智慧工地系統(tǒng)在建筑工程管理中應(yīng)用

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【摘要】在信息化時(shí)代背景下，隨著云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)廣泛應(yīng)用，建筑企業(yè)應(yīng)用信息技術(shù)水平不斷提升，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)、項(xiàng)目管理、財(cái)務(wù)管理等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成共享共用。在建筑工程工地管理中，通過引入和應(yīng)用智慧工地系統(tǒng)，發(fā)揮智慧系統(tǒng)動(dòng)態(tài)收集、數(shù)據(jù)集成化、數(shù)據(jù)共享、智能分析等優(yōu)勢(shì)，能夠推動(dòng)建筑工程項(xiàng)目管理由傳統(tǒng)管理模式向自動(dòng)化管理、數(shù)字化管理、智能化管理轉(zhuǎn)型發(fā)展。本文在研究智慧工地系統(tǒng)概念、特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)等基礎(chǔ)上，深入探討了智慧工地系統(tǒng)在建筑工程管理中的具體應(yīng)用，包括環(huán)境檢測(cè)與智能噴霧降塵、塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)、電氣配電無功補(bǔ)償、周界防范紅外對(duì)射、工地現(xiàn)場(chǎng)智能限電控制等應(yīng)用場(chǎng)景，通過智慧工地建設(shè)能夠顯著提高建筑工程現(xiàn)場(chǎng)管理信息化、智能化水平，保障建筑工程現(xiàn)場(chǎng)管理目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】智慧工地系統(tǒng)；建筑工程；工程管理

0引言

近年來，隨著我國建筑行業(yè)高速發(fā)展，在建建筑工程數(shù)量不斷增長(zhǎng)、規(guī)模不斷擴(kuò)大，建筑工地施工產(chǎn)生的揚(yáng)塵、噪音等問題引起廣泛關(guān)注。針對(duì)建筑工程工地管理問題，2019年，住建部出臺(tái)實(shí)施了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)施工工地和道路揚(yáng)塵管控工作的通知》，強(qiáng)調(diào)各建筑工程應(yīng)落實(shí)安全文明施工主體責(zé)任，強(qiáng)化建筑工地六個(gè)百分百管理，嚴(yán)禁“野蠻作業(yè)”、揚(yáng)塵污染等問題。2020年，住建部、發(fā)改委等13部位聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出“當(dāng)前建筑行業(yè)生產(chǎn)方式仍存在粗放管理問題，與建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展要求相比存在較大差距”，并提出推進(jìn)建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化升級(jí)，加快建筑建造方式轉(zhuǎn)變，推動(dòng)建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求。建筑工程工地是建筑行業(yè)安全文明生產(chǎn)的主要場(chǎng)所，通過推進(jìn)智慧工地系統(tǒng)建設(shè)，在建筑工程管理中引入和應(yīng)用智慧系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程工程管理信息化、數(shù)字化、智能化，顯著提高建筑工程管理水平。

1智慧工地系統(tǒng)概念及其特點(diǎn)

1.1智慧工地系統(tǒng)內(nèi)涵

智慧工地系統(tǒng)是圍繞建筑工程管理目標(biāo)，大幅收集人員、安全、環(huán)境、質(zhì)量等關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)構(gòu)建大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，形成云端大數(shù)據(jù)體系的信息管理系統(tǒng)。智慧工地系統(tǒng)架構(gòu)可分為3層，即環(huán)境感知層、服務(wù)器層和聯(lián)動(dòng)控制層，其中，環(huán)境感知層基于傳感器、視頻監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知；服務(wù)器層對(duì)環(huán)境感知層數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)預(yù)設(shè)閾值、條件聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備動(dòng)作；聯(lián)動(dòng)控制層接收服務(wù)器層動(dòng)作指令完成動(dòng)作并反饋動(dòng)作信息。根據(jù)智慧工地系統(tǒng)典型應(yīng)用場(chǎng)景，可實(shí)現(xiàn)工地現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)和揚(yáng)塵聯(lián)網(wǎng)治理、塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)、電氣配電無功補(bǔ)償、周界防范紅外對(duì)射和工地現(xiàn)場(chǎng)智能限電控制等功能，通過收集施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控信息等，實(shí)現(xiàn)工地現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境智能檢測(cè)、AI視頻監(jiān)控[1]，上傳至建筑工程管理云平臺(tái)，并根據(jù)管理要求自動(dòng)或手動(dòng)聯(lián)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境自動(dòng)化設(shè)備動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)工地現(xiàn)場(chǎng)管理自動(dòng)化，有利于減少人工管理的時(shí)間成本，提高監(jiān)管準(zhǔn)確率。

1.2智慧工地系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）集成化管理。基于施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)狀況，智慧工地系統(tǒng)將施工環(huán)節(jié)與信息化技術(shù)進(jìn)行了有效融合，并對(duì)工程項(xiàng)目管理中人、機(jī)、料、法、環(huán)全要素信息整合，打破了傳統(tǒng)工程管理中數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性低、各專業(yè)數(shù)據(jù)分散問題，實(shí)現(xiàn)了建筑工程管理集成化管理、專業(yè)化管理；（2）數(shù)字化平臺(tái)?；诩t外線、攝像機(jī)、設(shè)備傳感器、RFID等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，智慧工地系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵生產(chǎn)要素信息收集，并集中展示在監(jiān)控大屏，可實(shí)現(xiàn)全局監(jiān)控和重點(diǎn)監(jiān)控相結(jié)合，可針對(duì)工程管理中出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)警、提醒、聯(lián)動(dòng)控制，形成建筑工程管理全要素展示、管理，打造數(shù)字化工程管理平臺(tái)[2]；（3）集成的應(yīng)用。智慧工地系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各種信息技術(shù)的綜合應(yīng)用，以達(dá)到資源的最優(yōu)配置和使用，為項(xiàng)目施工提供了依據(jù)，保證了信息化管理體系的可行性和有效性。

2智慧工地系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)即針對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并在合理時(shí)間內(nèi)達(dá)到擷取、管理、處理、并整理成為有用信息的技術(shù)。在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用較為普遍，如大數(shù)據(jù)分析、挖掘用戶偏好并合理確定營銷策略等。在建筑工程管理中，大數(shù)據(jù)包括人員信息、機(jī)具、設(shè)備、物料、環(huán)境、施工工藝等數(shù)據(jù)，且各類信息相互交互、融合，通過借助大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘各類數(shù)據(jù)之間聯(lián)系，可實(shí)現(xiàn)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)安全管理風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、預(yù)測(cè)功能。如建筑工程腳手架搭設(shè)施工中，智慧工地系統(tǒng)可通過分析腳手架、人員、環(huán)境等信息[3]，分析其內(nèi)在關(guān)聯(lián)并動(dòng)態(tài)分析施工安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)建筑工程管理的智能化。

2.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)即通過將計(jì)算機(jī)、機(jī)械、傳感器、軟件等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同類型設(shè)備信息交互。在智慧工地系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是環(huán)境信息、設(shè)備狀態(tài)信息、人員信息等多源數(shù)據(jù)感知的基礎(chǔ)。如人員信息感知可借助人臉識(shí)別、身份卡識(shí)別等信息感知，設(shè)備工作壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)可通過自動(dòng)化儀表獲得。揚(yáng)塵信息可通過PM2.5監(jiān)測(cè)儀測(cè)量獲得?；谖锫?lián)網(wǎng)設(shè)備獲得和感知工程管理數(shù)據(jù)，并將環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，能夠?yàn)橹腔酃さ叵到y(tǒng)環(huán)境感知提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)即通過手機(jī)、平板等終端設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)信息交互的技術(shù)。在智慧工地系統(tǒng)中，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建筑工程現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可基于無線網(wǎng)絡(luò)向上集中傳輸信息，服務(wù)器發(fā)出指令可與現(xiàn)場(chǎng)各類自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行交互動(dòng)作。同時(shí)，建筑工程管理人員和監(jiān)管部門可基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠(yuǎn)程觀看現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面，可現(xiàn)場(chǎng)管理與遠(yuǎn)程管理的有機(jī)結(jié)合。

3智慧工地系統(tǒng)在建筑工程管理中的應(yīng)用

3.1環(huán)境監(jiān)測(cè)和智能噴霧降塵

在以往的施工現(xiàn)場(chǎng)，大部分降塵操作都是人工進(jìn)行，只能起到減少灰塵的作用，無法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑及其周邊的降塵，造成環(huán)境揚(yáng)塵污染問題。通過應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測(cè)和智能噴霧降塵子系統(tǒng)，一方面動(dòng)態(tài)收集施工現(xiàn)場(chǎng)溫濕度、風(fēng)力、風(fēng)向、噪聲、有害氣體、PM2.5等信息[4]，并將環(huán)境信息上傳至服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和協(xié)同監(jiān)管；另一方面，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵數(shù)據(jù)超過建筑工程安全文明施工管理要求時(shí)，服務(wù)器端下達(dá)智能噴霧指令，聯(lián)動(dòng)施工現(xiàn)場(chǎng)噴霧炮噴霧降塵，可以有效降低粉塵濃度，優(yōu)化工作環(huán)境，確保施工現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境符合城市安全文明施工要求。

3.2塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)

在實(shí)際施工中，智慧工地系統(tǒng)也包含了塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)，具有很好的實(shí)用價(jià)值，為整個(gè)施工項(xiàng)目的順利進(jìn)行提供了保障。塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)可通過視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)手段，對(duì)塔吊內(nèi)操作人員數(shù)量進(jìn)行清點(diǎn)、操作人員身份信息進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)塔吊操作監(jiān)控和違章操作告警。同時(shí)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)塔吊設(shè)備維修狀態(tài)、升降速狀態(tài)、起吊重量等信息監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)塔吊設(shè)備沖頂、異常開門、超速等運(yùn)行問題，減少工程建設(shè)中的安全隱患，提高工程安全管理的質(zhì)量。

3.3電氣配電無功補(bǔ)償

當(dāng)前，隨著我國推行實(shí)施綠色工地標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，節(jié)能降耗日益成為建筑工程管理的重要內(nèi)容之一。在建筑工程中，部分設(shè)備功耗較高，功率因數(shù)較低，電能浪費(fèi)問題較為突出。針對(duì)該問題，可在智慧工地系統(tǒng)建設(shè)中對(duì)配電系統(tǒng)中功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化管理，提高電力的使用效率。該子系統(tǒng)有隔離開關(guān)與智能控制器兩個(gè)模塊。隔離開關(guān)設(shè)置了多組電容器，在每組電容器上都裝配了電容器、斷路器、交流接觸器及熱繼器。通過智能控制器對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并獲取系統(tǒng)的功率因數(shù)，在功率因數(shù)不滿足設(shè)置值時(shí)，控制器會(huì)按照設(shè)置次序依次投入電容器群，直到系統(tǒng)實(shí)際功率因數(shù)與設(shè)置目標(biāo)一致為止[5]。如果系統(tǒng)負(fù)荷與設(shè)備不同，相應(yīng)的功率因數(shù)也會(huì)出現(xiàn)變化，系統(tǒng)負(fù)荷與類型的變化將會(huì)直接對(duì)系統(tǒng)功率因數(shù)產(chǎn)生影響，可以通過使用智能控制器實(shí)時(shí)收集與反饋功率因數(shù)信息，有效優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況。實(shí)踐證明，該子系統(tǒng)的節(jié)能效果明顯，在應(yīng)用后，其功率因數(shù)超過0.92，比未使用前提高0.17，取得了非常明顯的效果。根據(jù)臨電計(jì)劃和現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)現(xiàn)，對(duì)110kW左右的機(jī)械和現(xiàn)場(chǎng)施工用電進(jìn)行補(bǔ)償，若使用系數(shù)為0.5，單熱工作時(shí)長(zhǎng)根據(jù)5h計(jì)算，則在主體施工工期90d的情況下，總用電量為24750kWh，而通過使用上述系統(tǒng)，實(shí)際用電量為14280kW/h，節(jié)約了10470kWh的電量，使用電效率提高42.3%。所以通過應(yīng)用該系統(tǒng)可以提高電能利用率[6]，減少電能消耗量，從而使電力環(huán)境得到全面的改善，不僅如此，選擇科學(xué)合理的無功補(bǔ)償裝置還可以有效提升電能質(zhì)量。Schneider—Electric企業(yè)提供的調(diào)諧型無功補(bǔ)償裝置的特征參數(shù)如表1所示。

3.4周界防范紅外對(duì)射

施工場(chǎng)地和辦公區(qū)域一直是安全管理的重中之重，經(jīng)常發(fā)生生產(chǎn)事故、盜竊事件等。如何保證其安全管理的正確性和實(shí)效性成為目前施工管理的重要工作。通過利用智慧工地周界防范紅外對(duì)射子系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效提高安全管理工作的效率。在周界防范紅外對(duì)射子系統(tǒng)中，其原理是借助紅外傳感器設(shè)備對(duì)入侵物體、人員信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)并發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，由于智能工地系統(tǒng)中紅外傳感器與工地位置信息綁定，一旦紅外傳感器檢測(cè)到入侵行為，系統(tǒng)可自動(dòng)提示告警，監(jiān)控人員可手動(dòng)或由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整附近區(qū)域攝像設(shè)備對(duì)準(zhǔn)入侵告警區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)[7]，能夠有效防范建筑工程現(xiàn)場(chǎng)被盜問題，提高建筑工程現(xiàn)場(chǎng)管理敏捷性。

3.5工地現(xiàn)場(chǎng)智能限電控制

施工現(xiàn)場(chǎng)生活區(qū)用電一直是安全管理的重點(diǎn)，工人們使用電力是一種很隨意的行為，會(huì)引起一些無法控制的問題，也會(huì)帶來很大的安全隱患，不僅會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)猩ｋU(xiǎn)，而導(dǎo)致事故的原因大部分是工作人員違規(guī)用電。該子系統(tǒng)以時(shí)間、負(fù)荷、電壓三個(gè)方面為切入點(diǎn)進(jìn)行控制。關(guān)于用電時(shí)間，通過使用時(shí)間控制器，控制員工宿舍的所有供電線路，確保在工作時(shí)間內(nèi)停電，以免發(fā)生意外。關(guān)于用電負(fù)荷，宿舍內(nèi)安裝220V插座，以備冬天供暖時(shí)使用的碳品板供電，所有的電源插座都是一個(gè)回路，并且每個(gè)回路都裝有一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果員工擅自改裝，5A以上的電流就會(huì)自動(dòng)切斷電源：關(guān)于用電電壓，宿舍內(nèi)的照明回路使用36V，以確保電力使用的安全性，此外，宿舍內(nèi)還有專用的電源插座，以滿足手機(jī)的充電需求。通過對(duì)上述各子系統(tǒng)的應(yīng)用，運(yùn)用多種方法對(duì)電力的實(shí)際使用進(jìn)行了控制，既能確保用電安全，又能使設(shè)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大大節(jié)約了人工成本，減小了實(shí)際工程管理工作的難度系數(shù)。

4結(jié)論

基于智慧工地系統(tǒng)的建筑工程管理，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工地動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)分析、全過程監(jiān)控和智能分析數(shù)據(jù)等功能，有利于提高建筑工程現(xiàn)場(chǎng)管理管理及時(shí)性、全面性、系統(tǒng)性，有效防范和控制現(xiàn)場(chǎng)施工安全風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)性分析建筑工程中安全文明施工問題、高耗能問題和邊界入侵問題，實(shí)現(xiàn)建筑工程管理數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化。

作者:高佩勇 單位:上海踏建建設(shè)管理咨詢有限公司