智慧工地系統(tǒng)在建筑工程管理中應(yīng)用

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【摘要】在信息化時代背景下，隨著云計算、移動互聯(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，實現(xiàn)了工程建設(shè)、項目管理、財務(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，能夠推動建筑工程項目管理由傳統(tǒng)管理模式向自動化管理、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)境檢測與智能噴霧降塵、塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)、電氣配電無功補償、周界防范紅外對射、工地現(xiàn)場智能限電控制等應(yīng)用場景，通過智慧工地建設(shè)能夠顯著提高建筑工程現(xiàn)場管理信息化、智能化水平，保障建筑工程現(xiàn)場管理目標實現(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、規(guī)模不斷擴大，建筑工地施工產(chǎn)生的揚塵、噪音等問題引起廣泛關(guān)注。針對建筑工程工地管理問題，2019年，住建部出臺實施了《關(guān)于進一步加強施工工地和道路揚塵管控工作的通知》，強調(diào)各建筑工程應(yīng)落實安全文明施工主體責任，強化建筑工地六個百分百管理，嚴禁“野蠻作業(yè)”、揚塵污染等問題。2020年，住建部、發(fā)改委等13部位聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》，指出“當前建筑行業(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”，并提出推進建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化升級，加快建筑建造方式轉(zhuǎn)變，推動建筑行業(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)的主要場所，通過推進智慧工地系統(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

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，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)、云計算等技術(shù)構(gòu)建大數(shù)據(jù)管理平臺，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)備實現(xiàn)環(huán)境感知；服務(wù)器層對環(huán)境感知層數(shù)據(jù)進行分析處理，根據(jù)預(yù)設(shè)閾值、條件聯(lián)動自動化設(shè)備動作；聯(lián)動控制層接收服務(wù)器層動作指令完成動作并反饋動作信息。根據(jù)智慧工地系統(tǒng)典型應(yīng)用場景，可實現(xiàn)工地現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測和揚塵聯(lián)網(wǎng)治理、塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)、電氣配電無功補償、周界防范紅外對射和工地現(xiàn)場智能限電控制等功能，通過收集施工現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控信息等，實現(xiàn)工地現(xiàn)場環(huán)境智能檢測、AI視頻監(jiān)控[1]，上傳至建筑工程管理云平臺，并根據(jù)管理要求自動或手動聯(lián)動現(xiàn)場環(huán)境自動化設(shè)備動作，實現(xiàn)工地現(xiàn)場管理自動化，有利于減少人工管理的時間成本，提高監(jiān)管準確率。

1.2智慧工地系統(tǒng)的特點

（1）集成化管理。基于施工現(xiàn)場的實際生產(chǎn)狀況，智慧工地系統(tǒng)將施工環(huán)節(jié)與信息化技術(shù)進行了有效融合，并對工程項目管理中人、機、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。基于紅外線、攝像機、設(shè)備傳感器、RFID等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，智慧工地系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑工程現(xiàn)場關(guān)鍵生產(chǎn)要素信息收集，并集中展示在監(jiān)控大屏，可實現(xiàn)全局監(jiān)控和重點監(jiān)控相結(jié)合，可針對工程管理中出現(xiàn)的問題進行預(yù)警、提醒、聯(lián)動控制，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[2]；（3）集成的應(yīng)用。智慧工地系統(tǒng)實現(xiàn)了各種信息技術(shù)的綜合應(yīng)用，以達到資源的最優(yōu)配置和使用，為項目施工提供了依據(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)即針對海量數(shù)據(jù)進行處理并在合理時間內(nèi)達到擷取、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，可實現(xiàn)建筑工程現(xiàn)場安全管理風險預(yù)警、預(yù)測功能。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)并動態(tài)分析施工安全風險，實現(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)即通過將計算機、機械、傳感器、軟件等技術(shù)，實現(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別、身份卡識別等信息感知，設(shè)備工作壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)可通過自動化儀表獲得。揚塵信息可通過PM2.5監(jiān)測儀測量獲得?；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，能夠為智慧工地系統(tǒng)環(huán)境感知提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)即通過手機、平板等終端設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)并實現(xiàn)信息交互的技術(shù)。在智慧工地系統(tǒng)中，基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建筑工程現(xiàn)場物聯(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)場各類自動化設(shè)備進行交互動作。同時，建筑工程管理人員和監(jiān)管部門可基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠程觀看現(xiàn)場監(jiān)控畫面，可現(xiàn)場管理與遠程管理的有機結(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)測和智能噴霧降塵

在以往的施工現(xiàn)場，大部分降塵操作都是人工進行，只能起到減少灰塵的作用，無法有效實現(xiàn)對建筑及其周邊的降塵，造成環(huán)境揚塵污染問題。通過應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測和智能噴霧降塵子系統(tǒng)，一方面動態(tài)收集施工現(xiàn)場溫濕度、風力、風向、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，可實現(xiàn)施工現(xiàn)場環(huán)境信息動態(tài)監(jiān)測和協(xié)同監(jiān)管；另一方面，當現(xiàn)場揚塵數(shù)據(jù)超過建筑工程安全文明施工管理要求時，服務(wù)器端下達智能噴霧指令，聯(lián)動施工現(xiàn)場噴霧炮噴霧降塵，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)，具有很好的實用價值，為整個施工項目的順利進行提供了保障。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，對塔吊內(nèi)操作人員數(shù)量進行清點、操作人員身份信息進行比對，實現(xiàn)塔吊操作監(jiān)控和違章操作告警。同時，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)可實現(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，及時發(fā)現(xiàn)塔吊設(shè)備沖頂、異常開門、超速等運行問題，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電氣配電無功補償

當前，隨著我國推行實施綠色工地標準的實施，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，電能浪費問題較為突出。針對該問題，可在智慧工地系統(tǒng)建設(shè)中對配電系統(tǒng)中功耗數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和自動化管理，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。通過智能控制器對功率因數(shù)進行設(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，控制器會按照設(shè)置次序依次投入電容器群，直到系統(tǒng)實際功率因數(shù)與設(shè)置目標一致為止[5]。如果系統(tǒng)負荷與設(shè)備不同，相應(yīng)的功率因數(shù)也會出現(xiàn)變化，系統(tǒng)負荷與類型的變化將會直接對系統(tǒng)功率因數(shù)產(chǎn)生影響，可以通過使用智能控制器實時收集與反饋功率因數(shù)信息，有效優(yōu)化系統(tǒng)實際運行狀況。實踐證明，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)臨電計劃和現(xiàn)場條件發(fā)現(xiàn)，對110kW左右的機械和現(xiàn)場施工用電進行補償，若使用系數(shù)為0.5，單熱工作時長根據(jù)5h計算，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，選擇科學合理的無功補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)諧型無功補償裝置的特征參數(shù)如表1所示。

3.4周界防范紅外對射

施工場地和辦公區(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。在周界防范紅外對射子系統(tǒng)中，其原理是借助紅外傳感器設(shè)備對入侵物體、人員信息進行監(jiān)測并發(fā)出相應(yīng)的警報，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到入侵行為，系統(tǒng)可自動提示告警，監(jiān)控人員可手動或由系統(tǒng)自動調(diào)整附近區(qū)域攝像設(shè)備對準入侵告警區(qū)域進行監(jiān)測[7]，能夠有效防范建筑工程現(xiàn)場被盜問題，提高建筑工程現(xiàn)場管理敏捷性。

3.5工地現(xiàn)場智能限電控制

施工現(xiàn)場生活區(qū)用電一直是安全管理的重點，工人們使用電力是一種很隨意的行為，會引起一些無法控制的問題，也會帶來很大的安全隱患，不僅會造成一定的經(jīng)濟損失，甚至會有生命危險，而導致事故的原因大部分是工作人員違規(guī)用電。該子系統(tǒng)以時間、負荷、電壓三個方面為切入點進行控制。關(guān)于用電時間，通過使用時間控制器，控制員工宿舍的所有供電線路，確保在工作時間內(nèi)停電，以免發(fā)生意外。關(guān)于用電負荷，宿舍內(nèi)安裝220V插座，以備冬天供暖時使用的碳品板供電，所有的電源插座都是一個回路，并且每個回路都裝有一個自動控制系統(tǒng)，如果員工擅自改裝，5A以上的電流就會自動切斷電源：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，以滿足手機的充電需求。通過對上述各子系統(tǒng)的應(yīng)用，運用多種方法對電力的實際使用進行了控制，既能確保用電安全，又能使設(shè)備系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，大大節(jié)約了人工成本，減小了實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)建筑工地動態(tài)數(shù)據(jù)實時采集、動態(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)場管理管理及時性、全面性、系統(tǒng)性，有效防范和控制現(xiàn)場施工安全風險，針對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，實現(xiàn)建筑工程管理數(shù)字化、自動化和智能化。

作者:高佩勇 單位:上海踏建建設(shè)管理咨詢有限公司