冯 帆，罗乾鹏
（中铁建电气化局集团南方工程有限公司，湖北 武汉 430000）
工程建设项目涉及众多单位，包括业主方、设计院、施工总承包商、各子分包商、监理等。各单位在施工生产工作中需要频繁沟通，共享信息并协同合作，但各参建方使用的项目管理系统相对分散和独立，无法达到信息共享和协同办公，工作效率比较低下。
不同的项目需要的信息化功能往往也不一致，定制化开发正成为信息化项目发展的趋势，但面对众多参与单位和部门，系统个性化也存在着较多的分歧。一方面，需要根据使用单位的需求，充分调研后对系统架构进行重构，增加了较多的时间和人力成本；
另一方面，一个项目的建设周期一般也仅有几年，完工后便不再使用。
信息化系统赋能施工项目有限，传统的工程项目更习惯于以往的工作方式，面对新的信息化管理模式，需要学习成本，甚至产生抵触心理。建筑项目的参建单位众多，对信息化的推进重视程度不同，其中一方的信息滞后可能导致多方的数据不同步。
基于当前的建设工程信息化发展现状，在传统的工地管理方式上，需要迫切建立一种既符合现场实际施工需求又智能化的信息管理系统。
城市信息模型(CIM）采用GIS技术，通过物联网(IoT）技术将建筑信息模型(BIM）进行三维可视化和场景展示，实现从城市到城区、街道以及楼房的各级展示，构建出城市的三维信息以及时空数据综合体。
基于CIM的智慧工地系统是在城市信息模型的基础上，围绕施工现场管理，通过三维立体技术对工程建设项目进行模型化处理，建立起工地建筑物、生产机械设备、施工物料、人员等三维数字模型，表达和管理工地现场三维空间。该系统将平台数字化数据和实际施工现场的工程信息形成数据仓库，经大数据技术处理后，提供数据统计和趋势预测，为建设工程的设计、施工、使用、维护等提供基础性的操作和可视化的管理平台，满足施工、物资、安全、监管等的应用需求，提升建设项目的精确高效生产管理水平，促进建筑企业转型升级，实现施工过程的“高效、安全、规范、环保、智能、精细”发展目标。
统一建设项目基础信息管理，将分散在各业务系统中的项目信息整合到统一的系统，如图1所示，做到项目报建统一入口，项目审批过程信息统一对接，项目基础信息变更统一维护，与发改委、自然资源局、审批局对接，获取项目的立项信息、土地信息、规划信息、审批信息，完善项目基础数据，保证基础信息的准确性。
图1 系统设计
3.1 施工现场综合管理系统
施工现场综合管理系统主要由现场监测监控子系统、现场人员管理子系统、工程物资管理子系统、机械设备管理子系统等组成。各子系统之间相互协同应用，构成施工现场一体化的管理系统。
3.1.1 现场监测监控子系统
感知监测管理，通过前端感知设备实时显示各监测点的行为数据，利用大数据分析技术，对采集的数据进行分类研判以及连续的挖掘分析，最终以图形可视化的形式直观展示。
自动预警管理，当感知设备实测数据超出预设参数标准值范围时，平台自主判断，定位故障点位，并第一时间发出告警信号，通知系统设定的指定人员进行现场处理。
视频监控管理，使用“边缘计算技术＋智能终端摄像头”对施工现场进行实时监控，重点监测危大工程施工现场工作人员及环境状况，如深基坑、地下暗挖等超过一定规模的危险性较大工程；
对现场人员的不文明行为，如未戴安全帽、未穿反光衣等，第一时间进行语音形式告警，同时系统自动进行文明施工的考核；
对施工现场监控到的关键影像备份留存，自动分类标记。
通过传感器监测钢丝绳内部断丝、断股等损伤情况，实现钢丝绳安全状态自动化监测，实现远程监管，
实时传输数据至智慧工地管理平台。使用设备检测工地中使用的钢丝绳，并上传系统，上传数据包括项目工地、时间、检测人、检测时间、检测钢丝绳所属设备编号以及检测结果；
系统根据设定的检测指标要求，对检测数据进行比对，筛选出不同风险评级的数据；
监督部门根据评级下发限时整改要求；
对逾期未上报的工地进行系统自动预警。
塔机激光定位系统是通过安装在塔吊小车上的激光发射器实现精准定位，其夜视效果清晰，能辅助驾驶员在夜间施工环境下准确定位吊钩位置，保障塔机安全，并将吊钩每次变动的相对位置数据传送到智慧工地平台。
在架体加装传感器，能实时监测架体的水平位移、倾斜数据，避免出现超出规范要求的情况，并上传至智慧工地管理平台。基于物联网技术和传感技术的结合，对悬挑架的工字钢支撑沉降绕曲和架体的水平位移进行重点监测，包括重力实时监测模块、预警控制模块、异常报警模块和施工方案调整模块等。通过无线组网和压力传感器装置，随时监测脚手架架体的压力变化、倾斜角度变化、位移变化等非常规性变化，一旦有异常变化发生，系统会自动报警，提示负责人调整施工方案。从而实现早发现问题，早应对、早预防，解决现有脚手架体系存在的诸多不足，推进脚手架体系施工信息化建设，减少和预防脚手架坍塌等施工事故。
3.1.2 现场人员管理子系统
系统实行实名制登记。进入现场的人员通过身份证刷卡登记，并人脸识别比对，建立人员数据库，同时可以完善工作岗位、职业证书、培训经历等信息。通过上场人脸识别系统记录人员的考勤信息，自动生成每名人员的考勤数据，能对农民工进行考勤，并通过接口将考勤数据定期上传到需要数据上传的对应系统。考勤管理系统支持多维度条件查询，支持查询月度考勤、当日考勤明细、考勤信息统计、考勤与工资单对比等。
现场人员定位。智能安全帽与现场人员相对应，基于终端的定位设施实时监控人员的位置、分布情况，行动轨迹记录在三维模型中，管理者通过可视化平台进行远程管理。
安全帽防护。基于终端的智能算法芯片，识别现场工作人员脱帽、跌倒、坠落等行为，便于管理者在接收预警后第一时间组织应急预案，保障现场人员安全。
教育培训。结合AR/VR产品，在较为重要的工序开工前，对操作人员进行虚实结合沉浸式的安全技术交底，增强员工的安全意识和技能水平。同时，将现场交底的时间、人员、资料等信息自动留底保存。
3.1.3 工程物资管理子系统
在传统的建筑工程项目中，对物资材料的管理大多仅依靠Excel等表格汇总，可控性不强，在数据共享和实时管控中受限。基于工程物资管理系统，在材料进场前，对供货物资的原产地、货物制造生产情况、材料运输状态等进行实时监控，管理人员掌握材料制造运输情况后，结合现场进展，对材料供应进行有效管控。进场材料的验收，通过移动终端设备进行扫码点验，将材料规格型号、到货数量、产品合格证等物资信息与提前录入系统的进货需求进行比对，自动生成到货验收报告，对材料供应不足或不合格批次可通过应用形成的报告链接推送至厂商端。
3.1.4 机械设备管理子系统
在机械设备管理方面，通过平台对工程施工进度计划进行建模，三维展示各进度节点的实时工程形象，对机械设备调度做出周密部署。机械设备进场时，每台设备安装特制的前端感知装置，通过上传的数据掌握进场机械设备的位置、速度、油耗、温度等工况信息，对机械设备的使用进行全面管理，保障项目利益。
3.2 大数据分析系统
大数据分析系统通过建立数据仓库、数据服务共享、数据接口等方式汇聚、联接、融合各种数据源［1］，从施工现场管理的进度控制、工序安排、资料归档等多个方面进行综合考虑，采集人、机、料、法、环5方面要素特征的相关数据［2］，同时从不同维度对数据进行结构化、标准化处理，最终通过机器学习、仿真模拟等大数据分析技术挖掘规律，做出合理决策和预测，辅佐管理人员对施工现场精细化管理，进而保障施工进度的有序推进。
3.3 可视化系统
可视化系统是在CIM的基础上，建立起建设工程与城市空间、物质、环境、功能、文化等方面的有机同构［3］，采用符合实际区域的仿真地貌地形图，从不同的维度对城市和建设工程模型进行立体化展现。
基于CIM的智慧工地系统，通过数据可视化技术，使得工程感知数据与空间位置实时对应，提供数据统计分析图形图表、提示预警、发展趋势等，最终通过运营指挥中心大屏动态展示，辅助工程管理人员掌握全面信息并提供决策。同时基于CIM平台数据开放性的特点，接入政府、住建部门、建筑企业等，为各方提供实时性的建设数据，在更高的层次对项目进行监督管理和布局。
3.4 协同工作系统
协同办公是智慧工地系统运行的基础功能，可对用户角色、组织架构、功能权限、流程审批等系统基础性功能进行管理。在系统设置中，系统管理人员可以方便地进行系统配置调整，使之适应不同特点的施工现场管理，并可在使用过程中不断变更系统配置，无需研发者过多介入。协同办公系统提供标准数据接口，便于各模块数据的对接共享。
协同工作系统中的预警管理子系统可以实现对项目建设过程中各步骤不符合规定的操作进行预警，为监管部门、建设、监理、总包、分包、银行等单位提供实时监管信息。包括对总包企业规定时间内不发工资发出预警，对监理人员规定时间内不到工地发出预警；
提醒监管部门、关联单位审核工程项目相关流程，提醒合同企业各单位按时提交考勤，提醒银行资金收付等。通过触发预先设定的预警条件发出告警，对相关指令进行对应处理后消除告警。系统还对各类预警进行数据统计全面的分析。
智慧工地是数字经济大环境下，建筑施工行业转型升级发展的有利支撑。面对新领域新形势，探索智慧城市新趋势，借助基于城市信息管理模型发展工地数字化、智能化新模式是未来发展的必然方向。通过基于CIM的智慧工地管理平台，施工现场人员工作更加合理高效，项目管理更加精准，项目各参建单位信息始终保持共享和工作协同，行业监管与服务更加透明和高效，建筑业的发展更加现代化和智能化。
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