張建偉

(中核龍安有限公司，浙江 臺州 318000)

“十三五”期間具有自主知識產(chǎn)權(quán)的BIM軟件在工程上推廣使用及智能化綜合管理全過程的集成應用，逐步改變了傳統(tǒng)項目監(jiān)管的手段，使施工現(xiàn)場進度、質(zhì)量、投資(成本)控制更高效；合同、職業(yè)安全與環(huán)境、信息管理更規(guī)范[1]。通過人、機網(wǎng)絡協(xié)同，對物聯(lián)網(wǎng)采集到的信息進行數(shù)據(jù)分析，提供過程趨勢預測和專家預案，實現(xiàn)工程施工可視化、智能化管理，為建設(shè)工程項目帶來更精準的科技化管理手段，實現(xiàn)了建設(shè)工程項目的增值[2]。

1 施工現(xiàn)場智能網(wǎng)絡應用的需求

1.1 項目動態(tài)發(fā)展的需求

隨著社會經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，各行業(yè)對工程項目的需求逐漸改變，大型、超大型施工項目逐漸成為主流，包括大型核設(shè)施廠房、重型水利構(gòu)筑物、大跨度橋梁、大型鐵路工程等項目的數(shù)量日趨增多[3]。諸如此類的大型項目具有施工現(xiàn)場作業(yè)面大、現(xiàn)場環(huán)境復雜、施工質(zhì)量要求高等特點，由此導致日常施工安全質(zhì)量管理、現(xiàn)場監(jiān)控難度較大，工程建設(shè)指揮部門對施工現(xiàn)場的施工安全情況、施工人員的操作規(guī)程、工程施工進度的監(jiān)管缺乏有效、直觀、合理的手段。傳統(tǒng)的“人管人”方法難以實現(xiàn)高效管理，施工現(xiàn)場重要物資、材料的監(jiān)控看管往往力不從心，人員配備壓力較大，且管理效果不佳[4]。

1.2 國家政策的導向

目前日本、美國、英國等國家建筑行業(yè)發(fā)展較為發(fā)達，其管理體系也較為成熟，BIM、信息管理等建筑行業(yè)新技術(shù)應用比較超前，質(zhì)量、安全、成本、工期管理、監(jiān)督措施落實到位，項目精細化施工程度較高。為了整體提高國內(nèi)建筑行業(yè)的管理水平，近年來國家大力支持建筑施工企業(yè)轉(zhuǎn)型，積極推廣應用BIM、信息化管理等新技術(shù)來優(yōu)化施工管理水平[4]。廣東等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)發(fā)布的“廣州市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會關(guān)于印發(fā)進一步提升建設(shè)工程施工精細化管理工作方案的通知”中鼓勵四新技術(shù)應用，要求施工單位向現(xiàn)代化企業(yè)過渡，加快實現(xiàn)規(guī)范化、科學化、品質(zhì)化、精細化轉(zhuǎn)變。

1.3 社會科技發(fā)展的必然趨勢

現(xiàn)階段，隨著智能建筑電氣安裝技術(shù)、無人駕駛智能攤鋪機、高層智能建筑物防雷施工技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的施工安全智能監(jiān)管系統(tǒng)等新型智能施工工藝措施、智能施工機械、智能施工監(jiān)管設(shè)備等方面的技術(shù)日益成熟，都標志著工程施工管理應向現(xiàn)代化發(fā)展，5 G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新基建領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展更是為施工現(xiàn)場信息化管理提供了可能。

2 施工現(xiàn)場智能化網(wǎng)絡構(gòu)建與應用

2.1 應用實例

2008年三一重工股份有限公司開發(fā)了“工程機械產(chǎn)品加工數(shù)字化車間系統(tǒng)的研制與應用示范項目”，并在2012年投入使用，成為亞洲最大的智能化制造車間。其采用的數(shù)字仿真和三維作業(yè)指導視頻為現(xiàn)場提供了技術(shù)支持并提升了員工的作業(yè)技術(shù)水平，通過自動化、標準化和智能化應用將傳統(tǒng)的離散制造型轉(zhuǎn)為了混流裝配型，降低了人工成本，提升了設(shè)備生產(chǎn)制造能力。通過智能化系統(tǒng)及設(shè)備的運用，在不增加設(shè)備投入的情況下，其總裝車間同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺以上，同比產(chǎn)值新增60億元以上，很好的應對了工程機械企業(yè)多品種、高效率、高質(zhì)量、低成本方面的壓力與挑戰(zhàn)[5]。

蘇錫常南部高速主體工程采用水泥土攪拌樁進行軟基處理，由于地質(zhì)勘查覆蓋范圍有限，無法精確地判斷施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況，地質(zhì)條件發(fā)生變化時，在施工過程中監(jiān)控主要采用水泥噴漿記錄儀和測量控制技術(shù)，不能及時監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)和實時調(diào)整施工工藝參數(shù)，造成樁的質(zhì)量缺陷，導致施工成本增加。而采用智能監(jiān)控系統(tǒng)并運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過施工設(shè)備上多種感應器件對施工過程數(shù)據(jù)進行實時采集和數(shù)據(jù)遠程傳輸，可實現(xiàn)對施工過程的遠程、實時、多終端監(jiān)控管理，將分散管理的集中化，節(jié)約了人工成本和設(shè)備維護成本，使經(jīng)濟效益非常明顯提升[6]。

太原南站的改造工程是一項涉及多專業(yè)、工序復雜、質(zhì)量要求高的國家重點項目。為保證工程的順利開展，引入了BIM、RFID技術(shù)等智能技術(shù)。通過BIM技術(shù)快捷、及時和精準的特點和RFID非接觸的自動識別技術(shù)，實時獲得各種數(shù)據(jù)資料，在施工階段運用智能網(wǎng)絡管理和預加載的預警策略，使項目管理人員通過網(wǎng)絡遠程操控現(xiàn)場，實現(xiàn)了工程項目的智能化管理，及時發(fā)現(xiàn)問題減少返工，表現(xiàn)出了定量的實施效果[7]。

由中建集團承建的深圳國際會展中心，圍繞人、機、料、法、環(huán)等關(guān)鍵要素，結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、BIM等技術(shù)以及智能化采集設(shè)備，建設(shè)智慧工地平臺。集成各參建單位的日常管理數(shù)據(jù)，建設(shè)安全質(zhì)量管理模塊、進度管理模塊、BIM5D管理模塊、物料驗收模塊等11個模塊，通過整合終端應用集成現(xiàn)有系統(tǒng)，實現(xiàn)對各項目部管理范圍內(nèi)的生產(chǎn)、質(zhì)量、安全、經(jīng)營等目標執(zhí)行監(jiān)控，減輕現(xiàn)場工作量、幫助管理決策并進行智慧化建設(shè)[8]。

2.2 智能化典型應用方向

2.2.1 人員管理

針對施工現(xiàn)場施工分包單位多，人員復雜等特點，在施工現(xiàn)場通過勞務實名管理系統(tǒng)(見圖1)，對勞務工人開展實名制登記。主要在現(xiàn)場出入口等位置布置閘機、攝像頭，并利用智能安全帽與大門閘機聯(lián)動來自動識別人員出入并記錄考勤情況；實時統(tǒng)計務工人員的年齡、地域、工種、分包單位等具體信息，與實名制系統(tǒng)連用則自動辨別未進行安全教育、黑名單等不良人員，防范用工風險，并進行合同、培訓、工資的發(fā)放監(jiān)管。

圖1 勞務實名制系統(tǒng)Fig.1 Real name system of labor service

此外，在施工現(xiàn)場，通過現(xiàn)場布置的定位設(shè)備、智能安全帽，對人員在現(xiàn)場的軌跡信息、位置信息進行實時了解，保證現(xiàn)場人員與危險區(qū)域的實時提醒。項目管理者可以通過更準確地判斷勞務工人性質(zhì)、作業(yè)安全性、勞務分派合理性等問題，保障正規(guī)勞務工人的利益，確保工程順利進行。

2.2.2 機械設(shè)備管理

施工現(xiàn)場存在著大量的機械設(shè)備，如塔吊、升降機、卸料平臺等，基于這些設(shè)備的監(jiān)控主要是通過相對應的傳感器來實時采集機械的運行數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡來將數(shù)據(jù)上傳云端平臺，平臺再進行遠程的監(jiān)控與管理[9]，見圖2。

圖2 塔吊管理系統(tǒng)Fig.2 Tower crane management system

利用塔吊防碰撞、吊鉤可視化等應用，一方面通過視頻識別司機身份避免非專業(yè)人員操作塔吊；另一方面通過重量、幅度等傳感器，避免超載超限等不安全行為并實時預警；可通過平臺配置不可操作的區(qū)域，進行超限區(qū)域的限速限行，來保障群塔作業(yè)的安全防護。

2.2.3 物料管理

施工現(xiàn)場存在大量的鋼筋、水泥、砂漿等施工原料，如何準確把控物資數(shù)量來進行生產(chǎn)調(diào)配一直是企業(yè)的一個管理痛點?，F(xiàn)階段隨著技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有一些諸如智能地磅(見圖3)、AI點數(shù)等智能化的應用來幫助企業(yè)進行物資驗收、出入庫管理，并利用芯片技術(shù)來對材料進行實時的定位，通過攝像頭對材料堆場進行可視化管理。

總之，利用軟硬件結(jié)合，通過互聯(lián)網(wǎng)手段，對大宗物資的進出場稱重進行全方位的管控。從而排除人為因素，堵塞管理漏洞，提供多樣而及時準確的數(shù)據(jù)分析來支持管理決策，從而達到節(jié)約成本提升效益的目的。

圖3 智能地磅Fig.3 Intelligent weighbridge

2.2.4 施工技術(shù)管理

施工圖紙的設(shè)計與更改影響整個項目建設(shè)的過程，前期利用BIM建?？蓪ΧS的技術(shù)圖紙來進行三維的設(shè)計(見圖4)，并可以建模來檢查施工場地布置的合理性，從而優(yōu)化場地布置。

現(xiàn)在比較常見的則是利用BIM技術(shù)對土建、安裝、鋼結(jié)構(gòu)等各個專業(yè)領(lǐng)域進行設(shè)計模擬，并可以根據(jù)現(xiàn)場施工需求動態(tài)模擬場內(nèi)機械設(shè)備的布置及其運行狀態(tài)，對一些重要的工序進行動畫三維模擬以及通過VR來進行技術(shù)體驗與方案交底，從而對施工方案進行優(yōu)化與改善，減少在施工過程中存在的錯誤可能性[10]。

圖4 BIM建模Fig.4 BIM modeling

2.2.5 環(huán)境管理

在施工現(xiàn)場、無人機或巡檢機器人上安裝PM2.5、揚塵、噪音等環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，來實時監(jiān)測工地的各種環(huán)境狀況。然后將數(shù)據(jù)實時傳輸至智慧云平臺，云平臺通過分析各個區(qū)域的環(huán)境狀況來進行預警，進而聯(lián)動控制現(xiàn)場設(shè)備來對高污染的區(qū)域進行自動處理，以此來滿足“綠色施工”的需求。

2.2.6 安全質(zhì)量管理

現(xiàn)階段比較常見安全質(zhì)量巡檢系統(tǒng)，主要是以危險源的辨識與監(jiān)控、安全隱患的排查與治理、危大工程的識別與管控為主要業(yè)務。典型的應用就是系統(tǒng)根據(jù)施工進度自動制定巡檢計劃，巡檢人員發(fā)現(xiàn)安全質(zhì)量問題，通過移動端APP拍照上傳到系統(tǒng)，系統(tǒng)自動下發(fā)給責任區(qū)域內(nèi)問題相關(guān)的安全員、質(zhì)量員、工長等相應負責人，整改人整改完成后上傳相應的整改照片記錄，管理員隨時隨地線上審查批示，直到問題整改通過審核，一個隱患問題才可以算正式清除。

整個流程支持全員參與安全管理，對施工過程中的人、物、環(huán)境的行為與狀態(tài)進行具體的管理與控制，通過“事前預防”“事中管控”的方式杜絕事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

通過上述應用對比分析，當前建筑工程領(lǐng)域確實需要大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、BIM、5 G等新技術(shù)的應用來實現(xiàn)工程管理的變革?，F(xiàn)階段基于施工智能化的發(fā)展仍處于探索階段，施工過程的管控也只存在于施工現(xiàn)場一個個的“點”上，隨著5 G、BIM、AI等新技術(shù)日益成熟并滿足工程建設(shè)的需要，智能化施工將是未來一個大的趨勢。

未來，隨著施工現(xiàn)場智能化設(shè)備的應用將能實現(xiàn)工程現(xiàn)場的規(guī)范化、科學化、品質(zhì)化、精細化管理，大型工程項目在智能化應用方面也將更加完善。促使施工現(xiàn)場的管理由“點—線—面”進行轉(zhuǎn)變，從而讓施工現(xiàn)場能夠更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更深入的智能化，大大提升現(xiàn)場作業(yè)人員的工作效率，有效實現(xiàn)目標執(zhí)行與風險管控，達到現(xiàn)場管理智能化、信息化、智慧化，從而提高項目及公司的效益。