核电工程智慧工地政策分析及推进策略

杨云斐 刘晓东 吴文同 李军 陈子明 中核浙能能源有限公司

习近平总书记在中国共产党第十九次全国代表大会报告中提出：“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，建设数字中国、智慧社会。”核电行业立即响应党中央号召，积极推动以互联网思维促进核电工程建设的信息技术升级，打造智慧工地管理集成管理平台，实现了从传统型工程管理模式向智慧工地管理模式的转变。当前，核电工程信息化正逐渐由传统的管理信息系统向数字化、智能化协同应用趋势发展。国内多家核电集团及企业在智慧核电、智能工程等领域都做出了积极探索。国家能源局、生态环境部也发布了《关于加强核电工程建设质量管理的通知》，明确要求“发挥现代信息化技术在核电建设管理中的作用，建立现场人员识别和定位系统，提高工程管理信息化水平”。核电智慧工程建设也由此拉开序幕。

一、核电工程建设智慧工地的必要性

核电工程建设是一项涉及多专业、多阶段、多参与方的复杂系统工程，对工程质量和安全管理有极高要求。传统的核电工程建设管理模式存在沟通协同效率低、安全监管成本高、施工人力投入大、工程质量保障难等诸多问题，难以满足核电行业高质量发展的需要。为此，利用物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术，构建智慧工程管理系统，实现核电工程建设过程的数字化、智能化、可视化，是核电行业数字化转型的重要方向和创新突破点。核电工程智慧工程管理模式可以提高核电工程建设的安全性、质量和效率，降低成本和风险，增强核电行业的竞争力和影响力，可以促进管理规范化、业务标准化、成本科学化、信息自动化，并且使工程现场的人、事、物等各类信息实现透彻感知、深度互联，从而协同利用各类资源，实现降本增效。

二、核电工程智慧工地建设的内涵

在技术层面，智慧工地能够集成建筑信息模型、射频识别、虚拟现实、增强现实、传感器网络、可穿戴智能设备等，实现信息技术与建造技术充分融合；在管理层面，智慧工地能够对工程建设各利益相关方进行有效协同，提取有价值的数据，支撑管理决策，是一种全新的数据导向型建设项目管理模式[1]。核电工程智慧工地是建筑信息模型、物联网、云计算、人工智能等技术的综合应用，实现了施工现场感知功能、数据互联互通、工程建设全过程的智能化管理。核电工程智慧工地管理系统可以根据施工现场的实际情况智能响应，打通业主方、总包方、监理方、制造方以及所有参建单位的信息平台，形成互联协同、智能建造、科学管理的新模式，实现设计、设备、工程等相关人员、安全、质量、环保、计划的目标管理，对工程建设全要素系统管理便于提高效率、减少人工、智能控制、辅助决策、高效管控。

三、智慧工地建设相关政策分析

2020 年7 月3 日，住房城乡建设部等十三部委发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，各级政府积极推进智慧工地的政策落地，明确提出“以数字化、智能化升级为动力，形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系，提升工程质量安全、效益和品质，有效拉动内需，培育国民经济新的增长点，实现建筑业转型升级和持续健康发展”。2020 年8 月28 日，住建部、教育部、科技部、工信部等九部委联合发布《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，明确“建筑工业以信息化带动的工业化”。2020 年12 月25 日，国家能源局和生态环境部联合发布《关于加强核电工程建设质量管理的通知》，进一步明确要充分发挥现代信息化技术在核电建设管理中的作用，明确“统筹配备必要的硬件设施设备，对进入工程现场的人员，采用人脸、虹膜等生物识别技术进行电子打卡，采用移动定位、电子围栏等技术对作业人员进行提醒和监督”。2023 年2 月6 日，中共中央、国务院发布《质量强国建设纲要》，明确要求“智能建造将物联网、大数据等新一代信息技术与工业化建造技术深度融合，实现工程建设高效益、低消耗、高质量、低排放”。中国核电工程建设积极响应，率先开展智慧工地建设和部分功能模块应用。核电工程智慧工地的功能模块目前主要包括人员管理、设备管理、安全管理、环境管理等17 个对象[2]。

四、智慧工地功能模块的重要性评价

智慧工地政策要求和相关利益主体对智慧工地效益的需求并不完全一致，所选择的智慧工地功能模块也有差异，需要根据企业自身实际需求对功能模块的重要性进行评价分析。相关研究表明，常见52 项功能可以采用功能指数法进行功能评价。相关研究结论是塔吊监控、升降机监控、基坑监测、高支模监测、安全质量巡检为智慧工地功能模块最为重要的前五名[3]，也就是说，与传统的工地信息化对人员门禁、车辆管理、周界安全、视频监控、人员定位不同，对其重要性的评价是对智慧工地投资和收益的合理性的判断依据之一。

五、智慧工地在不同阶段的主要特征与功能需求

据不完全统计，2021 年某集团在建核电厂对比智慧工地管理要求（27 项）、技术要求（71 项）、实施指南（28 项）三份智慧工地建设标准，均有不同程度差异项。经过初步调研发现，目前智慧工地建设大多处于初级阶段，个别处于初级向中级过渡阶段。智慧工地在不同阶段的需求不同，需要提前策划总体方案、功能模块设计文件，主要包括动火管理、智能巡飞、智能用水、智能用电、危大工程、智能广播、塔吊管理、深基坑监测、混泥土监测等功能模块。在项目核准到总包合同签订期间，以网络建设、供电系统建设、专线布置、电缆电线为主；在土建阶段，以智能巡飞、安全质量、环保管理为主；在安装阶段，以永临结合为主设计数字广播与通信、工业电视与实体保卫视频监控、无线和有线网络的与智慧工地重叠部分；在系统功能调试到正式运行阶段，以工业视频监控系统和数字广播系统等为主。应根据工程进度各阶段在里程碑设计相应推进计划，结合工程进度的特点和现场人力分布情况逐步实现智慧工地总体目标。

六、核电工程智慧工地建设的主要挑战

（一）核电智慧工地基础理论研究相对滞后

通过大量调研发现，目前国内智慧工程建设大多仍处于初级阶段，其智慧程度不高，仍需要大量人工操作，无法实现数据透彻感知、自动预警，也不能使各参建方安全质量环保进度的信息深度互联，更不是智能建造模式下的智慧生态系统。而且当前针对“智慧工程”的研究未能充分考虑核电工程的行业特殊性，与之相关的概念定义、理论方法、评估策略、技术路线、建设策略等理论与实践问题都尚未完全解决。核电工程智能建造模式的策略、方法和路径尚不清晰，缺乏有效的经济、社会、创新效益与投资收益评价机制。

（二）总承包单位智慧工地建设动力不足

在总承包模式下，业主单位对工程项目主要进行原则性、整体性、目标性的协调与控制，更加关注影响项目的重大问题，对具体实施工作介入较少。受限于各企业、项目规模、成本等因素，智慧工地的功能应用无法全面实施，总承包单位必然面临功能选择和组合优化的问题，从而带来智慧工地建设动力不足的问题。

（三）智慧工程管理平台集成程度相对较低

核电工程的安防监控、人员管理、动火管理、智能巡飞、危大工程、塔机塔吊等智慧工地平台的功能模块缺少与工程管理平台的数据共享，互联互通[4]。比如部分工程建设现场的塔吊安全系统智能化水平不高，塔吊可视化系统和防碰撞系统没有与操作人员、指挥人员联动协同，较少集成传感器网络、生物识别、人工智能等新技术，监控预警技术装备未能对起重作业人员违章行为、起重设备运行异常、作业环境风险起到全过程监督预警和技术屏障作用。

（四） 智慧工地“永临结合”缺乏系统性思维

“永临结合”是按照永久标准进行施工，减少临时设施的资源浪费，降低了临时设施拆除过程对工程建设进度和安全的影响，起到节能、节材、环保等作用，避免重复建设[5]。目前，核电工程鲜有“永临结合”的正式案例，智慧工程的研究尚未从工程建设到电厂运行至退役的全生命周期角度来提炼建设理论与方法。由于缺乏来自顶层的智慧工程的理论研究和底层相关方利益不同步的现状，导致当前国内核电工程智慧工程较少与工程管理平台、业主管理平台、建安施工单位管理平台、监理信息管理平台数据全面贯通。而数据未能在工程全生命周期中实现全面贯通，就难以开展跨时间、跨空间的核电工程全生命周期的大数据分析，也就难以对“永临结合”提出科学准确的指导。

（五）智慧工地的智能化智慧化程度不够高

当前的核电智慧工地主要对工程建设全过程“人、机、料、法、环”进行信息化、数字化、智能化管理。但个别核电的智慧工地仍采用人工方式，如视频监控的风险识别、隐患查找，建安承包商的施工工艺、建筑垃圾管理、危险废物管理，工程管理平台与智慧工地管理平台未深度融合。建筑信息模型、射频识别、虚拟现实、增强现实、传感器网络、可穿戴智能设备、工业机器人等新技术与核电工程建造不同阶段需求并没有充分结合，技术应用效果不理想。未能真正构建出以透彻感知、深度互联、自主学习、智能应用、全局协同、永临结合为特点的核电智慧工程形态。

七、核电智慧工地推进策略

（一）深入研究核电智慧工地基础理论

结合核安全文化、防人因失误理念、核电工程业务需求和新型信息技术，采取揭榜挂帅的方式，联合科研院所深入开展智慧工地的基础理论研究，将个人屏障、实体屏障、组织屏障、管理屏障等4 个重要应用场景作为核电工程智慧工地的功能模块。加大人工智能和工业机器人技术应用与施工组织管理协同模型，深入应用数字孪生技术，将核电工程建设的物理场景与虚拟场景深度融合，进一步开发智能建造的策略、方法和路径。

（二）推进核电工程智慧工地建设各利益主体动力协同

业主牵头，由工程总包单位认真组织设计、设备、施工及监理单位贯彻落实各项政策及上级单位的指示精神、建设标准。在政策的引导下，总包单位要充分利用高科技信息技术革新传统管理模式，节约人工成本，提升核心竞争力，形成可复制、标准化的智慧工地设计方案。智慧工地建设应纳入工程建设范围和项目概算，按照“标准化、集约化、一体化、契约化”要求，统筹业主单位、总包单位、各参建单位全生命周期的业务需求，由工程总包单位牵头开展工程设计、集约化采购和推进实施。最后，从效益驱动、创新驱动、环境驱动三个方面推进智慧工地的动力协同。

（三）促进多专业多功能的管理平台技术融合

综合业主单位、总包单位、监理单位、建安单位的管理与技术业务需求，同时充分激发工程建设各方专业知识和管理能力，包括人员、资金、机械、材料、环境等实体要素在施工工艺、方法、流程和管理机制等因素联动下的技术融合，最终形成人员、安全、质量、成本、进度、环境、合同、技术、信息、资源、风险和文化等功能模块集成的智慧工地管理平台，各单位各子平台的信息互联互通，以实现工程管理多目标、多要素管理。

（四）将“永临结合”纳入工程总体设计

通过试点、优化、固化、规模化实践经验，推进“永临结合”技术标准的建立。如5G 专网的设计与实施，智慧工地及智慧电厂皆可借鉴。鉴于工业视频监控系统和正式系统的视频监控实体保卫系统、智慧工地的通信广播系统与运行电厂通信广播系统等功能均相同，可考虑“永临结合”的设计，将智慧工地与运行电厂功能相同的系统和设备设施进行正式设计，提前使用，降低工程造价。

（五）深入推进人工智能、工业机器人在智慧工地的应用

工程总承包单位应加大人工智能、工业机器人、施工自动化技术的研发和应用。比如，场外自动化预制系统以自动化方式生产混凝土构件、钢桁架、墙板、地板及楼梯等预制构件；推广型材搬运机器人、砌墙机器人、钢筋焊接机器人、组模与脱模机器人等应用范围[6]；在智慧工地管理平台中增强人机交互功能，建立良好的人机界面以及人机交互作用机制，使人与机器人系统协同地完成更复杂、更高风险的施工任务；通过人工智能、工业机器人技术开展建筑垃圾、危险废物排放在线监管和过程监控；通过融合物联网、大数据等多项信息技术构建建筑垃圾、危险废物的在线监管平台，准确收集信息数据并评估绩效。

八、结语

当前核电工程智慧工地处于信息化、数字化向智能化转变的关键时期，应扩大功能模块，积极推进“永临结合”，进一步开发人工智能算法对工程建设信息进行预测和评估，将智能化管理和工业机器人应用渗透到核电工程建设全产业链中，如此才能实现智能化技术和智慧化管理的深度融合。本文缺乏实践案例验证，在智慧工地理论深度上存在一定的不足，比如智慧工地的经济效益、社会效益、创新效益的评价依据和标准的不足，对各利益相关主体对智慧工地建设动力的影响因子分析不足。笔者期望把核安全文化理念、人因失误理论与智慧工地功能模块深度融合，在智能化自动管理和智慧化辅助决策方面有更深入的发展。