智慧工地建设研究与工程应用

郝东彬

（华陆工程科技有限责任公司，西安 710065）

1 智慧工地概述

智慧工地是智慧城市理念在建筑工地的延伸和体现，围绕人、机、料、法、环等关键要素，依赖信息化技术构建的人事物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、 决策科学分析、 风险智慧预控的项目管理一体化解决方案。 智慧工地建设可以促进工程质量提升、项目成本节约，有助于施工风险管控，提高工作效率，提供决策支持，实现工程项目管理的数字化、可视化、精细化、智慧化。

1.1 智慧工地架构

智慧工地架构通常分为终端层、平台层和应用层。 终端层包括摄像头、人脸识别机、传感器、手机端App 等实现对施工现场各种数据的采集和初步处理；平台层对终端采集上传的海量数据进行建模、整合、处理、存储并提供服务，使项目相关方便于访问、掌握各类数据，为决策提供依据。应用层综合运用PM（Project Management）、BIM （Building Information Modeling）、DM（Database Management），通过对海量信息和大数据进行深加工、再利用，提升工程项目管理。

1.2 智慧工地技术支撑

支撑智慧工地的关键技术包括数字交换技术、BIM 技术、物联网等。 数据交换标准技术，实现了不同项目成员之间、不同软件产品之间的信息数据无障碍交换与共享。 BIM 技术利用数字化技术建立包含了构件的几何信息、 专业属性等的工程实体三维模型，应用于工程项目设计、施工、运行等全寿命周期。 物联网即物物相连的互联网，实现了对物品、过程的智能化感知、识别和管理。 可视化技术将测得的数据信息转化为直观的图形图像形式，便于观察、模拟、计算和使用。 云计算技术将若干成本较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的整体，并将该计算能力分布至终端用户手中，是解决大数据传输处理的最佳技术手段。

1.3 智慧工地的意义

智慧工地通过强化工程项目现场人、机、料、法、环等的实时监控，数据采集、分析处理和决策支持等，对于提升项目管理水平具有重要意义。 通过采用人员定位、出入管理、视频监控、有害气体检测、应急报警、塔机监控等，有助于消除传统施工管理中的盲区，帮助及时发现并消除隐患，保证施工安全。通过借助信息化管理平台， 对终端上传的海量数据进行整合处理，在此基础上进行项目决策、调整、改进，可以大幅提高项目管理人员信息获取和分析整合能力，降低劳动强度，提高项目管理效率和精细化水平。

2 智慧工地发展展望

智慧工地建设以创新推动项目管理的完善， 更好地实现项目目标，关键要把物联网、大数据等信息化技术与项目现场管理的实际需求有机结合， 既需要熟悉工程项目现场业务及管理特点的人员提出合理的产品需求， 又需要信息化人才将这些需求转化为产品，由多个专业、不同领域组成的综合团队进行智慧工地产品的开发。

智慧工地平台由单一模块向集成化方向发展， 利用大数据、 云计算等信息化技术实现工程项目各类管理数据的高度集成。 打造标准化的数据接口、友善的交互界面、流畅的操作体验，集劳务实名制、视频监控、人员定位等众多独立模块于一体的操作平台，并且实现移动端、电脑端同步查阅、操作。

智慧工地建设的目的是要解放劳动力， 提高工作效率和优化建设效果，便捷化是智慧工地的另一个发展方向。 随着智能手机、移动互联网的普及，极大地方便了项目现场管理工作，如基于位置的工作流订单、实时信息交换等，但目前的移动端大多存在覆盖的工作流程不全面、结构不合理、操作不顺畅、用户界面不友好、交互体验差等缺点，后续需要持续进行优化。

随着人工智能技术的快速发展， 智能化也是智慧工地发展的一个方向。 包括自动化的数据采集，较高层次的数据处理分析等，可以有效提高数据准确性和工作效率。

3 智慧工地应用

以下结合某项目智慧工地的应用案例浅析智慧工地部分模块的应用及使用中的注意事项等。

3.1 施工工地视频监控系统

项目进展情况、人员、财产安全等是建筑施工企业管理者关心的头等大事。 建筑工地分布广泛，现场作业环境复杂，尤其是石化行业，工地多分布在远离城市的偏远地区。 如何进行有效的工程监督，了解项目实时进展情况，保证人员、材料、设备等人员财产安全，提高现场各类事件的可追溯性，一套有效的视频监控系统对于管理者来说是非常有必要的。

项目建设过程中，现场多次发生材料、机具等失窃情况，均通过监控系统查阅视频找到了作案人员，起到了震慑作用，减少了项目现场偷盗情况发生。 同时为现场的安全事件、成品破坏事件等的追溯调查提供了依据。

视频监控摄像头的安装位置应选取制高点， 尽可能多地覆盖作业区域，对于压缩机等重点部位、重点设备应单独设置摄像头进行监控， 防止重要设备遭到破坏或重要部件出现丢失，给项目进程带来较大影响，同时应注意加强监控设备的日常维护。

3.2 塔机安全监控系统

塔式起重机是施工现场常见的起重机械之一，塔机事故常见原因包括设计不周、制造不良、材质较差等机器方面的原因和超载、斜吊、过卷扬等人为操作原因。 塔机安全监控系统是主要针对人为原因导致的塔机事故所采取的预防控制措施。

塔机安全监控系统融合了传感器技术、嵌入式技术、数据采集技术、数据融合处理、无线传感网络与远程数据通信技术等，高效率地实现了塔式起重机单机运行、群塔干涉作业防碰撞的实时监控与声光预警功能， 有效防范了塔机使用过程中各类事故的发生。 通过结合移动互联网和移动终端，可实现随时随地远程监控、远程报警和远程告知等功能。

3.3 劳务实名制系统

传统的劳务实名制存在管理人员工作量大、应用体验差、数据采集的准确性差、资源无法共享、无法远程监控、无法统计数据等缺陷，易出现管理漏洞。 劳务实名制管理系统将所有人员的基本信息、劳务合同、培训信息等整合管理。 项目部为每位劳务人员录入人脸信息和身份证信息， 采用人脸识别方式，用于劳务人员考勤、安全培训的签到、开闸入场作业及个人综合信息的身份识别等。

劳务实名制管理系统对闸机上传的考勤信息进行统计分析，项目管理人员可以直观、快速了解各单位、各工种、各班组人员的出勤情况，据此分析劳务用工效率、工种组合合理性、各工种人员数量等是否满足进度节点要求等， 为项目决策提供依据。 考勤记录还可作为分包单位发放工资或处理劳务工资纠纷的依据。

3.4 可视化调度平台

通过使用定位手机、装载定位软件，可以对施工现场主要管理人员进行工作时间内的定位监控。 该平台具有电子地图、人员定位、轨迹回放、电子围栏、拍照取证等功能，增强了对施工现场管理人员的管控作用。

1）电子地图。 通过对全厂经纬度进行勘测，将工程项目施工区域平面图导入地图中，使现场各施工区域清晰可见。

2）人员定位。 可以对持有定位终端人员发起快速定位，并显示在电子地图上， 便于高层管理者监督现场各岗位管理人员的履职情况并供调度使用。

3）轨迹回放。 可以随时调阅特定人员在某一段时间内的巡检轨迹，并在厂区地图上显示。 本功能可以用于督促、指导项目管理人员每日巡检到位，防止出现怠工或重要、高危作业面巡检不到位等情况。 随着信息化技术的快速发展，轻型化、小型化定位产品的出现，将定位应用到厂区内全体作业人员，并结合劳务实名制系统，可以帮助管理者清楚了解各作业面、各区域作业人员数量、 工种构成等信息， 为项目决策提供真实、实时依据。

4）电子围栏。 在电子地图上设定围栏区域、相关人员进出该区域时，便会触动报警并上传调度平台，调度平台出现入区出区报警，并生成入区、出区报警清单。 电子围栏的形状和颜色可根据管理需求自定义，不同的电子围栏区域可重合。 该功能可避免非本区域作业人员误入。 特别对于老厂区扩建、改造工程，可以在老装置区周边设置电子围栏，避免施工人员误入老装置区而产生较大风险。

5）电子隐患整改通知单。 巡检人员可拍摄现场隐患或问题照片，上传至调度平台，选择隐患或问题类别，注明隐患或问题内容，选择推送、抄送人员，自动形成隐患整改通知单，接收人可及时查阅隐患内容、图片、拍照人员、拍照位置、拍照时间，及时进行整改消除隐患，并在平台回复关闭。 平台也可对因隐患或问题内容进行分类归档。

3.5 VR安全培训系统

随着技术发展，通过将VR 和体感设备的结合，体验者可以感受到事故发生过程中的颠簸感、失重感、冲击感，给体验者以刻骨铭心的安全教育。 相比于实体式安全体验设施，突破场地大小限制，占地面积小，十几平方米即可安装VR 安全体验馆，一次购买，多次使用，减少建筑垃圾，安全管理人员可随时随地组织工人进行安全培训，符合绿色施工理念。 VR 体验可以再现很多难以实体建造的危险场景， 使得VR 安全培训更加真实完整、体验感更强。

3.6 无人机巡检系统

通过采用无人机对施工现场开展定期巡检， 航拍工程进展情况，尤其对于工程规模较大的项目现场，实地查看耗费时间长，通过无人机航拍巡检，使管理人员对各装置工程进展情况了如指掌。 尤其对于人员不容易到达的高处部位等，无人机巡检有助于及时发现现场安全隐患或施工存在的问题， 有助于及时消除隐患。

无人机航拍影像资料是项目建设过程的真实记录， 也是珍贵的档案资料， 无人机航拍能够全面直观的反应原始地貌和项目进展情况，为决策者提供参考。

3.7 二维码管理系统

1）工序二维码。 通过制定施工装置工序二维码，张贴于施工现场，可以方便快捷地对施工工序进行监管。 各级管理人员可在现场用手机扫描二维码，查看各工程实体施工方案、施工工序，对工程进度有直观了解。

2）人员信息二维码。 现场施工人员安全帽上都贴有个人信息二维码， 可在施工现场用手机扫描二维码对人员资质和基本信息进行了解，便于施工人员监管。

4 结语

通过智慧工地建设， 改善了公司总部和项目部对施工现场各项活动的管控能力，提高了项目精细化管理水平。 智慧工地平台将碎片化信息进行有机整合、处理分析，公司总部、项目部管理层可以通过智慧工地平台随时掌握项目现场施工进度、人员数量、安全、物料等情况，便于及时发现现场存在的问题，为决策提供实时、真实的依据，便于综合把控、调配各项生产资源，控制项目成本，减少资源浪费，提高项目管理效率。