涂文通

（福建省煙草公司三明市公司）

1 引言

我國的傳統(tǒng)建筑行業(yè)中一直存在著的生產(chǎn)效率低、資源消耗高、資源利用率低、能耗大、對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息工程技術(shù)在各個領(lǐng)域的延伸和應(yīng)用，同時為響應(yīng)國家“十三五”規(guī)劃的對于建筑業(yè)經(jīng)濟、綠色、美觀建筑等工程目標(biāo)，打造數(shù)字化工地建設(shè)已經(jīng)成為目前建筑施工領(lǐng)域的新目標(biāo)和要求。建立和完善數(shù)字工地是目前建筑行業(yè)重點研究課題。

2 數(shù)字工地的現(xiàn)狀

2.1 數(shù)字工地概念

“數(shù)字工地”是指數(shù)字化、虛擬的工地。數(shù)字工地通過信息技術(shù)手段將工地施工相關(guān)信息按一定邏輯進行重新組織，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對工地動態(tài)變化的信息監(jiān)控，從而實現(xiàn)輕松定位、查詢和分析工地信息。在建筑工程項目的施工現(xiàn)場為每一位從業(yè)的人員配置智能移動設(shè)備，在工程的施工過程中，施工管理人員可以利用移動設(shè)備中的各類施工相關(guān)的APP應(yīng)用，實時了解工程項目的進程，掌握施工現(xiàn)場的基本數(shù)據(jù)和工程資料，采集動態(tài)數(shù)據(jù)，在通過互聯(lián)網(wǎng)云端服務(wù)期將采集的信息在工程內(nèi)共享和傳播。通過這套數(shù)字工地系統(tǒng)，從現(xiàn)場施工人員到上級辦公管理人員都能夠了解和掌握施工場景、進度以及施工過程中出現(xiàn)的緊急情況[1]。

2.2 數(shù)字工地類型

現(xiàn)有數(shù)字工地系統(tǒng)類型主要可分為信息收集、質(zhì)量監(jiān)督、信息管理三大類。信息管理類主要是利用現(xiàn)代化技術(shù)手段收集施工現(xiàn)場的圖片、視頻以及文字等資料。比如，某市的通過在建筑工地裝置高清攝像頭將施工過程以實時直播的形式投射在監(jiān)管人員的顯示終端上，管理人員可以通過視頻信息有效管理施工現(xiàn)場。質(zhì)量監(jiān)督類是指政府相關(guān)的工程質(zhì)量監(jiān)管部門通過聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對轄區(qū)內(nèi)的建設(shè)工程進行遠程監(jiān)控。信息管理類是指政府相關(guān)管理機構(gòu)對施工過程中涉及的法律法規(guī)、相關(guān)政策以及突發(fā)情況進行宏觀管理的系統(tǒng)。

3 數(shù)字工地建設(shè)的技術(shù)核心及現(xiàn)狀

建筑信息模型技術(shù)（BIM）是能夠?qū)崿F(xiàn)建筑信息的集成的技術(shù)手段，從建筑的設(shè)計、施工、運行直至建筑全壽命周期的終結(jié)，各種信息匯總在信息數(shù)據(jù)庫中。設(shè)計團隊、施工單位、設(shè)施運營部門等各方人員可以基于BIM平臺進行協(xié)同工作，有效提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本、以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前我國建筑業(yè)中已有多種信息化技術(shù)在工程建設(shè)中應(yīng)用，如射頻識別（RFID）、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實（VR）等，但缺少BIM技術(shù)的利用。

4 基于BIM技術(shù)的數(shù)字工地管理和建設(shè)

4.1 數(shù)字化工地架構(gòu)及功能概述

數(shù)字化工地架構(gòu)一般包括數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字化管片管理系統(tǒng)以及數(shù)字化物資管理系統(tǒng)。其中監(jiān)控系統(tǒng)又包括門禁管理、視頻管理和人員定位等子系統(tǒng)。

1）數(shù)字化工地系統(tǒng)運行原理

數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)在傳統(tǒng)的門禁、攝像監(jiān)控系統(tǒng)中融入RFID射頻識別技術(shù)，形成數(shù)字化人員定位考勤系統(tǒng)的數(shù)字化工地管理平臺。利用RFID人員定位系統(tǒng)可以實時掌握施工人員動態(tài)和位置，了解施工項目的安全情況，同時為施工安全提供了追溯可能，有利于施工安全預(yù)警和危險控制[2]。

2）數(shù)字化工地系統(tǒng)運行過程

通過數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，在施工現(xiàn)場人員達到場地時，首先要進行原始數(shù)據(jù)的收集，對進場的人員進行基本數(shù)據(jù)記錄，包括姓名、戶籍、身份證號碼、聯(lián)系方式、保險情況、身體健康情況以及從業(yè)資格證等。在記錄和整理好人員基本信息后，對施工人員發(fā)放IC信息卡，并將記錄個人信息的芯片植入施工人員的安全頭盔上。

4.2 基于BIM的智慧工地管理體系組成

建筑施工現(xiàn)場的管理包括資源合理利用、結(jié)構(gòu)確定、進度控制和工序調(diào)整等各個方面的內(nèi)容。通過建設(shè)數(shù)字工地系統(tǒng)體系可以將工程項目的重點放在核心功能的建設(shè)上，有利于項目工程高效、精準(zhǔn)的推進。本文提出的BIM數(shù)字工地的體系架構(gòu)包括三個系統(tǒng)，分別是VR/AR精度施工子系統(tǒng)、Petri—Net動態(tài)施工子系統(tǒng)以及施工進度子系統(tǒng)。

1） VR/AR精度施工子系統(tǒng)

開放的VR/AR精度施工子系統(tǒng)具有模擬現(xiàn)場實景的功能，通過計算機模擬技術(shù)建立虛擬現(xiàn)場，進而實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的精準(zhǔn)管理。。VR/AR精度施工子系統(tǒng)可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)信息實時、高效、精準(zhǔn)的采集和反饋[3]。

2） Petri—Net動態(tài)施工子系統(tǒng)

Petri—Net動態(tài)施工子系統(tǒng)是在Petri數(shù)據(jù)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，借助數(shù)據(jù)豐富Petri數(shù)據(jù)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程動態(tài)管理。在主體工程中將某一工序過程設(shè)為Petri數(shù)據(jù)網(wǎng)中的有限位置集P，將變化率設(shè)置為變遷P，再根據(jù)具體情況將施工人數(shù)、施工時間等參數(shù)設(shè)定為變量。

3）施工進度子系統(tǒng)

施工進度子系統(tǒng)能夠利用BIM模型和建筑實體的數(shù)據(jù)信息修復(fù)不同環(huán)境條件下信息的隔離，實時管理工程進度，反映工程動態(tài)信息。該子系統(tǒng)的設(shè)計基于高細節(jié)層次的BIM模型，分為感知層、傳輸層、應(yīng)用層及控制層。感知層主要運用GIS技術(shù)，RFID射頻技術(shù)和GPS技術(shù)對施工現(xiàn)場進行信息采集。傳輸層主要利用智能終端，借助互聯(lián)網(wǎng)和云計算平臺，實現(xiàn)施工信息的傳遞、共享和存儲。應(yīng)用層以增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實為核心，搭建信息雙向流動通道?？刂茖右话慊诠ば蜻M程，操作人員在理解前三個層面的基礎(chǔ)上，針對數(shù)字工地上的安全風(fēng)險、進度推進進行綜合管理。

BIM通過立體化建模能夠精確計算施工項目的進程以及控制成本計算，在BIM平臺上通過整合相關(guān)資源信息可以合理安排工程資源?；贐IM平臺能夠?qū)崿F(xiàn)對施工現(xiàn)場環(huán)境智能化監(jiān)控，工程相關(guān)信息會全面地存儲在信息平臺中，從而實現(xiàn)對工地的實時監(jiān)控，有效杜絕安全事故的發(fā)生。

4.3 基于BIM技術(shù)的設(shè)計優(yōu)化模式

1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化

結(jié)構(gòu)優(yōu)化是保證建筑結(jié)構(gòu)安全性的必要條件。通過對建筑的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，可以使得建筑的受力結(jié)構(gòu)、材料選擇以及布局更加合理。目前主要采用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化法是以單一指標(biāo)為變量，經(jīng)過系統(tǒng)分析后得出不同結(jié)構(gòu)下的其他值的變量，通過比較找到最優(yōu)優(yōu)化方案。

2）能耗優(yōu)化

隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的推進，建筑能耗控制具有重要意義。應(yīng)在建筑建設(shè)階段通過選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)，確定合適的能耗材料來提高建筑資源利用率。能耗優(yōu)化設(shè)計可以縮減建筑工程項目的成本，實現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.4 BIM技術(shù)在智慧工地建設(shè)中的應(yīng)用障礙及對策

在數(shù)字工地的建設(shè)過程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用是需要首要考慮的問題。BIM技術(shù)是數(shù)字工地建設(shè)的核心，是數(shù)字工地建設(shè)的必要前提。想要將BIM技術(shù)的最大化發(fā)揮出來就需要結(jié)合其他工程領(lǐng)域新技術(shù)。但從目前施工項目情況分析來看，BIM技術(shù)的應(yīng)用尚不成熟。

從技術(shù)角度分析，數(shù)字工地建設(shè)不但需要BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，更需要與其他現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)融合，因而需要加快BIM技術(shù)的二次開發(fā)和研究，重點培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人才。從宏觀管理角度考慮，工程項目的施工現(xiàn)場BIM技術(shù)開展情況不盡相同，部分主體對于BIM技術(shù)的重視程度不高。各方主體又是數(shù)字工地整體建設(shè)過程中不能夠缺少的環(huán)節(jié)，因而需要加快制定和完善相關(guān)制度和政策，提高BIM技術(shù)的宣傳力度，對各部分主體加以規(guī)范和鼓勵，推動BIM技術(shù)的順利開展。

5 結(jié)語

結(jié)合了先進技術(shù)的BIM理念技術(shù)以問題為導(dǎo)向，將傳統(tǒng)建筑施工中的遇到問題、解決問題轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的主動發(fā)現(xiàn)/預(yù)防問題、解決問題，為數(shù)字工地建設(shè)提供了強大動力。在數(shù)字工地平臺的支持下，施工項目的相關(guān)管理人員和一線工作人員可以輕松實現(xiàn)同時對不同工地、多個現(xiàn)場的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，在一定程度上也直接推動了工業(yè)建筑施工技術(shù)的發(fā)展，推動了建筑行業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)前行。