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高宏偉。智慧工地在工程建設中的應用［J］。山西建築，2021，47（12）：185-187。
摘 要： 對智慧工地的概念和系統架構進行了介紹，著重分析了智慧工地在專案決策、現場管理、風險防控、環境保護等方面的具體應用，指出智慧工地的出現，可以最大程度上規避資訊孤島和資料死角，有效提升企業創新能力和競爭能力，有利於促進建築業向著資訊化、智慧化、可持續化方向發展。
關鍵詞： 智慧工地，物聯網，BIM 技術，現場管理
建築業是國民經濟的重要組成部分，在改善居住環境、完善基礎設施、緩解就業壓力、促進經濟增長等方面發揮著積極作用。隨著城鎮化程序的加快，建築業逐漸呈現出
規模體量大型化、構造功能多樣化、工藝流程複雜化、現場管理精細化
等特點。傳統粗放式的發展模式，存在
人員流動頻繁、現場管理混亂、安全事故多發、環境汙染嚴重、資源利用率低
等問題，已不再適應建築領域節能環保、安全高效、持續健康發展的總體要求。因此，在現場施工過程中如何科學、合理、有效地進行管理，杜絕各種違規操作、提高建築工程質量、增強企業競爭能力和確保社會安全穩定，成為擺在政府部門、業界人士和專家學者面前的一項重要研究課題。
在這樣的時代背景下，隨著人工智慧、無線感測、資訊科技的迅猛發展，智慧工地建設應運而生。它是一個
集安全、質量、進度、裝置、物資及勞務管理為一體的綜合資訊平臺，應用於工程建設全生命週期過程中，讓傳統的建築工地長出“智慧大腦”，最終實現施工管理智慧化、資料採集自動化、過程監管視覺化和行政決策科學化
。智慧工地的實施，可以幫助建築企業節省人力投入、提升管理水平、確保質量進度、預防安全事故。目前，智慧工地建設在我國的北京、上海、杭州、深圳等多個城市都出現了比較成功的案例，並且取得了顯著成效。
1 智慧工地概述及其系統架構
智慧工地是智慧城市理念在建築領域的具體體現，它藉助先進的BIM技術對工程專案進行精準設計和施工模擬，應用高度整合的資訊管理系統，將物聯網採集到的大量資料進行彙總分析，建立
資訊協同共享、工作互聯互通、施工全面智慧、管理科學高效、風險智慧預控
的
資訊化生態圈
，從而提高建築工程的整體質量、管理水平和決策能力，有利於促進建築業的轉型升級和持續健康發展。智慧工地緊緊圍繞施工現場的人、機、料、法、環等關鍵
要素
，綜合運用網際網路、物聯網、BIM、雲計算、大資料、虛擬現實、行動通訊、3S 等
技術
，將分佈於不同終端、不同階段、不同型別的資訊
資料
，進行全面準確及時的收集彙總、分析計算，達到整個施工過程
可最佳化
、施工進度
可控制
、施工各方
可協同
、施工風險
可預見
的目標。
智慧工地綜合資訊管理系統呈現出縱向多層次、橫向網格化的結構特點，遵循標準化、系統化、模組化的原則，同時考慮到系統的開放性、擴充套件性和易用性，其系統架構主要包括資訊採集層、網路傳輸層、平臺處理層和使用者應用層，如下圖所示。
智慧工地系統架構
資訊採集層是基礎，透過攝像機、感測器、智慧手機、ＲFID 和 GPS 等終端裝置，對人員作業狀態、機械執行情況、現場施工環境等要素進行實時監控、智慧感知和資料採集，為整個系統提供全面準確的資訊保障。網路傳輸層是橋樑，依據約定好的網路傳輸介面和協議，透過特定的傳輸介質將專案資料資訊，準確無誤、無延時地進行雙向傳輸與交換。平臺處理層是關鍵，主要是藉助大資料雲平臺對不同型別的感知裝置獲取的海量原始資料進行儲存、解析、計算和挖掘，讓專案各參建方更便捷的進行資料訪問和資訊互動。使用者應用層是核心，它將平臺處理後的相關資料分類納入不同的功能模組，並以圖表、模型、影片、報警等直觀視覺化的方式進行呈現，可以作為人員管理、施工指導、輔助決策、風險預測和方案編制的有效依據。在上述四層結構之外，還需要建立相應的規範標準和管理制度，以保障資訊有序彙集、儲存、應用和共享，強化平臺管理、使用的規範性和安全性。
2 基於物聯網技術的智慧工地在工程建設中的應用
物聯網（ The Internet of Things，IOT） 透過資訊感測器、射頻識別技術、全球定位系統、紅外感應器、鐳射掃描器等技術裝置，按照事先約定的協議內容，把工程建設中涉及到的重點關鍵要素與網際網路相連線，實現對它們的智慧化識別、定位、跟蹤、監控和管理。基於物聯網技術的智慧工地綜合資訊管理系統，融合現場管理、行政監督以及文明施工等為一體，為各項決策的判斷和制定提供重要依據。
2。1 勞務實名制管理
2。2 遠端影片監控
2。3 環境線上監測
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3 基於 BIM 技術的智慧工地在工程建設中的應用
BIM（ Building Information Modeling） 藉助計算機和三維數字技術，收集和整理建築全生命週期的資料和資訊，並以三維立體模型的方式展現出來，
真正實現了建築資訊整合化協同處理
。
BIM技術的應用，能夠實現建設專案生命週期內全部動態資訊的建立、管理和共享，使得從規劃設計、構件生產、施工管理、運營維護等都印上數字化的屬性，能最大限度地減少或避免問題的發生。
3。1 設計階段的應用
建築設計是後續施工活動有序展開的關鍵所在，如果設計方案不合理，將直接影響到建築物的功能、質量和安全，並造成不同程度的資源浪費和環境汙染。BIM 技術在設計階段的應用主要表現在以下幾個方面：
1） 進行場地規劃。利用BIM+GIS技術，可以對擬建專案的選址進行場地規劃，實現三區分離、人車分流，對建築效能、塔吊佈置、採光日照等進行模擬分析，對擬建工程與現有建築和周邊環境的空間關係進行研究，增強總體規劃的科學性、合理性和可行性。
2） 協同設計與碰撞檢查。傳統的設計流程是一個線性的過程，各專業之間前期沒有進行有效的溝通，等到施工中發現問題再反過來修改設計，造成人力、財力、時間的大量浪費。將 BIM 技術和“雲端技術”進行有效結合，可以提供一個資訊共享平臺，各專業工程師在同一平臺上對專案的建築、結構和機電模型進行設計，有利於進行廣泛深入的溝通交流，避免出現數據更新不及時的現象； 同時藉助BIM強大的碰撞檢查和自動糾錯功能，可以及早發現設計方案的不合理之處，從源頭上減少因“錯漏碰缺”導致的設計變更和返工。
3） 複雜節點分析。工程建設的關鍵問題是節點設計，要求構件連線具有較好的整體性和可靠性，以滿足建築物的抗震要求，避免施工過程中出現偏差。目前，構件節點的連線多采用灌漿套筒方式，通常會在接縫處開槽，形成鋸齒狀或預留一定的彎鉤鋼筋。利用 BIM 技術對構件型別、材質、規格、尺寸、配筋和預留預埋洞口等進行精準設計，減少用於方案調整的精力與時間。
3。2 施工階段的應用
BIM技術在施工階段的 應用主要表現在以下幾個方面：
1） 物料管理。傳統的物料管理主要透過人工進行到貨驗收、統計歸類和放置儲存，難免會出現堆放混亂、使用錯誤、被盜丟失的現象。根據 BIM 技術模擬的施工進度計劃，合理安排進出場時間； 在材料裝置到貨驗收時，對其名稱、規格型號、到貨數量、材質標準等資訊進行編碼，根據BIM 模型提供的施工順序和安裝位置進行分類存放，實現精細化管理。
2） 吊裝作業。吊裝作業是建築施工階段的核心，對機械裝置和施工人員的能力素質要求較高。施工展開前，利用BIM技術進行吊裝模擬，確定塔吊執行角度、起重力矩、迴轉幅度及與擬建建築物的位置關係，保證塔吊在施工全過程中的安全執行。
3） 進度質量管理。在原有BIM-3D模型的基礎上引入
時間和資源
兩個維度形成的
BIM-5D
模型，可以幫助技術及管理人員實時跟蹤掌握施工進度和資源投入情況，及時發現原始施工方案中的不合理性，動態調整施工計劃，防止工期延誤和成本增加。將專項檢查和日常巡查過程中發現的質量問題拍照上傳，使涉及到的質量問題直接關聯到BIM模型的具體構件上，專案各責任主體均可在模型上檢視整改落實情況。
3。3 安全管理中的應用
建築施工中一旦出現安全事故，將給家庭、企業、社會帶來極大的影響。傳統的施工安全技術交底，通常是以耳口相傳或書面文字的方式進行的，施工作業人員理解不深、記得不牢。透過建立高精度的 BIM 模型，對施工現場臨邊洞口、高處作業等危險部位進行標識並做出風險評估，事先掌控安全物資調配需求及安全設施佈置效果，提升安全管理能效。將 BIM 三維模型匯入VR程式引擎，設計出逼真的場景環境，體驗者可以身臨其境的置身於這些“真實的”場景中，形象直觀地感受安全事故帶來的危害，例如機械傷害、支模坍塌、高空墜落、施工觸電、火災逃生等，讓人們從主觀上認識到安全生產、規範操作的重要性，提高安全防範意識，掌握應急救護措施，增強個人防護技能，達到安全教育和培訓演練的目的。
4 結語
智慧工地建設過程中應用到了物聯網、雲計算、大資料、BIM、虛擬現實、網路通訊、智慧感測等技術，透過構建資料準確、傳遞暢通、響應及時的綜合資訊管理系統，實現了對風險進行及時預警，對環境進行線上監測，對現場進行精細管理，節約了企業人力成本，提升了專案管理水平，取得了良好的經濟和社會效益，有利於促進建築業朝著安全、綠色、智慧的方向發展。
