劉唆根,宋水根,劉永剛,皮黎飛
(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司,江西 新余 338001)
智慧工地是“互聯(lián)網(wǎng)+”理念與傳統(tǒng)建設(shè)工程領(lǐng)域的深度融合[1-2],在傳統(tǒng)的建設(shè)領(lǐng)域終端上增設(shè)數(shù)據(jù)采集、管理監(jiān)控等設(shè)備,數(shù)據(jù)信息通過物聯(lián)網(wǎng)、BIM等信息化技術(shù)被傳輸至云端,由云端科學(xué)的分析數(shù)據(jù)、智慧預(yù)測(cè)生產(chǎn)過程,再將綜合計(jì)算的結(jié)果推送至終端設(shè)備、項(xiàng)目管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管施工現(xiàn)場(chǎng),從而搭建智慧建造的體系。
通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、BIM、云存儲(chǔ)、云計(jì)算等技術(shù)的綜合集成,智慧工地在近幾年蓬勃發(fā)展[3],這些技術(shù)是從點(diǎn)到線,從線到面,從端到云以及大數(shù)據(jù)的多方聯(lián)動(dòng),這表明了在工程現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)部門可以與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息的共享與協(xié)作,從而提高了工作進(jìn)程推進(jìn)的效率,使得資源利用上更加的合理并且改善了施工對(duì)環(huán)境的影響,最終幫助工程各方的負(fù)責(zé)人及時(shí)、有效和準(zhǔn)確地做出最佳決策。智慧工地是各種前沿信息技術(shù)的整合集成,依托計(jì)算機(jī)來擴(kuò)展、延伸和部分替代人類腦力很難完成或者效率極低的工作,因此賦予了智慧的含義。
傳統(tǒng)工程建設(shè)領(lǐng)域終端往往產(chǎn)生龐雜的信息,以目前的工程管理技術(shù)難以及時(shí)處理,同時(shí)缺乏完備的信息化的網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)機(jī)制,工程的信息網(wǎng)絡(luò)容易被非法者連接上盜取諸如核心技術(shù)和建設(shè)費(fèi)用等信息,網(wǎng)絡(luò)的邊界變得難以控制[4]。近年來,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和普及,前沿科學(xué)技術(shù)在應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中提升自己技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的探索中不斷深入,“智慧工地”依托于“互聯(lián)網(wǎng)+”理念成為了“智慧城市”在工程建設(shè)領(lǐng)域的具體體現(xiàn),是“互聯(lián)網(wǎng)+”和傳統(tǒng)工程建設(shè)領(lǐng)域完美結(jié)合的全新工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)一體化管理模式[5],傳統(tǒng)工地和智慧工地對(duì)比如圖1所示。智慧工地管理平臺(tái)如圖2所示,在智慧工地的模式下工程終端的龐雜信息將會(huì)被智能化終端設(shè)備收集起來,再通過信息化手段傳至云端,云端對(duì)信息處理并作出判斷,在此過程中強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)信息安全的保護(hù)措施。智慧工地實(shí)現(xiàn)了監(jiān)管單位、施工企業(yè)、業(yè)主三方信息互聯(lián)互通的局面,大大提升了信息的透明化,使智慧工地的建設(shè)將便捷化和智能化緊密地結(jié)合在一起[6]。綜上所述,智慧工地在未來有很大發(fā)展空間。
圖1 傳統(tǒng)工地和智慧工地的對(duì)比
圖2 智慧工地管理平臺(tái)
智慧城市是全球先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展的大趨勢(shì),建筑工程行業(yè)又是作為城市建設(shè)中重要的支柱性產(chǎn)業(yè),因此發(fā)展智慧工地成為推進(jìn)智慧城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)[7]。國(guó)內(nèi)外在構(gòu)建信息化的智慧工地新生態(tài)投入大量的人力和資源,美國(guó)、日本、歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在智慧工地建設(shè)方面的布局較早,工程領(lǐng)域的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、工程管理規(guī)范等方面較為成熟。2009年美國(guó)提出將云計(jì)算應(yīng)用到建筑行業(yè),允許單位按需訪問共享的信息資源池[8]。歐洲國(guó)家設(shè)計(jì)出適應(yīng)計(jì)算范式的集群平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)BIM技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展實(shí)現(xiàn)了工程領(lǐng)域終端數(shù)據(jù)的即時(shí)獲取,再通過云計(jì)算對(duì)儲(chǔ)存在云端的大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。作為世界上第一個(gè)在建筑行業(yè)領(lǐng)域上全面推進(jìn)工程信息化管理的國(guó)家,日本[9]在20世紀(jì)就已經(jīng)十分重視建筑業(yè)的信息化建設(shè),提出并且大力地推行建筑工程全生命周期的信息化管理理念,在工程信息化管理上做出了許多前瞻性的工作。整個(gè)工程項(xiàng)目在全生命周期內(nèi),全部采用信息化管理方式,來降低工程成本、提升工程質(zhì)量及效率。
中國(guó)智慧工地的建設(shè)布局比較晚[10],2000年左右國(guó)內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域的管理系統(tǒng)混亂,較為先進(jìn)的建筑行業(yè)信息化管理手段是發(fā)展BIM技術(shù),但隨著行業(yè)的蓬勃發(fā)展,龐雜的大量行業(yè)信息僅僅利用BIM技術(shù)無法處理,監(jiān)管部門和企業(yè)之間的信息無法及時(shí)共享,這成為了行業(yè)向智慧化管理發(fā)展的一大阻礙。于是住建部在2014年下發(fā)文件要求在建筑行業(yè)大力發(fā)展智慧工地。經(jīng)過多年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)的工程建設(shè)領(lǐng)域在互聯(lián)網(wǎng)+的技術(shù)支持下展開智慧工地建設(shè),綜合性看經(jīng)歷智慧研究階段、概念定義階段與實(shí)施探索階段[11]。
智慧工地本身?yè)碛泻芎玫睦砟詈彤a(chǎn)品示范,但在實(shí)際應(yīng)用中,大多數(shù)企業(yè)將其主要應(yīng)用到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管理中,由于使用者認(rèn)知水平不一,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)項(xiàng)目傳統(tǒng)工作方式和智慧化管理方式共存的現(xiàn)象,增添管理層的工作強(qiáng)度,智慧工地應(yīng)用的功能分散,難以形成完整的有機(jī)整體[12]。目前工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)?yōu)化管理需求旺盛,但考慮到全面布局智慧工地的建設(shè)費(fèi)高昂,眾多企業(yè)仍然對(duì)智慧工地持觀望態(tài)度。另外,項(xiàng)目管理自上而下的執(zhí)行模式,使項(xiàng)目經(jīng)理和公司層級(jí)的制度保障和管理支持成為決定智慧工地應(yīng)用成敗的關(guān)鍵因素。面對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜多維的數(shù)據(jù),新技術(shù)的應(yīng)用解決了以往難以解決的問題。但是目前由于國(guó)外缺乏一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),智慧化的工地建設(shè)還沒有形成大規(guī)模。我國(guó)建筑業(yè)的產(chǎn)值每年都在增長(zhǎng),建筑業(yè)的規(guī)模依然處在不斷迅速發(fā)展的階段,目前也面臨對(duì)于施工安全和質(zhì)量的監(jiān)督管理難度不斷增加、環(huán)保問題日益嚴(yán)峻等問題。因此,對(duì)智慧工地的研究和應(yīng)用應(yīng)當(dāng)更加的深入,應(yīng)當(dāng)充分利用其“智慧”功能,從而改變建筑工程工地管理的現(xiàn)狀[13]。
智慧工地是“互聯(lián)網(wǎng)+”理念與傳統(tǒng)建筑工程領(lǐng)域的深度融合。通過使用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、BIM等信息化手段,實(shí)現(xiàn)互聯(lián)協(xié)作、智能生產(chǎn)、科學(xué)管理智能化的目標(biāo),進(jìn)而對(duì)企業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。建設(shè)智慧工地的意義主要集中在以下幾個(gè)方面。
智慧工地的核心本質(zhì)是智能互聯(lián)。隨著智能終端技術(shù)的不斷創(chuàng)新,其應(yīng)用越來越廣泛,企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人力腦力無法完成的海量信息收集、匯總、分析、計(jì)算的局面將不復(fù)存在,企業(yè)總部可輕松應(yīng)對(duì)與其下屬部門交流面廣人少的困境,同時(shí)對(duì)終端的遠(yuǎn)程監(jiān)督將堅(jiān)實(shí)落地。智慧工地在工程項(xiàng)目實(shí)施的過程中,以物聯(lián)智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)以及手段為基礎(chǔ),每一個(gè)子系統(tǒng)終端如同多雙觸手,賦予了終端現(xiàn)場(chǎng)人、機(jī)、料、法、環(huán)等多項(xiàng)要素以智能,對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行精準(zhǔn)的模擬和設(shè)計(jì),增加過程的可視化程度,建立起一套科學(xué)管理智能生產(chǎn)的信息化生態(tài)圈,能夠在出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)及時(shí)追責(zé)并處理,進(jìn)一步保證整個(gè)建筑工程的質(zhì)量。以上是智能互聯(lián)的真實(shí)體現(xiàn),也是構(gòu)建智慧工地的核心所在。在項(xiàng)目實(shí)施過程中,智慧工地以物聯(lián)網(wǎng)智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)和手段為基礎(chǔ)。每個(gè)子系統(tǒng)終端就像多雙觸手,為終端現(xiàn)場(chǎng)的人、機(jī)、物、法、環(huán)境等諸多要素提供智能,使得準(zhǔn)確模擬設(shè)計(jì)整個(gè)施工過程,增加過程的可視化,建立科學(xué)管理智能生產(chǎn)的信息化生態(tài)系統(tǒng),及時(shí)跟蹤追責(zé)和處理質(zhì)量問題,進(jìn)一步保證整個(gè)建筑工程的質(zhì)量。以上即為智能互聯(lián)的真實(shí)體現(xiàn),也是智慧工地建設(shè)的核心所在。
綜合應(yīng)用BIM、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備、智能應(yīng)用等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)[14],讓施工現(xiàn)場(chǎng)更加透徹,更加全面地了解整個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)、難點(diǎn),對(duì)于管理人員分配工作人員和物料有很大的作用,避免資源的浪費(fèi),而且能夠通過視頻監(jiān)控內(nèi)容,提前發(fā)現(xiàn)問題,及時(shí)處理問題,極大的程度上阻止了工作滯后的情況發(fā)生。比如現(xiàn)場(chǎng)人力物力的調(diào)動(dòng),根據(jù)大數(shù)據(jù)的體現(xiàn)和智能化的深入,制定更好的施工方式,讓更多人群去適應(yīng)智慧工地帶來的便利,從而使得工作效率會(huì)越來越高。
將傳統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)域與人工智能、大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)結(jié)合到一起,在智能數(shù)據(jù)采集和科學(xué)分析的基礎(chǔ)上,利用三維設(shè)計(jì)和信息化管理平臺(tái)對(duì)施工過程進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和模擬,建立集成的信息管理模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)施工過程的可視化控制。借助云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、人工智能等手段,對(duì)項(xiàng)目收集、記錄的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析,為項(xiàng)目管理和決策提供數(shù)據(jù)支持,進(jìn)一步優(yōu)化投入資源,創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。有利于搞好企業(yè)內(nèi)部管理和改革。同時(shí),在這些施工現(xiàn)場(chǎng)的建設(shè)中不斷采取創(chuàng)新措施,進(jìn)一步提高企業(yè)內(nèi)部管理的準(zhǔn)確性、深度和廣度,并且進(jìn)一步幫助企業(yè)內(nèi)部的決策分析以及風(fēng)險(xiǎn)管控,能使建筑企業(yè)內(nèi)部的管理模式進(jìn)一步升級(jí)。
智慧工地是利用施工資源對(duì)信息系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)的計(jì)算分析,是一種工廠對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的管理方法,此方法具有現(xiàn)代化、信息化及集成一體化的優(yōu)勢(shì)。形成了以工程建設(shè)項(xiàng)目為主要任務(wù),配合工地員工實(shí)名制考核信息、視頻監(jiān)控信息、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境粉塵檢測(cè)信息和運(yùn)輸車輛監(jiān)測(cè)信息和起重機(jī)械考察信息。共同構(gòu)建出一套企業(yè)、二級(jí)單位、項(xiàng)目三項(xiàng)智慧控制服務(wù)平臺(tái)。
智慧工地項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵條件,是對(duì)監(jiān)管云平臺(tái)的搭建,監(jiān)管云平臺(tái)是數(shù)據(jù)信息綜合分析的靈魂。以創(chuàng)建一個(gè)共享共建、互通互聯(lián)、綜合應(yīng)用的工地監(jiān)管生態(tài)系統(tǒng)為終極目標(biāo)。根據(jù)此建設(shè)思路,再對(duì)相關(guān)人員、機(jī)械設(shè)備、環(huán)境等進(jìn)行更加細(xì)微的監(jiān)管子系統(tǒng),改變之前原有模式的人與人之間,物體之間以及人與物之間各種信息的協(xié)調(diào)整合、共享共用和相互融合,這是新的云平臺(tái)搭建的核心關(guān)鍵。也是智慧工地項(xiàng)目成功的保障[15]。
項(xiàng)目的正常穩(wěn)定地推進(jìn)需要做到幾點(diǎn),一是對(duì)于體制系統(tǒng)的完善,只有體制系統(tǒng)完善了才能提高工作效率,需要相關(guān)部門將智慧工地的建設(shè)成果歸算到相關(guān)個(gè)人的考核之中,制定一套獎(jiǎng)懲措施。二是輿論宣傳,需要進(jìn)行大力宣傳和普及。宣傳的形式可以通過組織實(shí)地觀看效果和舉辦交談會(huì)等多種形式,需要加強(qiáng)各單位之間和單位內(nèi)部之間對(duì)于智慧工地建設(shè)思路的認(rèn)同,并積極引導(dǎo)大家參與進(jìn)來,將大家的智慧集中起來,共同創(chuàng)建更加科學(xué)合理的智慧工地。
實(shí)名監(jiān)督系統(tǒng)如圖3所示。企業(yè)對(duì)工地人員進(jìn)行考核的方法采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),并且建立相關(guān)管理應(yīng)用平臺(tái)來更加完善解決各方面群體的管理問題,做到既可以對(duì)工地工作人員的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、共享和利用,又可以減少勞務(wù)糾紛事件的發(fā)生,這完全符合公司對(duì)于員工管理的要求,可以大大提高勞務(wù)管理的效率,進(jìn)而使企業(yè)的合作協(xié)調(diào)和勞動(dòng)力資源共享的優(yōu)勢(shì)更充分地發(fā)揮出來,從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的遠(yuǎn)大目標(biāo)。
圖3 農(nóng)民工實(shí)名制監(jiān)管系統(tǒng)
勞務(wù)管理是在研究智慧工地項(xiàng)目中不可或缺的一部分。在施工期間,對(duì)于施工地應(yīng)進(jìn)行封閉圍欄,在施工出入口配備人臉識(shí)別系統(tǒng)門禁并配備全套監(jiān)控設(shè)備,保證外來人員不能進(jìn)入到施工場(chǎng)地。
企業(yè)進(jìn)行勞務(wù)人員的實(shí)名制及個(gè)人身份信息的統(tǒng)計(jì)確認(rèn),再根據(jù)工人的身份信息,對(duì)其進(jìn)行工種、性別、年齡等各方面劃分,從而進(jìn)行團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化[16]。建立的勞務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析,可以準(zhǔn)確地繪制勞動(dòng)力分布曲線,根據(jù)曲線就可以更加合理地在不同時(shí)間段內(nèi)分配勞動(dòng)力,優(yōu)化了勞動(dòng)力使用,可以有效地避免出工不出力的情況。采用虹膜系統(tǒng)門禁不僅可以防止外來無關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng),也可以有效地對(duì)施工人員進(jìn)行考勤打卡,督促了施工人員的工作,也在一定程度上避免了工資結(jié)算可能出現(xiàn)的勞資糾紛[17-18]。
近些年,全國(guó)各地管理單位,正在逐漸將揚(yáng)塵、噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)歸入到傳統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)域施工要求之中,管控內(nèi)容包括大氣顆粒物濃度、環(huán)境溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓及噪聲等多項(xiàng)環(huán)境參數(shù),監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器、數(shù)據(jù)顯示器、無線傳輸、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和信息監(jiān)控管理系統(tǒng)構(gòu)成的,依靠自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的相關(guān)設(shè)備,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)范圍內(nèi)的環(huán)境指標(biāo)問題進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè),及時(shí)將結(jié)果傳入終端的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),相關(guān)負(fù)責(zé)人將通過智能電子設(shè)備在第一時(shí)間收到參數(shù),并立即進(jìn)行相應(yīng)的處理(見圖4)。從而減少了相關(guān)管理人員需要按時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)查看相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù),通過記錄、計(jì)算再進(jìn)行相關(guān)解決方案的制定,同時(shí),系統(tǒng)應(yīng)設(shè)定各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的上限報(bào)警值,達(dá)到上限后第一時(shí)間報(bào)警,實(shí)現(xiàn)全方位綜合處理。使各相關(guān)部門可以在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,實(shí)時(shí)地掌握現(xiàn)場(chǎng)的工作開展情況。
圖4 環(huán)境控制系統(tǒng)
例如浙江臺(tái)州移動(dòng)智慧工地項(xiàng)目,2019年4月中國(guó)移動(dòng)與臺(tái)州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局簽訂合同,服務(wù)期限三年。該項(xiàng)目是臺(tái)州移動(dòng)投資建設(shè)的基于5G、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù),實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)管理業(yè)務(wù)所需各種應(yīng)用的云平臺(tái)。住建管理部門及各施工和建設(shè)單位均以本項(xiàng)目平臺(tái)作為唯一出入口進(jìn)行接入和監(jiān)管。其中的揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)具備以下優(yōu)點(diǎn):
(1)技術(shù)先進(jìn)性。采用當(dāng)今最前沿的工業(yè)級(jí)NB-IoT智能終端設(shè)備,打破以專線、藍(lán)牙、RFID射頻技術(shù)為主的傳統(tǒng)做法,既提升了施工靈活性和便利性,又降低了企業(yè)成本(見圖5)。
圖5 智慧工地高效運(yùn)轉(zhuǎn)原理圖
(2)改善民生。聯(lián)合環(huán)保部門,響應(yīng)政府“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”計(jì)劃,全省首個(gè)有效解決工地環(huán)境污染防控和治理的信息化項(xiàng)目;實(shí)時(shí)有效監(jiān)管,24小時(shí)在線的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)異動(dòng)自動(dòng)報(bào)警,使政府不再依靠抽檢等落后手段,改善監(jiān)管成本和效率。
(3)物聯(lián)網(wǎng)收入。首批建設(shè)162家重點(diǎn)工地,帶來物聯(lián)網(wǎng)收入200萬。
“智慧城市”概念和應(yīng)用逐漸普及之后,諸多國(guó)家將依照本國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r制定智慧城市實(shí)施方案,如新加坡的“智慧國(guó)計(jì)劃”、韓國(guó)的“U-CITY計(jì)劃”。隨著智慧城市的構(gòu)建逐漸走向精細(xì)化,出現(xiàn)了很多細(xì)分的智慧行業(yè),其中工程建設(shè)領(lǐng)域的信息化、智慧化發(fā)展最為突出。由智慧城市衍生出智慧工地項(xiàng)目水到渠成。
在這種趨勢(shì)下,智慧工地的內(nèi)涵正在被人們更為精準(zhǔn)的認(rèn)知理解,從而構(gòu)造符合實(shí)際情況的智慧工地的設(shè)計(jì)和實(shí)施的原則,在原則的指導(dǎo)下合理化地推進(jìn)智慧工地項(xiàng)目建設(shè)。
基于互聯(lián)網(wǎng)+下的智慧工地項(xiàng)目,采用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),為傳統(tǒng)的工程建設(shè)領(lǐng)域帶來信息技術(shù)的全面革新?;ヂ?lián)網(wǎng)+下的智慧工地利于行業(yè)的良性發(fā)展,同時(shí)也是一項(xiàng)規(guī)模宏大,任務(wù)艱巨的系統(tǒng)工程。作為智慧城市中最重要的一環(huán),智慧工地的發(fā)展應(yīng)當(dāng)大膽創(chuàng)新,萬眾聯(lián)合,從而為傳統(tǒng)建筑行業(yè)這一偉大變革添磚加瓦,為中國(guó)夢(mèng)、安全夢(mèng)保駕護(hù)航。