基于云技术的智慧化项目施工管理研究*

陈 刚，金树楼，张 蔚，马小波

(1.中建八局第三建设有限公司，江苏 南京 210046； 2.中建安装集团有限公司，江苏 南京 210046； 3.江苏省建筑安全监督总站, 江苏 南京 210000)

0 引言

随着互联网和数字技术应用的加速渗透，建筑业迎来大数据时代，云技术为施工项目不同管理因素积累大量管理数据。江苏省数字工地智慧安监试点工作以新需求为驱动，以新科技和新平台为依托，结合施工现场管理资源要素的渗透与融合，最终实现安全、进度、质量、技术、成本及绿色施工多方位管理水平的提升。

智慧工地的内涵是借助物联网、云计算及云数据分析等信息化技术手段，融合人、机、物核心系统，通过互联网技术实现施工现场不同因素的智慧化管理。2005年，阿姆斯特丹[1]最早开始智慧城市的建设，并致力于发展最新的通信技术、建设最新网络。2009年，英国[2]和美国[3]相继提出城市信息化概念，着重建设智慧城市、智慧之都。

国内对智慧工地的研究起步稍晚，1990—2005年，逐步在一线人员中普及CAD与工程预算等软件[4-5]。2006—2012年，基于互联网技术的集成化项目管理系统开始兴起，建筑业积极推进企业资源计划ERP(entrise resource planning)[6]，以企业、项目、施工现场为架构实现全面信息化管理。2013年至今，BIM、移动传感、物联网、大数据、云计算等信息技术蓬勃发展[7-11]，被逐步应用于建筑业集成化项目管理系统。

1 现有智能设备及软件

智慧工地是项目管理、BIM、物联网、大数据和云计算等信息化技术的综合应用，结合现场应用情况，可发现不同管理因素中，不同信息化系统对应的智能设备及软件不同：①安全管理 智能设备包括智能安全帽、实名制考勤设备、VR交互设备、巡更设备、高清摄像头，幅度、高度、载重、风速、力矩传感器，水位、轴力、应力、变形传感器，指纹及人脸识别设备、智能报警设备、防缺失报警设备等；软件包含实名制管理软件、现场人员定位软件、VR虚拟安全教育软件、远程视频监控平台软件、起重机械安全监控平台软件、升降机安全监控平台软件、卸料平台安全监控软件、基坑监测数据平台软件、模板脚手架安全计算软件、临边防护安全监控平台软件、施工现场电子巡更系统软件等；②绿色施工管理 智能设备包含智能称重设备、车牌识别设备、智能计量设备、扬尘噪声监测设备、智能降尘设备、水电智能监测设备、水质监测设备、雨水回收设备等；软件包括自动称重系统软件、扬尘噪声监控平台软件、钢筋翻样软件、临时场地布置软件、水电智能监测平台软件、BIM协同管理软件等；③进度、技术、质量、成本管理 智能设备如无人机、高清摄像头；软件包含AutoCAD, Revit, Tekla, 3Dmax, MagiCAD、广联达算量、Project、斑马计划、BIM5D、互联网+、资料协同等。

2 研究思路

建筑项目施工管理的全面智慧化立足于数字工地建设，包含BIM、移动传感、物联网、云存储、云计算及互联网等信息技术的应用。

将单个建筑项目施工体系管理智慧化抽象成一棵树，即管理智慧树，树根为数据感知前端，树干为具有数据存储与计算功能的云服务器中枢，树枝为经过处理、分析、筛选后的结果表现末端，包括安全管理、进度管理、质量管理、技术管理、成本管理、绿色施工管理。

首先运用移动传感设备感知前端监测的实时数据，借助物联网技术将原始数据实时传输至云服务器，云服务器经过存储、计算、分析、处理等环节，将属于安全管理、进度管理、质量管理、技术管理、成本管理及绿色施工管理的数据结果，分别呈现给施工体系管理人员，为管理人员决策提供数据参考，通过一定的循环处理，最终实现建筑项目施工体系管理品质的全方位提升。

1)基础数据采集 作为数据感知前端，基础数据采集的实时性和准确性至关重要。首先，结合BIM，制定合理、高效、经济的数据监测点布设方案；其次，采用高精度移动传感设备，实时获取监测端数据，并对异常数据进行滤波降噪处理。

2)云存储与云计算 基于物联网技术，将经过滤波处理后的数据传输至指定云服务器，云服务器分仓存储接收到的数据，保证数据连续性和完整性。不同子系统运行原理不同，前端采集的数据类型也不同，而不同的数据类型会导致数据计算标准不一致，云服务器根据不同计算要求采用集群式或分布式，对不同管理数据进行逻辑计算处理。

3)智慧云处理 基于云服务器存储的基础数据，植入上层高端程序，对多个监测端的并列数据链进行封装处理，并通过特定数据表现形式呈现于云平台前端。

4)体系管理 针对安全、进度、质量、技术、成本及绿色施工管理等体系，将对应的感知端数据发送至统一的云服务器，并通过上层高端程序对各管理数据进行二次封装处理，最后以最直观的表现方式展示给管理层，供管理层决策指导。基于云技术的智慧化施工管理如图1所示。

图1 基于云技术的智慧化施工管理

3 实施方案

通过信息化手段，综合利用移动传感、物联网、BIM、云存储、云计算、大数据等技术，建立人员管理、机械设备管理、质量管理、技术管理、协同管理、智能决策和信息共享的信息化系统，实现云和端的连接及大数据的实时传输。

围绕人、机、料、法、环要素开展全方位实时监控管理，变被动监督为主动监控，如图2所示。

图2 5大管理要素应用分布

3.1 安全管理智慧化

1)人员管理 通过智能安全帽、信号基站、实名制指纹或人脸识别设备、VR交互设备及高清摄像头，可实现基础数据采集，包括从业人员的身份信息、人员定位信息、安全教育状态、作业面工作现状等，通过网络传输至云端服务器进行存储后，结合实名制管理、安全帽定位、VR虚拟安全教育、远程视频监控等云计算软件系统后端对基础数据进行处理分析；最后将数据处理结果以文字、图表、图像方式展示在云计算软件系统前端，供安全管理人员决策。

2)设备管理 通过传感器采集机械设备的幅度、高度、载重、应力、变形、倾角等基础数据，在数据采集箱中对采集的基础数据进行滤波降噪处理后，通过网络传输至云端服务器进行存储，并结合起重机械安全监控、升降机安全监控、卸料平台安全监控等云计算软件系统后端处理分析数据，再由前端界面进行直观展示。

3)重大危险源管理 通过高支模传感器、临边防护防缺失设备等采集地下水位、基坑支护结构应力应变、模架支撑节点应力应变、临边防护状态参数等监测要素基础数据，在数据采集箱或信号基站对采集的基础数据进行降噪处理后，发送至云端服务器。最后结合基坑安全监控、高支模安全监控、临边防护安全监控等云计算软件系统后端处理分析数据，由软件前端呈现地下水位、应力、应变随时间的变化曲线，以及基坑、高支模与临边防护的安全预警情况。

对人员、设备、重大危险源进行智慧化管理，可最大程度减少安全管理工作程序，集成化平台下的云计算前端界面预警功能有助于安全管理人员及时发现安全隐患并加以控制，提高安全管理效率。

3.2 进度、质量、技术、成本管理智慧化

进度管理智慧化主要体现在施工进度计划的预见性，通过无人机、高清摄像头等智能设备跟踪拍摄施工进度关键节点，随施工工期记录施工现场情况。通过斑马计划、Project等软件动态调整施工进度计划，确保最优状态下的关键线路。

质量、技术、成本管理智慧化主要体现于施工现场的信息化程度，先通过AutoCAD，Revit，Tekla，3DMax，MagiCAD、广联达算量等多专业建模软件建立数字工地信息模型，再通过BIM5D、互联网+、Naviswork等整合各专业信息模型，并与质量、技术、成本、物资等管理体系相融合，实现质量、技术、成本管理的智慧化。

3.3 绿色施工管理智慧化

1)环境保护 通过扬尘噪声监测设备、水质监测设备采集现场空气质量基础数据和临时排水排污的水质数据，数据通过网络传输至云端服务器，经监测软件后端处理分析后，在软件前端界面展示实时监测数据及数据变化曲线。当扬尘监测数据超过一定的空气质量控制阈值，将第一时间联动施工现场降尘设备，净化场内空气。水质监测可及时发现不合规排污现象，有效扼制水质污染的扩散。

2)节材与材料资源利用 通过智能称重设备、车牌识别设备、智能计量设备采集现场物料及车辆基础数据，经数据采集箱降噪处理后发送至云端服务器进行存储，通过自动称重、自动计量等云计算软件系统后端处理数据，再由前端展示物料进出场记录及数量统计结果。通过BIM钢筋翻样软件提前优化钢筋下料，从而精细化管控施工现场的钢筋。

3)节地、节水、节能 通过BIM时场地布置软件优化部署临时场地，减少土地资源浪费，确保施工条理有序。通过水、电智能监测设备实时采集临时用水、用电的基础数据，并通过网络传输至云端服务器，再经水、电智能监测云计算软件系统后端处理分析，由前端界面展示不同阶段、不同区域的临时用水、用电情况。专门设置报警程序，从而实现临时用水、用电的智慧化管理，减少水电异常情况。

4 结语

本文详细阐述智慧工地在建筑施工现场安全、进度、管理、技术、成本及绿色施工管理方面的应用，列举多种智能子系统的硬件设备和软件系统，从基础数据采集、云端数据传输、存储、计算、处理、分析等环节，深入研究建筑项目施工管理体系的智慧化应用。

1)智慧工地在建筑施工行业中具有可推广性，多元化管理融合的智慧工地建设具有重要价值。

2)智慧工地在安全管理和绿色施工管理中的应用优先于进度、技术、质量、成本管理。

3)无线网络传输是智慧工地建设的重要环节。在即将到来的5G和AI时代，5G从边缘到云端是目前最理想的连接。通过5G连接，将决策、规划部分放到云端处理，从边缘端到云端加倍赋能，让AI算法有能力提取出相应的关联并提升自己。5G是万物互联的基石，AI是互联网的助推器，二者作为新时代的生产力，当与建筑业剧烈碰撞后，将给建筑业的生产方式、管理模式带来巨大变化。