特点

2.1.1 集成化

该系统可将生产、运输、施工、管理、设计等多个环节集成于同一平台，形成以物联网技术为基础的大数据平台，便于及时沟通各环节进展情况，有利于加快工程进度、保证工程质量。

2.1.2 便捷化

在该系统中，各环节存在的问题可通过网络直接传送至相关责任方，便于及时解决问题，保证工程进度。

2.2 系统构建

基于物联网技术的建筑工程施工系统架构分为感知层、网络层、平台层、应用层4个层级，如图1所示。

图1 基于物联网的建筑工程施工系统架构

2.2.1 感知层

感知层是系统实现自动化功能的重要基础，主要包括环境感知技术与工业设备控制器，如移动设备、高清摄像头、GPS定位、智能运输车、传感器等。

2.2.2 网络层

网络层的最大特点是实时性与可靠性。网络层包括5G/4G网络、Wifi、以太网、蓝牙设备等。根据传输方式及需求的不同，可以采用不同的连接方式满足系统运行要求。

2.2.3 平台层

平台层主要包括云处理器和基础云平台网络。系统数据通过云处理器进行处理，同时有对应的APP支持各种移动端硬件设备接口，具有一定的基础服务功能，如位置监控等。

2.2.4 应用层

应用层以APP和云平台网站为基础提供服务，如派发工单、运输车实时信息监控等。

2.3 功能规划

该系统架构的核心组成部分为GPS定位系统和视频监控系统。项目各参与方通过手机或电脑实时监控施工现场；通过GPS定位系统定位采购车、运输车等设备；通过监控摄像头监控施工进度；通过系统派送紧急工单，便于相应负责人及时领取任务。该系统功能规划如图2所示。

图2 基于物联网的建筑工程施工系统功能规划

2.4 具体应用

在建筑工程项目中，钢筋施工工程较为复杂和隐蔽。在实际施工过程中，钢筋绑扎不牢或振捣棒扰动[9]容易产生安全隐患。下面以钢筋工程为例，阐述该系统的具体应用。

2.4.1 钢筋生产

(1)数据记录。钢筋生产过程中会生成庞杂的信息数据，以往主要依靠人工记录，容易出现遗漏和错误。在该系统中，钢筋下单生产后会自动记录数据，减少了人为操作的失误。

(2)图表复核。该系统能够自动将钢筋加工图与建筑效果图进行核对，并检查图样是否存在错误和缺漏，有效保证了钢筋加工质量。

(3)数据连接。目前，生产设备与生产订单无法直接连接，需要人工输入订单数据，且无法全面了解各设备生产动态。与物联网技术结合后，可在各生产设备中植入芯片/传感器，接到订单后，系统自动分配设备进行生产，并实时记录生产情况，便于查看加工进度与相关数据。

(4)库存盘点。在库存管理中，人工记录与核验容易出现遗漏或失误，导致原材料与成品出入库数量出现差异。在该系统中，每天自动记录原材料与成品出入库数量，实时显示订单需要的原材料，自动增减库存。

2.4.2 钢筋运输

钢筋智能运输车均设有编号，在拣货过程中可有效防止装错车的问题。在运输车出发前，系统自动进行路线优化，保证钢筋快速送达。同时，智能运输车安装了GPS定位系统，便于管理人员监测运输路线。

3 施工保障体系构建

为了更好地实现基于物联网技术的建筑工程施工系统功能，应同步建立配套的施工保障体系，实现人员与系统、系统和设备、设备和物料之间的信息共享与反馈

3.1 成本保障体系

3.1.1 优化组织架构

优化组织结构，落实责任人。业主负责对设备厂家进行审查把关，对项目功能进行定位；产品加工制造商负责加工工艺的改进和优化；设计人员负责设计工艺方案并对设计成果负责；现场施工人员根据工程设计图样组织施工并对施工质量评价结果负责。

3.1.2 推行总承包模式

在总承包模式下，设计团队全程跟进项目施工过程。项目现场人员可通过系统反馈问题，建立紧急工单；设计人员可针对实际问题及时调整工单，以降低施工难度、保证项目工期。

3.2 设计保障体系

3.2.1 建立项目管理机制

建立以项目为中心、以专业管理为基础、以质量管理为核心的项目总负责人管理机制。项目主要领导机构采用项目管理组织架构，成员包括设计主管、工程技术主任、建设项目质量工程师、建设项目规划工程师、专业审核人、专业技术主设人、工程设计人员等。同时，建立产品质量管理架构，包括设计院总工程师、建设项目现场技术主任、专业审核人、校核人、工程设计人员5个管理层级，按照各级产品质量管理要求开展工作。

3.2.2 完善考核机制

结合项目评估和咨询建议，完善考核机制；根据事故责任分级，进行适当处分。

3.3 采购保障体系

3.3.1 采用固定单价合同

采购管理主要采用固定单价合同。建筑工程项目施工合同应根据项目集成度，结合设计进度分专业(部门)签订采购合同。

3.3.2 加强数据管理

采购单位应在系统中出具对应工单，并在相应时间内完成，同时将实际数据录入系统。库存盘点应留有记录，出现偏差时应说明理由。

3.4 施工保障体系

3.4.1 落实安全生产责任制

在工程施工前，逐级签订安保责任书，明确各参与方安保目标并制订安保方案，实现全方位安全管控；各专业负责人对施工现场的监督管理工作负责。

3.4.2 实现设备操作可视化

利用BIM技术提前检测施工空间是否合理；提前检查撞击点，并由专业技术人员进行调整，防止返工；减少施工过程中重大设计变更，保证整体项目设计质量。

3.4.3 实现动态数据信息化

实行以关键路径为主线的进度管理机制，对工程进度动态监控并及时纠偏；将进度计划分解为季计划、月计划、日计划，并按时检查，保证工程建设的顺利进行。

4 结语

本文针对建设工程施工现状及问题，构建基于物联网技术的建筑工程施工系统架构。为了实现该系统功能，从成本、设计、采购、施工4个方面建立施工保障体系，旨在有效提升建设工程施工管理效率和质量。今后，应进一步完善该系统各层级功能，助力建筑业转型升级。