智慧工地应用探索
——智能化建造、智慧型管理

文｜中建八局第一建设有限公司 朱贺 张军 宁文忠 魏树臣 杜佃峰

前言：

“智慧工地”是 “智慧地球”、“智慧城市”、“智慧工厂”概念在工程建设领域的应用延伸，用“智慧”的管理理念进行工程特定生命周期的管理，是工程管理新的维度思考。

“智慧工地”也称工地信息化，笔者认为这样简单给他定义过于狭隘，工地信息化只是“智慧工地”的一部分，信息化管理、智能化建造、智慧型管理三者融合的工地才能称“智慧工地”。

笔者将我司应用的智慧工地项进行梳理、归类，系统阐述智慧工地在我司的典型应用、创新性实践，以及过程中的遇到的问题、解决方法。

一、基于标准化流程的信息化管理

公司的信息化建设以实现各项业务活动的横向互动、审批处理的异地协同、资源管理的系统集成和项目管理的及时受控为目标，内容涵盖企业的营销、生产、技术、商务、财务、行政办公、人力资源等多体系的工作内容。各业务部门综合调研基层需求，将各部门的标准化管理手册可操作上线的表单、流程进行应用开发交底，公司信息化管理部进行开发。

公司信息化管理实现手段是在应用云筑网、八局ERP系统的基础上，以公司项目管理信息系统为主，其他配套建设为辅，如BA决策分析系统、相关方系统、远程监控系统、劳务管理门禁系统、物资称重计量系统等。

二、基于劳务实名制管理的智慧型应用

为避免用工风险，保障工人的合法权益，也为了更好地保障工人在施工现场的人身安全，所有的项目部均采用劳务实名制管理系统。项目部设立劳务实名制服务大厅，进场劳务工人全部实名制登记，形成劳务门禁数据库；工人采用刷卡进出场、刷卡吃饭、洗衣、淋浴、购物的“一卡通”模式。门禁记录工人的进出场刷卡记录，形成工人的月出勤统计，同时项目部联合银行为工人办理银行卡，项目部提供专项账户的免息存款，每月项目部代付工人工资，保证农民工工资发放，实现工资发放过程管控。

通过建立联网的劳务人员数据库云平台能实现项目部与项目部之间人员的联动管理，人员的行为记录、安全教育记录、特殊工种教育等均能实现数据互通。

劳务人员的属地来源、年龄构成、季节性影响、工种分析、趋势分析是劳务研究的几个重点。门禁数据库通过每天的刷卡信息便能统计到每日的门禁刷卡率，刷卡人数，各工种有多少人，管理人员可以通过作业面实际人数对比计划人数计算人员缺口，及时调整计划，做好人员的补给。

公司还在探索工人生活区的物业化管理，在保障工人生活住宿环境的同时，还能协助项目办理工人进退场记录，建立工人电子体检档案，维护电子床位登记系统等等。

三、基于既有信息系统的数据开放应用

济南市政府监管机构对施工现场的扬尘治理高度重视，并要求所有的工地安装扬尘噪声在线监测设备及视频监控系统，并且数据需集成到政府的云平台。公司济南属地项目统一安装扬尘在线监测设备，并且数据在集成到公司平台的同时一并发送到建委平台。

公司视频监控系统济南属地项目和济南市建委建筑工地视频监控集成平台对接，免去项目部和建委一一对接的繁杂程序。

四、基于传感器、物联网、“一张图”的智慧系统

1、扬尘噪声在线监测与喷淋控制系统

为有效控制施工现场扬尘噪声污染，现场在特定位置放置扬尘噪声在线监测设备，监测数据实时传送到终端设备，超标有预警功能；且现场安装智能控制喷淋系统，当现场的扬尘数据超标时会自动触发喷淋或雾炮设备进行喷雾降尘。

2、标准养护室温湿度控制环境在线监控、预警系统

标准养护室温湿度控制环境在线监控、预警系统通过在标准养护室内部放置温度传感器、湿度传感器、防水摄像头，将真实环境情况进行24小时智能化监督，解脱相关管理人员需定时抄报环境数据的工作，将环境情况数字化、网络化，实现无纸化记录数据；设置预警机制，如果环境条件超标可立即进行报警，实现多层级的联动管理；利用影像记录可将真实的环境情况进行存储，以防止温湿度环境失控，并能形成管理行为记录。

3、基于GPS/北斗定位模块的机械物联管理系统

通过在施工现场的每台塔吊、升降机上安装GPS/北斗定位模块、数据通讯模块，将公司所有在建工程的塔吊、升降机建立数据库，然后通过搭建的WEBGIS“一张图”平台实时监测其运转情况（注：不同于塔吊黑匣子数据）、管理情况，实现机械设备统计、安装监管、顶升监管、拆卸监管、运维监管、调度监管等。

4、基于天气记录、预报的智能播报系统

通过系统每天记录当天的天气情况，将每天的天气形成历史记录，通过追溯历史记录可反推截止到今天累加平均温度达600℃·天的日期，为同条件试块的送检提供依据，方便试验人员送检试块，以免漏送。

通过链接本项目属地城市国家气象局网站公开预报的天气，系统能识别未来一周的天气情况并做出智能提醒，如未来一周有雨雪天气，系统会自动提醒现场施工注意安全。

5、智能会议系统

智能会议系统结合语音控制技术、电子签到技术、人员感知技术、直播技术将工程上的会议自动记录形成台账。

具体应用场景：会议签到不再是纸质签到，进入会议室通过智能终端实现电子签到，通过人员感知技术可清查签到人数与参会人数是否相符，并做出智能提醒，电子签到自动合成会议附件；会议过程自动抓拍会议影像，作为会议资料附件，同时会议信息会在我司项目管理系统生成会议草稿，可事先选择是否保存会议语音文件；摄像机可进行声控提醒是否需要录播、是否开启直播功能，人员可与摄像机进行语音交互，未能到场参会人员可通过终端直播收看会议内容。

6、基于“一张图”管理的平台搭建

利用GIS（地理信息）技术，地图API开放平台打造公司的“一张图”管理的各项专题图，将分散世界各地的项目数据进行集成，如“一张图”市场布局、“一张图”塔吊管理、“一张图”施工升降机管理等。

利用GIS（地理信息）平台将公司施工产业的上下游链条进行数据挖掘、分析，用世界“一张图”的模式直观展现产业合作伙伴，如业主、监理、分包商、供应商等，建立相应的专题图，形成公司内部数据、资源共享机制，如工程紧缺材料的供应可以通过施工链近距离查找，形成资源互补。

五、三维模型交互及虚拟影像应用

三维模型交互模拟系统是将事先建好的工程仿真模型引入多点触控三维浏览嵌入技术，在终端设备浏览器上实现模型快速接入数据，效果更直观。

1、塔吊动态监控

打通和塔吊黑匣子的数据连接，实现塔吊实时运转的各种数据均能到我的平台，通过点击模型上的塔吊，用户就能看到该塔吊的实时黑匣子数据，也能实现历史数据查询；设置报警机制，塔吊运转数据超标能触发报警。

2、施工升降机动态监控

升降机智能动态模拟监控由硬件设备实现现场数据的采集并通过物联网形式发送至我司平台，实现项目端实时监控升降机的运作参数。

3、远程监控

将现场监控的布点情况予以展示，监控点采用触发控件，点击该位置监控图标即可查看实时影像。

4、能耗监控

通过在生活区、施工区设置水电消耗监控装置，将每天的用电、用水情况实时监督，对于存在异常的情况进行报警，以查找原因。

5、其他监控

通过可视化三维模型，可以将有数据产生的地方都接入模型内，三维模型只是一个承载体和链接入口，如大体积混凝土无线电子测温数据监测、基坑变形监控、高支模变形监测等。

6、虚拟影像应用

现场用无人机航拍影像，能合成多场景全景影像，可直观的进行现场平面布局规划；用无人机进行倾斜摄影测量，可将现场进行三维还原，可用于土方平衡测量、BIM原始现场数据模型建立等。

全景相机用于记录全景影像日志，制作虚拟样板库，制作VRAR体验素材，拍摄VR视频。

六、基于手持终端应用的工期、安全、质量、实测实量、物料管理

我司自主开发了手持终端应用APP，通过该应用程序，可实现计划跟踪考核、安全整改通知单下发、安全日巡检、质量整改通知单下发、实测实量数据现场填报及后台分析、进场物料验收管理。

通过手持终端设备的应用，提高了安全、质量整改效率，能在施工现场快速发现问题、解决问题，整改痕迹会完整记录；终端还实现了分包商用户接入整改流程，让整个整改链条与实际相符、完整闭合；整改超过时限会实现预警功能。计划考核明确责任人、负责人，让相关人员清晰知道本月、本周的工作计划，计划是否完成由项目经理过程考核。实测实量板块可以实现CAD图纸在终端下载、上传、在线浏览、填报平整度、垂直度偏差值，后台自动计算实测实量合格率。用手持终端进行物料进场的过程验收，并能记录验收影像，移动端操作即可生成材料进场台账、物资验收记录。

手持终端将部分我司项目管理信息系统需要填报的数据移植管理，两者共用数据库，大大提高信息化的利用效率。

七、基于BIM技术的智慧型管理

1、BIM相关智慧化应用

我司在BIM方面的研究起步较早，并且多次获得全国级的BIM大赛大奖。公司提出将“BIM打造成项目层面的精益化管控平台”，将BIM和商务紧密结合，在“一键提取工程量”、钢筋节点优化和精细管理上均取得了研究成果。另外在BIM创新应用方面，我司探索了BIM5D平台应用，对工程的全生命周期进行管理；“BIM+无人机+点云”进行土方平衡监测技术，高效完成了大体量土石方工程的施工监测；“BIM+三维激光扫描+放线机器人”进行高效高精度放线作业，精准度达到毫米级；“BIM+VR+3D打印”智能体验馆将虚拟现实技术与3D打印相结合，让大众通过高科技VR眼镜进入建筑内部漫游，体验了虚拟建造过程，3D打印将难以直观表现的复杂细部节点建模打印，制作模型进行技术交底，更直观高效；通过BIM模拟复杂隧道施工方案，更加直观地指导隧道施工；通过基于BIM+的高效化机电安装工程对机房进行深化设计、预制加工、现场组装，提高了大型机房安装效率和速度。

2、BIM相关智慧化探索

公司还在不断丰富自身的BIM族库（含机电安装、土建、基础设施）、BIM方案交底库，将G101图集BIM化，为现场应用提供了大量基础性BIM资料、成果。另外公司还在探索建立项目级的BIM平台，探索实施BIM+信息化+智能化管理，充分发挥BIM的大数据功能，为工程方案选取、物资管控、资金计划等提供可靠的数据支撑。

由于BIM模型体量较大，且需要借助专业的软件才能打开，且对电脑的配置要求较高，公司下一步也将致力于将模型轻体量化，实现三级管控平台下的项目模型在线共享机制，人人通过浏览器就能打开BIM模型，查看信息。

八、基于人员识别的行为记录系统

施工升降机及塔吊均实现操作人员指纹识别（部分采用人脸识别）方能启动机械的功能，防止机械被乱用，另外操作人员每次刷指纹启动时，其操作的行为形成的记录也将同步保存，以备调取用之他处。

工程现场的一级二级配电箱只能是具有电工操作资格证的人员才能进行接线等其他操作，但往往施工现场这块的管理有缺失，现在绝大多数电箱都是机械锁，电箱门基本处于不关闭状态，谁都可以去接电、拆电。借鉴物联网电子锁技术，电箱的开启权限只对电工开放，必须扫描二维码才能开启电箱（或者必须是电工的门禁卡）以此严格现场安全用电管理。

共享辅助工具：在施工现场为工人准备必要的手头操作工具及小型施工机具，如工人去地下室没有手电筒，现场可免费刷卡提供一个，但如果不归还就能追踪到是哪个人未还。

九、基于大数据的BA分析系统

公司基于项目管理信息系统运行6年积累的数据，建立面向决策层的BA分析系统，抓取涵盖工程、技术质量、人资、商务、财务、市场营销等模块的数据，利用可视化的线状、图状数据进行数据分析为决策层提供支持。

十、基于绿色智能建造的标准化应用

1、绿色施工

公司于2015年发布了《绿色施工实施指南》，标准化流程管理，指南总结了14项控制项，89项一般项，30项优选项绿色施工相关内容，其中很多技术涉及智能化、信息化技术的应用，是智慧工地重要的组成部分。

2、建造产业现代化

随着国家经济趋势的发展及国家相关政策的鼓励，建筑产业化将慢慢成为行业趋势，公司也正探索总结建筑装配式施工技术、文旅产业成套关键技术、工具式模架施工技术、BIM+机电一体化的预制加工及装配式施工技术，积极推行“以钢代木”、铝合金模板应用，打造产业化“智慧工厂”、“智慧工地”。

开发“基于BIM协同产业化信息平台”，打造设计、施工建造、工厂生产等一体化的产业化协同工作平台，设计方建立BIM标准构件库，施工方通过智能拆分技术完成构件批量下单，交于工厂生产加工，全程用RFID技术实现构件实体追踪，最后运至现场安装，安装完毕即可在后台生成“模拟实体”。

十一、基于智能机器人的人力替代应用

机器人及人工智能的快速发展，已让某些行业发生了颠覆性改变，如智能家居改变着人们的生活方式；共享单车、滴滴打车改变着人们的出行方式； AGV仓储物流机器人，物流配送机器人，无人机送货，智能化程度已经远远超出了我们的想象。各行各业都在提“智慧”的概念，“智慧工地”释放出了行业变革的信号，传统的劳动密集型作业终将会被机器人取代，测量机器人、抹灰机器人、砌筑机器人、整平机器人、3D打印机器人等各种机器人的出现改变着原有的工作模式，各种创新型的发明、人力替代机具也在工地发生着，相信不远的将来机器人将在工地广泛应用，大放异彩。

十二、智慧工地集成化平台

1、项目层级智慧工地集成平台

项目层级智慧工地集成平台将现场基本数据收集、保存、展示，并能对数据进行分析预警，将分散的数据平台进行集中，同时将项目管理过程中的亮点做法、工程大事、科技成果进行汇总展示，也是记录项目周期历程的一个平台。

平台整体功能包含重要数据感知、工程影像+虚拟现实等12个模块。

2、企业层级智慧工地集成平台

企业层级在WEBGIS、地图API搭建的平台下看到所有项目的集成数据；项目部是平台的数据产生单元，项目部的系统集成各项智慧工地菜单数据；设置项目点亮机制，项目只要有满足几项菜单的智慧应用，地图就会亮起该项目。

企业层级的平台无审批流程、工作流发生，只是数据流的集成，同时分部门用户推送预警信息。

结语：

智慧工地的体系性建设工作无标准的内容可以借鉴，我司也是过程中摸索自己总结，真正的智慧工地建设还有一条很长的路要走。科技飞速进步、信息爆炸的年代让我们能快速“融合”、“借鉴”各种知识为我所用，这样我们才能平稳前行，为中国的建设信息化贡献力量。