智慧工地施工管理平台教学与应用研究

吴晓伟 田俊 谢沛琪 郑泽洲 何梓健 韦锦松 江粤佳

摘 要：以智慧施工管理为核心，结合人工智能、大数据、物联网等先进技术，研究智慧工地施工管理平台教学的整体架构，基于BIM 进行方案展示、深化设计、虚拟施工、碰撞检查、项目管理等技术应用。阐述智慧工地教学管理平台对一体化项目管控与智慧工地信息化的精准程度、安全监管体系的保障程度等智能施工管理方式，将智能化与BIM技术相结合，实现施工项目精准化管理。以A大学人才公寓项目为案例，根据其实际施工现场、网络布局、人员管理等情况，搭建智慧工地施工管理平台，以期赋能施工管理平台教学建设，提升施工项目管理水平，进而实现科学化、智能化管理。

关键词：智慧工地；施工管理平台；智能化管理

Abstract：With the Intelligent Construction Management as the core，combining the advanced technology such as artificial Intelligence，big date，IoT and so on，we study the overall structure of smart site construction management teaching platform，and based of BIM technology applications such as scheme display，design deepening，virtual construction，collision checking，and project management.The platform combine intelligence and BIM technology，achieve accurate management of construction projects.Taking talented apartment project of University A as the example，according to the actual construction site，network layout and personnel management，we build a smart site construction management platform to empower construction management building，improve construction project management level and realize scientific and intelligent management.

Keywords：Intelligent Site；Construction Management Platform；Intelligent Management

以數字建筑带动智慧工地建设，通过数字化设计、数字建造、数字运维，让工程项目的进度加快，成本降低，质量安全提高，将为精准化高质量施工管理教学平台发展提供强有力的支撑与强大的驱动力。随着我国经济的飞速发展，建筑工程的规模越来越庞大，其结构类型也越来越复杂，对建筑施工成本、技术、安全等管理提出了更高的要求。

从文献梳理来看，国内外学者关于智慧工地教学管理平台做了大量的理论与技术研究。针对智慧工地教学管理平台国内外学者主要进行了三个方向的研究：（1）构建多维信息及动态决策的工地智慧环境与运行机制。基于BIM的智慧工地管理体系框架，借助虚拟现实VR、增强现实AR、RFID、三维激光扫描、“互联网+”等技术，涵盖环境检测及临电安全；穿戴技术用于监测和测量建筑行业内的各种安全性能指标；塔式起重机的安全实时监控及数据分析可支持工地的智慧化；检查人员的个人防护装备是否符合要求等；（2）利用智慧工地作为大数据分析平台，有效进行人员科学管理。分别对建筑劳务工人进行多维度分析、人员进出场地身份识别管理、人员授权移动定位及运动轨迹管理档案管理、人员精神压力及心理健康状态监测管理等；（3）聚焦BIM技术和现场施工活动管理的融合。通过建立BIM+4D模型对施工过程进行仿真模拟，实现对现场进度、成本、资源、场地的实时动态控制；将物联网、互联网、移动终端等技术综合运用起来，在施工现场中，各种建设项目所生成的各种信息数据展开了收集和运算，为管理人员和企业提供进度、质量、成本等方面的数据，并利用三维技术、仿真模拟对现场进行智能调度与控制等。然而针对数字建筑与现代的精益建造理论与方式相融合，将人员、流程、数据、技术和业务系统进行集成，从而达到建设施工的全过程、各要素、各参与方的数字化、线上化、智能化，为建设工程建设中的企业和行业构建一个建设智慧工地的平台生态新体系相对较少。为此，作者通过数字化设计、数字建造、数字运维建立智慧工地施工管理教学平台应用，以期赋能工程施工管理新模式，提升智慧工地施工管理平台高效实用、科学安全智慧的管理模式。

1 智慧工地现状以及平台集成技术

1.1 智慧工地现状

目前，我国的智慧工地仍处于初步探索阶段。截止到2018年，全国智慧工地市场规模达到了近百亿，与传统的施工管理相比，效率大大提高，智慧工地的建设离不开信息采集，但是目前市面上部分智能施工应用软件存在较大的发展空间。相比较发达国家，我国的智慧工地建设起步较晚，核心技术存在短板，施工感应不够及时、业务管理不够精细。

1.2 平台集成技术

智慧工地平台的建设目标是在项目管理相关软硬件的基础上，运用 BIM和云计算、大数据等信息技术，来引导行业的转型升级。实现工程现场管理的数据驱动，解决以往的信息孤岛现象，实现以施工项目为中心的数据全流通、全过程、全要素、全参与。为进一步深入对智慧工地展开教学管理平台研究，依托A大学人才公寓施工项目为例，导入iWorks软件进行模拟施工、设计变更、利用iWorks平台检查问题、竣工信息管理等，实现BIM与智慧工地有机结合。

1.2.1  移动终端

以 BIM技术为基础，搭建协作平台。将业主、设计和施工在工程中的各个方面都进行了高效的连接，从而达到了动态、即时地交流。也能在建筑工程整个寿命周期的各个环节中，利用 BIM这个技术，实现了对各个环节的实时、高效的沟通。采用一个平台多套解决方案的方式服务于施工企业多项目协同管理，整合项目BIM模型技术应用。

1.2.2 B/S应用端

应用端主要负责数字化的 BIM模型，包含了施工项目的规划、设计、施工、运营等全过程提供服务。

1.2.3 对接平台

对接平台主要负责从采集项目信息的规范化，集成化、智能化、移动化方向，对其进行归纳、分析，最终形成应用集成。

2 智慧工地解决方案

智慧工地解决方案是基于BIM+GSD+IOT+AI的新一代智慧工地解决方案，实现了过程管理的可视化、智能化。

2.1 智慧工地平台架构

2.2 智慧工地平台功能

2.2.1 BIM+GSD+IoT+AI决策系统

集成GSD宏观地表信息和BIM精细化建筑及地下设施信息，1∶1数字化完美还原建设项目现场，重大事件模拟演练，协助管理者更直观监控、管理和决策。

2.2.2 项目BIM信息展示

显示和检查单个建筑模型组件级别信息，iWorks数据互联，显示和查看项目BIM模型信息、数据、协调、沙盘等详细数据。在iWorks中自动获取模型项目，构建场景项目，并读取项目、数据、协调、进度等信息，实现一套BIM数据的多系统利用。

2.2.3 环境监测

实时监测测点的扬尘数据，包括PM2.5、PM10、温度、湿度、风速等参数。当监测参数出现异常时，可瞬时发出警告并采取相应的处理措施。

2.2.4 深基坑监测

采用传感器技术监测护墙顶部水平位移和沉降，维持墙体深层水平位移、支撑轴力、基坑外部水位、倾斜等，防止安全隐患的发生。

3 实际工程应用案例

3.1 项目介绍

本项目位于广东省东莞市松山湖科技产业园区，属于剪力墙结构，施工难度较高且复杂，包含土建、装饰、消防、幕墙、智能化等多个专业，存在交叉作业的情况，施工组织管理复杂并且对视管理的要求较为严格，为了解决工程建设复杂化的问题，提高施工场地智慧化管理水平。

本文针对将该项目的施工作业关键要素，采用BIM、iWorks和物联网等技术构建智慧工地平台整体解决方案，并与BIM+GSD+IOT+AI的新一代智慧工地集成系统结合起来，通过先进的信息技术对施工现场的管理效率进行提高，实现施工全过程的可视化和实时监测预警，确保建筑工地施工实时、安全。

3.2 碰撞检查

本项目模型通过Revit软件模型碰撞举例，在软件协作模块选中需要检查的模块，包括一般的墙、板、门窗等建筑部分，以及专用设备、综合管道等部分。碰撞分析后，软件通过显示构件id并定位，可以快速找出出现发生碰撞的位置。

3.3 现场设计变更管理

设计修改是在项目初步设计得到批准一直到通过完工验收，并开始真正交付使用的那一天为止，对已审批的初步设计文件、技术设计文件或对工程图纸的修改、完善、优化等工作，它是现场中比较常见的调整活动，设计变更的发生将会直接影响到建设工程投资成本，且设计变更发生的时间越早，投资成本受到的影响越小，我们可以看出设计阶段也是控制工程质量和成本的最重要、最有利的阶段。设计变更关系着项目的安全、进度、质量和投資控制，其影响之大足以得到现场施工管理人员与设计人员的重视。设计变更往往缺少可视化的效果，这时，我们利用Revit与iWorks等BIM软件，通过对设计变更的模型进行分析与演示，就可以直观地看到设计变更带来的技术参数、施工方法的可行性、经济效益性以及施工的可操作性的改变与优化。最后，编制一份变更对比方案，向设计单位与业主交流确认后，就可以很好地减少现场设计变更带来的些许麻烦。

结语

对智能工地技术的研究，集中表现在了施工现场的设备和信息体系上。本文利用了BIM、物联网、移动应用等现代技术，对其进行了全面、实时、智能的监控和管理，对现场作业人员、项目管理者各层的协作进行了有力的支撑。并进行了相关的管理工作，对现场操作人员的工作效率进行了极大的提高，从而提高了项目建设的控制效率及智能化程度，它具备了比较强大的工程应用价值。当前业界对智慧施工现场的研究，目前还停留在总体结构的设计和关键技术的适用上，在未来的发展过程中，还需要在大数据、BIM、智能化等领域进行强化。针对云计算、物联网等信息技术的整合和运用，构建出整合监督服务平台，从而提高了建筑业数据资源利用水平和能力。

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项目基金：1.教育部人文社会科学研究规划基金项目“大规模应急救援资源配送城市网络结构鲁棒优化研究——以大湾区城市突发公共卫生救援为例”（22A11819 005）；2东莞市社会科技发展重点项目“大规模应急救援资源配送城市网络结构鲁棒优化研究”（20211800904 622）；3.东莞理工学院校级质量工程“工程造价软件及应用”（202002085）；4.东莞理工学院校级新工科、新文科研究与实践项目“深度变革情境下的工程管理专业升级改造路径探索与实践”（202101001）；5.广东省教学质量与教学改革工程项目——建筑信息化智慧仿真实验教学示范中心

作者简介：吴晓伟（1985— ），女，蒙古族，吉林白城人，博士，副教授，研究方向：工程项目管理、应急安全管理。

*通讯作者：田俊（1985— ），男，汉族，山东临沂人，博士，副教授，研究方向：桥梁结构的加固与耐久性提升。