企業資訊
NEWS CENTER
淺談智慧工地應用發展與未來展望
發布時間：
2022-10-25 16:59
來源：
一項目部
淺談智慧工地應用發展與未來展望
論文作者：張浩
演講者：張浩
【摘要】在加快數字化發展，推進數字化場景應用，以數字化轉型整體驅動生產方式變革是“十四五”時期黨中央重要決策部署。智慧工地，是數字化在建筑業的場景應用，是基于信息技術，圍繞建筑工程項目全生命周期，建立支撐現場管理、互聯協同、智能決策、知識共享的一整套項目管理的數字化系統。隨著智能技術發展，特別是互聯網、物聯網、數字技術的加速應用，推進智慧工地建設已經成為加快建造方式轉型升級的突破口和著力點，成為助力建筑業高質量發展的重要路徑。
【關鍵詞】智慧工地；發展；施工現場
隨著傳統建筑業轉型升級和人口紅利的消失，智慧工地的建設已成為必然趨勢。2020 年 7 月，住房和城鄉建設部等十三部門聯合發布《關于推動智能建造與建筑工業化協同的指導意見》，指出：需大力推進先進制造設備、智能設備及智慧工地相關裝備的研發、制造和推廣應用。2021年5月，住房和城鄉建設部辦公廳印發《關于開展施工現場技能工人配備標準制定工作的通知》要求：不斷完善本地區建筑工人實名制及智慧工地等管理系統，增加配備標準達標考核功能。2022年3月，住房和城鄉建設部印發《關于開展房屋市政工程安全生產治理行動的通知》要求：鼓勵利用先進信息技術推動智慧工地建設，提高施工現場安全生產智能化管理水平。
智慧工地的本質是要素的數字化，圍繞施工現場項目管理的“人、機、料、法、環”五大核心要素，將BIM技術、云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能AI等新型信息化技術，與傳統施工項目管理深度融合，把智能感知、施工監測與過程管理等匯聚到一個平臺上，開展安全、質量、生產、技術、環境等多方面應用，對項目進行數字化、信息化、智能化、標準化、精細化管理。智慧工地給傳統的建筑工地裝上“智慧大腦”，輔助進行項目決策、監督與管理。
一、智慧工地的定義
 |
首先，需要明確智慧工地的研究對象，那就是工地，智慧是工地的定語，是一種技術手段和狀態。其次，我們分析工地的組成，如圖 1 所示。
圖1 工地組成分析
從物理空間和實際的建造過程來看，工地由人、機械設備、材料物資、施工場地這些要素組成。智慧工地的技術手段是對工地要素的智慧化和數字化。所以，我們認為：智慧工地是采用數字化技術，對建設工程項目的工地人員、材料物資、機械設備、場地環境和施工過程實施智能化管理的工地。
二、智慧工地總體架構分析
智慧工地建設縱向涉及企業本部與施工現場項目部的數據貫通，橫向涉及施工現場各應用子系統的數據融合。因此，在開展智慧工地管理平臺建設前，需要圍繞項目施工現場的監管要求，設計并形成平臺的系統架構，在此基礎上開發平臺各子系統。各子系統既能協同運作，也能獨立運行；既能保證系統的整體性，也可分階段循序推進。
智慧工地管理平臺的系統架構包括六個層級，分別為感知層、傳輸層、數據層、支撐層、應用層和用戶層，如圖2所示。
 |
圖2智慧工地總體架構
感知層由物聯網感知終端構成，通過監控攝像機、各類傳感器、無線射頻識別（RFID）、視頻與圖像識別、位置定位、激光掃描等智能傳感設備對作業人員、施工機械、危險源、周邊環境的實時狀態及施工過程中的關鍵環節、關鍵工藝、關鍵工序、關鍵部位進行智能感知和數據采集。
傳輸層是平臺的神經中樞和大腦，通過4G/5G移動通信網、有線網絡、無線網絡將現場的智能傳感設備融合成物聯網，實現前端感知信息的實時可靠傳送。考慮到施工現場監控環境的特殊性，布線困難，建議盡量采用靈活性高、擴展性強、維護簡單的無線傳輸方案。
數據層應建立專門的共享數據庫，用于各子系統傳感數據的統一存儲、與外部BIM、GIS等三維信息模型的接口對接、主數據的集中管控，同時提供與應用層的數據交換。
支撐層主要提供應用所需的各種服務和共享資源，包括統一身份認證、下一代防火墻、VPN網關等網絡安全防護軟硬件、多項目一張圖管理的WebGIS服務，以及搜索引擎、報表服務等。
應用層分為七大板塊，分別為項目信息、人員管理、特種設備管理、安質管理、環境管理、物料管理、特色應用等。
用戶層面向項目部、企業本部和政府部門三類用戶提供多功能的智慧工地平臺服務，包括滿足不同功能及數據差異化展現的項目級平臺、企業級平臺的大屏/桌面端/移動端應用服務，以及按政府部門要求將項目級平臺相關子系統數據接入政府監管平臺。
在上述六層結構之外還應研究建立完善的標準規范體系、信息安全體系、運行維護體系，保障信息有序匯集、存儲、應用和共享，強化平臺管理、使用的規范性和安全性。
三、智慧工地應用發展現狀分析
當前，我國建筑行業在智慧工地方面的探索與研究發展還處于初級階段，但隨著粗放式項目管理不能滿足企業發展需求、施工安全管理壓力大等問題越發突出，國家層面陸續頒布了相應政策文件，也提出了“推動新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步發展”的發展戰略，地方各級政府管理部門也出臺了相應的管理辦法與指導意見，共同促進智慧工地信息化的發展和建設工程管理規范化、智慧化的新局面。
自2021年9月啟動以來，重慶已建成智慧工地600余個。根據《重慶市房屋建筑和市政基礎設施工程智慧工地管理規定（試行）》，智慧工地需要對及基礎設施、人員管理、設備管理、環境監測、安全管理、質量管理、建造過程數字化應用七個類別進行全方位的評價認定，目前智慧工地分為一星級、二星級、三星級三個等級，其中三星級為最高等級。目前，重慶已有3個項目獲評三星級智慧工地。其中首個掛牌三星級智慧工地的項目為重慶江北國際機場T3B航站樓及第四跑道工程T3B航站樓施工總承包工程，該工程通過可視化的智慧展廳繼承數據平臺，項目可實現全景監控、全過程、全方位的智慧管理。
以塔吊施工為例設立了塔吊防碰撞檢測平臺，可以看到現場塔吊的實時數據，包括塔吊懸臂所處的角度等，并與現場塔吊限位器聯動，當現場塔吊的旋轉角度，或是塔吊懸臂、吊鉤之間存在碰撞的可能。
 |
圖3整平機器人投入到施工中
在現場施工方面，圖3該機器人采用高精度的激光標高控制系統，集成了測量、刮平及收面三個功能，施工功效達每小時150平方米以上，且整平精度高，能夠實現樓地面一次成型，施工效率、精度高于人工。
安全管控方面，可對實時抓拍、健康篩選、安全教育、違章記錄、人員軌跡、用工統計等多維度數據進行融合。“利用智慧工地管理平臺，我們還可以實現工人工資專戶及工資發放信息儲存、查詢、公示等信息化功能，保障了工人工資的按時足額發放”。
上海作為我國的經濟、金融、貿易、航運、科技創新中心，是全國改革開放排頭兵、創新發展先行者。全國經濟實力最強、投資拉動最顯著的超大型城市之一，每年重大工程投資額在 1700億元左右。2020年，全市房地產開發投資穩步增長，完成投資4698.75 億元，雖然受疫情影響，但仍然比上年增長11％ ，房地產支撐城市建設的作用比較突出。 近兩年，上海城市發展積極規劃布局，臨港新片區、長三角一體化示范區、五大新城及虹橋商務區等重要地區的開發建設，呈現出密度高、工程量大、時間緊等特點，對工程建設安排和智慧工地管理提出更高要求。 運用人工智能、物聯網、云計算、大數據等現代信息技術的“智慧工地” 管理穩步推進。
四、智慧工地的未來發展趨勢
智慧工地是數字化場景應用的有益探索和實踐。目前，全省智慧工地尚處于起步階段，智能關鍵技術仍未成熟，管理系統集成化程度較低，隨著數字技術加速發展并與建筑業不斷融合，智慧工地發展必將推進技術升級，作業升級和管理升級，全面推進智能建造、智能管理和智能服務。
技術升級:智慧工地在近幾年蓬勃興起，正是源于物聯網、移動互聯網、VR&AR（虛擬現實和增強現實技術）、BIM（建筑信息模型），以及云計算、云存儲、大數據等技術的全面創新。未來，智慧工地發展更多依賴對現有物聯技術、移動互聯技術和云技術的全面整合，實現各項智能技術從點到線，從線到面，從端到云以及大數據的多方聯動，實現各種前沿信息技術的整合集成。其中信息管理平臺技術是智慧工地發展核心技術之一，它以應用日趨廣泛、技術日漸創新的智能終端實時采集、匯總、分析、預判等各項信息數據為基礎，運用數據交換標準技術，推動不同項目成員之間，不同軟件產品之間，不同管理系統之間的信息數據交換，實現建筑工程建設項目主體、企業主體、政府監管主體在一個統一的平臺上協同工作。
作業升級:智慧工地是信息技術與建造技術在施工現場深度融合的產物，信息系統不再簡單局限于計算、分析，而是具備了感知、思維和決策能力，必然推動建筑施工作業升級。智慧工地，一方面可以完成人工操作難以完成的工作，如用機器人去完成危險作業。另一方面是超越人的感知提升施工建造水平，使施工作業在技術上實現一個質的飛躍。例如，利用智能傳感器技術自動獲取梁等構件的受力、應變情況等監測數據，更精準地把控施工質量。應用塔機監控設備，通過吊鉤可視化，打破盲區作業工作場景，實現全程可視化操作，有效解決塔機司機在操作塔機運行過程中面臨群塔干涉、碰撞的問題，最終提升作業安全和質量水平，全面提升建筑工程建造質量。
管理升級:未來，智慧工地通過“互聯網 +理念”和技術，最大限度地對建筑施工現場的人員、機器、物料、方法、環境等各生產要素進行實時、全面、智能的數據采集，按照建筑施工現場管理的邏輯關系，依托云端大數據管理平臺，推動進度、安全、質量、環境、成本等各個方面管理，實現管理功能升級。例如，在勞務管理方面，建立工人刷卡進場與勞務分包管理制度，通過工人出勤與工資支付臺賬，減少了勞資糾紛。在器械管理方面，據測算，智能加工機械代替人工，效率可以提升 20 倍以上，機械利用率提高70% 以上。在材料管理方面，可以有效掌握材料的種類信息、價格信息以及進出數量信息，實現成本控制和優化。在方案與工法管理方面，面對項目越來越復雜的發展趨勢，推進各項解決方案更可視，更及時，通過工藝工法流程再造和控制，實現風險預判。在生產與環境方面，運用信息技術，加強生產和組織協調，嚴格把控項目進度。
五、結語
智慧工地的建設應用對建筑行來說是一項重要的革新，是打造新型智慧城市，推進新型信息化、城鎮化發展戰略的重要保障，它的成功推廣普及將有效提升建筑工程施工項目的監管、分析、預測等能力。隨著信息技術、智能技術等的不斷進步，以及與建筑行業的不斷融合創新交互，賦予智慧工地的意義與內涵也將不斷完善，智慧工地的應用發展也將為建筑業企業及項目的降本增效、促安提質提供更有力的保障，最終推動建筑行業向更加自動化、智能化、智慧化的趨勢發展進步。
相關附件：
企業資訊
黨團工作
微信公眾號
手機網站
