基于精益管理理念的数字工地建设探析

涂文通

（福建省烟草公司三明市公司）

1 引言

我国的传统建筑行业中一直存在着的生产效率低、资源消耗高、资源利用率低、能耗大、对环境污染严重等问题。随着互联网技术和信息工程技术在各个领域的延伸和应用，同时为响应国家“十三五”规划的对于建筑业经济、绿色、美观建筑等工程目标，打造数字化工地建设已经成为目前建筑施工领域的新目标和要求。建立和完善数字工地是目前建筑行业重点研究课题。

2 数字工地的现状

2.1 数字工地概念

“数字工地”是指数字化、虚拟的工地。数字工地通过信息技术手段将工地施工相关信息按一定逻辑进行重新组织，借助互联网技术实现对工地动态变化的信息监控，从而实现轻松定位、查询和分析工地信息。在建筑工程项目的施工现场为每一位从业的人员配置智能移动设备，在工程的施工过程中，施工管理人员可以利用移动设备中的各类施工相关的APP应用，实时了解工程项目的进程，掌握施工现场的基本数据和工程资料，采集动态数据，在通过互联网云端服务期将采集的信息在工程内共享和传播。通过这套数字工地系统，从现场施工人员到上级办公管理人员都能够了解和掌握施工场景、进度以及施工过程中出现的紧急情况[1]。

2.2 数字工地类型

现有数字工地系统类型主要可分为信息收集、质量监督、信息管理三大类。信息管理类主要是利用现代化技术手段收集施工现场的图片、视频以及文字等资料。比如，某市的通过在建筑工地装置高清摄像头将施工过程以实时直播的形式投射在监管人员的显示终端上，管理人员可以通过视频信息有效管理施工现场。质量监督类是指政府相关的工程质量监管部门通过联网监控系统对辖区内的建设工程进行远程监控。信息管理类是指政府相关管理机构对施工过程中涉及的法律法规、相关政策以及突发情况进行宏观管理的系统。

3 数字工地建设的技术核心及现状

建筑信息模型技术（BIM）是能够实现建筑信息的集成的技术手段，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息汇总在信息数据库中。设计团队、施工单位、设施运营部门等各方人员可以基于BIM平台进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。当前我国建筑业中已有多种信息化技术在工程建设中应用，如射频识别（RFID）、物联网、虚拟现实（VR）等，但缺少BIM技术的利用。

4 基于BIM技术的数字工地管理和建设

4.1 数字化工地架构及功能概述

数字化工地架构一般包括数字化监控系统、数字化管片管理系统以及数字化物资管理系统。其中监控系统又包括门禁管理、视频管理和人员定位等子系统。

1）数字化工地系统运行原理

数字化监控系统在传统的门禁、摄像监控系统中融入RFID射频识别技术，形成数字化人员定位考勤系统的数字化工地管理平台。利用RFID人员定位系统可以实时掌握施工人员动态和位置，了解施工项目的安全情况，同时为施工安全提供了追溯可能，有利于施工安全预警和危险控制[2]。

2）数字化工地系统运行过程

通过数字化监控系统，在施工现场人员达到场地时，首先要进行原始数据的收集，对进场的人员进行基本数据记录，包括姓名、户籍、身份证号码、联系方式、保险情况、身体健康情况以及从业资格证等。在记录和整理好人员基本信息后，对施工人员发放IC信息卡，并将记录个人信息的芯片植入施工人员的安全头盔上。

4.2 基于BIM的智慧工地管理体系组成

建筑施工现场的管理包括资源合理利用、结构确定、进度控制和工序调整等各个方面的内容。通过建设数字工地系统体系可以将工程项目的重点放在核心功能的建设上，有利于项目工程高效、精准的推进。本文提出的BIM数字工地的体系架构包括三个系统，分别是VR/AR精度施工子系统、Petri—Net动态施工子系统以及施工进度子系统。

1） VR/AR精度施工子系统

开放的VR/AR精度施工子系统具有模拟现场实景的功能，通过计算机模拟技术建立虚拟现场，进而实现对施工现场的精准管理。。VR/AR精度施工子系统可以实现对施工现场的各类数据信息实时、高效、精准的采集和反馈[3]。

2） Petri—Net动态施工子系统

Petri—Net动态施工子系统是在Petri数据网的基础上实现的，借助数据丰富Petri数据网能够实现建筑工程动态管理。在主体工程中将某一工序过程设为Petri数据网中的有限位置集P，将变化率设置为变迁P，再根据具体情况将施工人数、施工时间等参数设定为变量。

3）施工进度子系统

施工进度子系统能够利用BIM模型和建筑实体的数据信息修复不同环境条件下信息的隔离，实时管理工程进度，反映工程动态信息。该子系统的设计基于高细节层次的BIM模型，分为感知层、传输层、应用层及控制层。感知层主要运用GIS技术，RFID射频技术和GPS技术对施工现场进行信息采集。传输层主要利用智能终端，借助互联网和云计算平台，实现施工信息的传递、共享和存储。应用层以增强现实和虚拟现实为核心，搭建信息双向流动通道。控制层一般基于工序进程，操作人员在理解前三个层面的基础上，针对数字工地上的安全风险、进度推进进行综合管理。

BIM通过立体化建模能够精确计算施工项目的进程以及控制成本计算，在BIM平台上通过整合相关资源信息可以合理安排工程资源。基于BIM平台能够实现对施工现场环境智能化监控，工程相关信息会全面地存储在信息平台中，从而实现对工地的实时监控，有效杜绝安全事故的发生。

4.3 基于BIM技术的设计优化模式

1）结构优化

结构优化是保证建筑结构安全性的必要条件。通过对建筑的结构进行优化，可以使得建筑的受力结构、材料选择以及布局更加合理。目前主要采用的结构优化法是以单一指标为变量，经过系统分析后得出不同结构下的其他值的变量，通过比较找到最优优化方案。

2）能耗优化

随着我国生态文明建设的推进，建筑能耗控制具有重要意义。应在建筑建设阶段通过选择合理的建筑结构，确定合适的能耗材料来提高建筑资源利用率。能耗优化设计可以缩减建筑工程项目的成本，实现建筑行业的可持续发展。

4.4 BIM技术在智慧工地建设中的应用障碍及对策

在数字工地的建设过程中，BIM技术的应用是需要首要考虑的问题。BIM技术是数字工地建设的核心，是数字工地建设的必要前提。想要将BIM技术的最大化发挥出来就需要结合其他工程领域新技术。但从目前施工项目情况分析来看，BIM技术的应用尚不成熟。

从技术角度分析，数字工地建设不但需要BIM技术的合理应用，更需要与其他现代科学技术融合，因而需要加快BIM技术的二次开发和研究，重点培养相关领域的专业人才。从宏观管理角度考虑，工程项目的施工现场BIM技术开展情况不尽相同，部分主体对于BIM技术的重视程度不高。各方主体又是数字工地整体建设过程中不能够缺少的环节，因而需要加快制定和完善相关制度和政策，提高BIM技术的宣传力度，对各部分主体加以规范和鼓励，推动BIM技术的顺利开展。

5 结语

结合了先进技术的BIM理念技术以问题为导向，将传统建筑施工中的遇到问题、解决问题转变为现在的主动发现/预防问题、解决问题，为数字工地建设提供了强大动力。在数字工地平台的支持下，施工项目的相关管理人员和一线工作人员可以轻松实现同时对不同工地、多个现场的统一协调和管理，在一定程度上也直接推动了工业建筑施工技术的发展，推动了建筑行业的稳定持续前行。