基于“BIM+信息集成”的智慧工地平台分析

唐文君

(康考迪亚大学工程与计算机科学学院)

现阶段我国建筑行业在多元技术的推动下，逐渐实现了向信息化、集成化、智能化方向的转变，尤其是物联网技术和BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling）技术，更是在建筑工程建设中得到广泛应用。将物联网与BIM 两项技术融合，在此基础上搭建智慧工地平台，可以实现“BIM+信息集成”的功能，从而提高施工现场管理的集成化与信息化。

但基于目前“BIM+信息集成”智慧工地平台的应用情况，BIM 技术和物联网发展势头良好，智慧工地平台在应用中实际上也面临一些问题。本文主要针对“BIM+信息集成”基础上的智慧工地平台展开分析，介绍智慧工地概念，阐述该管理平台的应用要点与架构，从而为建筑工程现场施工管理工作的智能化发展夯实基础。

1.“BIM+信息集成”智慧工地平台概述

1.1 智慧工地

智慧工地应用到多元化技术，例如BIM 技术、物联网、云技术、大数据、人工智能，针对建筑工程施工现场的各项生产要素，采用软硬件对其展开集成管理，在此基础上搭建的信息管理平台，为施工现场赋予信息化、智能化特点，并使其成为智慧集成体[1]。另外，智慧工地对于建筑工程的所有参建方而言，可以提供效率更高的信息传递渠道、管理模式等的支持，制定施工现场管理方案也体现出智能化特征，实现传统工地管理模式的转型。

1.2 “BIM+信息集成”智慧工地平台

建筑信息化时代下，“BIM+信息集成”基础上的智慧工地平台建设，在当前环境下体现出良好的发展趋势。结合该管理平台的应用现状，相关技术研发获得了非常可观的成绩，然而落实到施工现场管理中，却依然面临实践方面的问题。所以，结合相关技术的发展，要想进一步体现出“BIM+信息集成”智慧工地平台优势，还需要不断加强相关技术的实用性，实现与施工现场的深度融合，从而真正实现建筑施工现场管理的智能化。

2.“BIM+信息集成”智慧工地平台建设

2.1 建设思路

“BIM+信息集成”智慧工地平台的载体为工程三维模型，利用BIM 技术创建管控系统，将进度控制和成本控制作为核心，以实现质量安全为目标，从而构建模型、标准、应用均具有统一性的信息系统[2]。该系统应用物联网技术，将工程数据的来源途径拓展，利用云计算可以达到大规模数据分布式存储的效果，而大数据主要负责数据的分析以及深度挖掘。此外，该平台应用到5G 技术，有效提升信息数据的传输速度，最终从建筑实体、生产要素、施工管理等各个维度，实现全面数字化的目的。

2.2 技术架构

智慧工地平台的技术架构是在BIM、信息集成两项技术基础上构建，在实践中需要同时遵循模块化原则、平台化原则、标准化原则、系统化原则，由劳务管理、技术管理、安全管理、进度管理、绿色施工管理五个模块组成。

2.3 功能架构

智慧工地平台在应用中具有诸多功能，具体如下：移动考勤及工资发放、档案管理、风险监测与应急管理、四维施工进度管理、噪声与扬尘监测、实名制门禁一卡通等。搭建功能架构必须与该平台今后的发展需求充分结合，增加新的产品模块以及功能，从而满足实际管理的多元化需求[3]。

3.“BIM+信息集成”智慧工地平台的应用

3.1 面向人员的管理

智慧工地平台其中一个非常重要的管理对象便是“人”，而这也是该平台中的核心模块之一，在建筑工程施工中，可以面向现场所有施工人员，根据薪酬、行政的管理分析其工作质量[4]。这就需要大力应用到BIM 技术，将其与信息集成系统融合，实现人员的全方位管理，以期能够提高人员在施工现场的工作效率。关于人员的管理，结合“BIM+信息集成”智慧工地平台实际情况，主要体现在以下几个方面：

3.1.1 实名制门禁与一卡通

智慧工地平台包括实名制考勤与一卡通系统，该系统的硬件涉及智能头盔、智能手环、射频卡口、射频基站等元件。头盔、手环、射频基站通讯技术均需要应用433MHz 无线组网技术，不需要手机基站以及GPS，便可以自动传输数据，并进行定位，尤其适合在野外和地下等无手机信号、卫星的地点进行施工管理[5]。另外，433MHz 无线组网技术具有很强的穿透力，所以一般情况下不会受到环境因素的影响。

结合智慧工地平台应用经验，此系统主要具有如下功能：为新进入施工现场的人员发放智能头盔与智能手环，并且实施绑定；自动监管卡口，卡口位置可以直接刷头盔、手环，快速进入到施工现场；施工现场如需使用水电，同样需要刷头盔或手环得以实现。此功能需要绑定施工人员的身份；准确记录每日施工现场所有人员的进出场时间，为每月工资结算提供依据；精准定位施工现场每一名工作人员的所在位置，以便查找或者监督施工人员，是否逃离负责的施工区域、是否在工作状态中。

3.1.2 施工人员体征监测

智慧工地平台为每一名施工人员发放智能头盔以及手环，通过这些设备可以实时监测施工人员的体征，例如心率、体温、加速度运动等。监测所得数据可直接利用射频网络，整理上传到智慧工地云平台以及APP 中[6]。如果施工人员体征异常，那么平台或APP 将会自动预警，提示施工人员注意身体健康。

3.2 面向施工现场的管理

利用智慧工地平台对施工现场进行管理，主要涉及施工现场物料管理、二维码交底、预制构件加工、风险检测、远程监控、人机料三维定位等，下面分别展开分析：

3.2.1 物料管理

施工现场比较传统的物料管理方式难免单一，而且集中性不强。采用“BIM+信息集成”智慧工地平台，可以实现物料管理和施工进度的整合，从而针对物料实际使用展开精准控制[7]。如此一来，便可以很好地规避成本浪费，有效提高施工现场物料使用效率。

3.2.2 二维码交底

设计涵盖安全信息与技术交底信息的二维码，上方覆盖防水纸，并将二维码张贴在施工现场的醒目位置。施工人员可以利用智慧工地APP 扫描二维码，读取信息，切实提高了交底效率。

3.2.3 预制构件加工

利用BIM 技术构建模型，对施工现场预制构件加工提供指导，可保证预制构件以及预制构件设计图纸的精确性，检验布设位置条件的合理性，以免构件加工失误或者是返工等现象。

3.2.4 风险检测

对于施工现场的一些关键结构以及设备，需要安装不同类型的传感器，例如应力传感器和倾角传感器等，利用传感器自动采集地下水水位、高支模架体、塔吊周围风速等数据，数据还需上传到风险监控平台中[8]。结合监控平台的设定值，如果超出设定值则自动报警。智慧工地云平台以及APP 内，工作人员可结合要求提前设置报警阈值。因为传感单元均支持射频定位，所以可按照自动生成的历史数据异常状况—地点频率热力图，及时发现一些风险。

3.2.5 远程监控

利用智慧工地平台，在施工现场相应位置设置三维可移动网络摄像头，采集搭配的监控影像与信息，可以在PC 端、智慧工地云平台以及APP 中查阅，并且还能够听取存留音视频。工作人员利用PC 端、智慧工地云平台以及APP，还可以对摄像头转向、焦距等进行调整与控制。

3.2.6 人机料三维定位

利用基站射频定位技术，可以在构建的BIM 模型中融入人员、设备的所在位置，快速获取施工现场工作人员、机械设备布置，并对其进行调配。其中对工作人员的定位，主要是利用手环以及头盔，并在射频基站作用下得以实现，机械设备的定位则是通过机械定位模块与射频基站得以实现。定位射频、射频基站通讯技术在应用中，还需要应用无线组网技术，技术规格参数在433MHz～2.4GHz 之间，而且不需要手机基站、GPS，便可传输数据并定位[9]。如果没有严格定位精度的情况下，建议应用433MHz 定频定位，条件允许还可利用多基站定位技术，按照周围基站反馈信息实施精准定位。在精度要求非常高的情况下，工作人员还需应用手环、头盔，实现互相定位的辅助。

3.3 面向安全的管理

“BIM+信息集成”智慧工地平台中的重要组成部分之一是安全管理，主要是以安全预警系统的形态存在，对施工现场所有工作人员进行动态定位。此环节需要应用物联网和在线传感设备等相关技术，帮助管理人员获取所有设备运行现状，并对现场施工的基本情况进行监督，从而为施工安全提供保障[10]。另外，在安全管理中，建议采用VR 技术，针对所有工作人员展开沉浸式的安全培训与教育，将高危场景模拟存在难度的问题予以解决。

3.4 面向工程进度的管理

针对工程进度管理，下面分别从四维施工进度管理、3D推演沙盘两个方面做出介绍：

3.4.1 四维施工进度管理

计划进度、实际进度均可体现在BIM 模型中，工作人员在智慧工地平台中构建四维进度模型。模型时间需要具体到“天”，形象需要具体到各个工序，为工作人员控制进度提供便利，当然也能够提高工程进度信息传递效率。统计工作人员在模型中选中已经完成施工的部位，单击右键修改属性，并保存信息，便可在智慧工地平台中自动生成包括三维进度图、工程量等报表[11]。

3.4.2 3D 推演沙盘

构建BIM 模型之后，建议应用3D 打印机，实现精确分块打印，按照一定比例，缩小施工场地和建筑，使其转变成为精确实体模型。具体可结合施工进度拼装模型，并且全真模拟施工进度。除此之外，此实体模型体现出模拟性以及可视化性的特点，能够将生产协调讨论的效率提升。

3.5 面向技术的管理

建筑工程施工中的技术管理，将会对项目质量、安全带来直接的影响。那么在技术管理中，采用“BIM+信息集成”智慧工地平台，实现智慧管理和人工监管的融合，有利于融合多项技术，提高施工质量控制效果，还可以监督施工管理技术的落实情况，以免因技术落实不到位诱发安全事故。

3.6 面向施工环境的管理

施工现场环境管理方面，直观作用于环保质量和施工进度。采用“BIM+信息集成”智慧工地平台，对施工现场所有工作人员进行实时定位，并反馈网络通信情况，根据施工现场环境的了解，协调解决施工环节存在的问题，以此来推进施工进度。

施工环境管理包括绿色施工，而绿色施工模块在智慧工地平台中也是非常重要的一部分。其中硬件包括各类传感器、智能逻辑单元、射频基站等组成，与433MHz 通讯系统结合，可在脱离手机基站、GPS 的情况下高效传输数据。绿色施工在智慧工地平台中，主要具有检测实时风速、噪声、扬尘、温度与烟雾、瓦斯浓度、氧气浓度的功能，并且在系统中储存历史数据，工作人员可直接在智慧工地云平台以及APP 当中，按照工程实际需求设置预警参数[12]。检测瓦斯浓度时，一旦发现瓦斯浓度已经超出标准值，系统会自动预警、报警以作提醒，并启动换气机构马上通风。检测氧气浓度时也是同样的原理，如果氧气浓度过低即会马上预警、报警，开启换气机构达到通风的效果。

3.7 面向运维管养的管理

建筑工程建设中产生的各项信息，需要将其录入到BIM模型当中，从而获得与项目契合度高的竣工模型，由此便可以体现出建筑信息模型在信息数据方面的应用价值，也能够为全面实现智慧化运维夯实基础。进行到运维管养环节，工作人员观察之前构建的BIM 竣工模型，从中发现机械设备、管线及附近空间的基本情况，采集有价值的信息，为新增、移除设备提供依据，也有利于提高设备运行状态、检修等的精确度。

4.结束语

综上所述，建筑行业面对信息化环境，其本身也做出了一定的调整与改进，尤其是智能建筑的出现。很多建筑工程组织现场施工期间，开始应用一系列先进技术，例如物联网、BIM 技术以及大数据技术等，在各项技术的支持下构建“BIM+信息集成”智慧工地平台，可以实现施工现场各方各面的智能管理，集成信息做出判断，对施工现场环境、施工技术、进度等加以了解。如此一来，不仅可以提高施工现场工作效率，还有利于提高建筑工程的智能化水平，为今后我国建筑行业全面实现自动化、智能化夯实基础。