以绿色施工评价为导向的信息化绿色施工管控平台研究与框架设计

次晓乐1, 王 静 董建峰 刘 辰

(1.中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京 100083； 2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013)

引言

近年来，智慧工地的概念在工程施工领域已经发展得较为成熟，BIM技术在项目中应用得较为普遍，大家也都对BIM普遍接受，在施工项目中将BIM技术与其他技术如移动互联网、物联网、三维激光扫描、虚拟现实、云计算等技术相结合，非常新颖。然而，技术只是一种工具，而非最终目的。我们使用BIM技术，不应以应用了一项技术作为目的，也不应以技术能够实现的功能作为应用导向。我们更应该理性地看待技术的应用，了解项目自身的需求点，然后再将不同的技术相组合，以解决工程项目遇到的实际问题。举例来说，近年来随着整个社会对于环境保护的逐步重视，各地政府也对传统意义上产生大量污染的建筑工程项目提出了环保要求，而也有很多建筑企业对负责建造的建筑工程项目提出了本公司层级的绿色施工要求。那么，在工程项目中，如何按照现场绿色施工的需求来整合相应的技术，具有研究意义。在“十三五”国家“基于BIM的信息化绿色施工技术研究与示范”课题中，专门进行了绿色施工管控平台的研究。在施工阶段，绿色施工评价对绿色施工具有指引和反馈作用，考虑到施工过程中的管理需求，研发一个以绿色施工评价为导向的施工监管平台显得非常有必要。在平台中，需要进行绿色施工控制的指标可通过某些技术来采集和优化，最后可以对绿色施工情况作出评价。

BIM、VR、AR等新技术已经在施工过程中得到了一定应用。将RFID(无线射频识别技术)与BIM技术结合，可集成应用于施工现场安全监控[1]，有利于提高现场安全管理水平。BIM技术在绿色施工过程中可发挥极大作用，能切实体现在“四节一环保”上[2]。BIM技术与物联网相结合可应用于地下工程施工，有效地保障了施工安全[3]。三维激光扫描技术应用得也很普遍，如进行地形测绘生产地图[4]。“BIM+VR”技术在建筑工程中也实现了创新应用[5]。刘辉[6]等人以宁波中兴大桥为例，讲述了BIM技术结合倾斜摄影、虚拟现实等技术在大型桥梁建设中的集成应用，效果显著。张云翼[7]等人从理论和应用上分别对BIM与有关技术如云计算、大数据、物联网等集成应用进行了综述。新技术的发展是有目共睹的，但技术仅仅是分散的技术，我们也应该进一步探索以具体需求为导向，将各项新技术整合到一个系统或平台，来实现绿色施工及评价的方法。国内研究人员对绿色施工及其评价体系的建立也进行了深入浅出的研究。徐鹏鹏[8]从环境、能源及现场综合管理三方面建立评价体系框架，应用灰色聚类评估法作绿色施工评价。阎文[9]从施工全过程的角度出发，采用层次分析法确定了指标和因素的权重。程三宏[10]从评估组织、经济、技术三方面探讨了如何建立绿色施工评价体系。闫志刚[11]等人通过辨识施工中的污染源，提出了基于我国国情的评价标准与体系。

基于以上现状和研究，本文提出建立以绿色施工评价需求为导向的信息化绿色施工管控平台，结合国家《建筑工程绿色施工评价标准》及其评价表格，同时兼顾当地经济水平、发展现状，并借助研究中建立的评价体系，设定各评价指标与权重，来进行平台的开发研究与框架设计，以期在该平台实现绿色施工智慧管理、控制与智能评价。

1 总体设计功能框架

本信息化绿色施工管控平台以绿色施工评价为导向，根据国家《建筑工程绿色施工评价标准》，建筑工程绿色施工应根据环境保护、节材与材料资源利用、节水与水资源利用、节能与能源利用和节地与土地资源保护五个要素进行评价[12-13]。

结合绿色施工评价汇总表的内容，通过智慧工地自动采集系统采集现场数据，再分析数据，为平台设定预警值，指标一旦超过预警值则要作出反应，以此实现绿色施工的智能管理，并可导出各种分析报表，再加上设定的其他指标，对绿色施工情况作出评价。

总体框架图可如图1所示。

系统能够按照“绿色施工策划——数据采集——分析预警——数据展示”的逻辑开发针对性功能，给项目服务的同时也要考虑企业的应用。

图1 系统总体功能框架概念图

(1)数据采集支持BIM模型数据提取、硬件自动采集和人工在系统录入两种方式。自动采集设备应包括水表、电表、燃气表、环境监测设备，人员安全、塔吊等监测视情况而定。提取或采集的数据应为定量数据，便于平台根据绿色施工评价标准作出评价。人文关怀如健康关怀、文化关怀、环境关怀等措施的实行则需要人工录入系统，类似的无法定量的定性指标也应根据其特点在系统中根据评价标准设定具体评价值进行相应评价。

(2)分析预警。主要通过与目标值进行对比实现，可通过APP设置与设备联动。

(3)数据展示。系统需要有报表及宏观的展示方式，通过BIM实现数据的集成动态可视化展示，例如水表的位置、报警数据的关联管线、绿色施工监管对象的整体展示等等。

概念图如图1所示。现场绿色施工监控信息化管理宜采用集成管控模式，通过一个绿色施工管理平台对各绿色施工专项监控进行协同管理，统一对所有绿色施工监管信息进行归集、监控、分析与评价预警，最终通过平台，自动对绿色施工的情况作出评价打分。绿色施工信息化监控专项系统监控内容包括环境保护、节材与材料资源利用、节水与水资源利用、节能与能源利用、节地与施工用地保护、质量安全、人文关怀及健康、工程现场等，各监控子系统将采集到的各种数据通过地理信息系统(GIS)、建筑信息模型(BIM)、物联网等手段进行集成、评价、再做出监控和预警[14]，将数据展示在PC端、APP、大屏幕以及触摸屏，项目管理人员可实时监控，并相应作出处理。

2 具体功能模块介绍

国家《建筑工程绿色施工评价标准》要求从“四节一环保”五个方面作评价，因此平台将建立节材、节水、节能、节地及环境保护五大模块，使用各项新技术达到“绿色”要求。通过BIM技术建立的模型，可携带工程所需的多种信息，全面且具体，而绿色施工评价与这些信息密切相关； 除此之外BIM技术还具有三维可视化、模拟优化等的优点，正可以切实地实现资源节约效果，因此BIM技术与绿色施工评价可以完美结合[15]。

绿色施工评价标准中规定的各项工作，我们需要根据某个既定的体系制定各项要素指标评分表，研究评分细则，划分等级结果，对现场情况打分，填表上传至各子系统，在平台设定计算程序，可直接计算出得分，定量地为绿色施工做评价。具体的如水资源利用中可设定评分细则：施工现场要设定循环用水装置，分为优(2分)、良(1分)、差(0分)三个等级，管理人员需切实按现场情况填表上传至节水与水资源利用系统[9]； 而某些可采集、可量化的指标如设定夜间噪声不得高于55dB[16]，若超标，系统可报警，并直接判定此项为0分，相反若始终低于最高限值一定比例(设定为Y，管理人员自定)，则可按比例获得加分，具体计算法则可按当地或本企业指标自己设定，如表1所示。当然，平台的主要任务不仅仅是做评价，更是为了在施工过程中就达到资源匹配最优的目的，采用各种技术，改善环境，真正做到绿色施工。

表1 施工噪音限制及评价

噪音时段昼间夜间评分结果噪音限制值70dB55dB-现场采集结果XX<70(1-Y)X<55(1-Y)2(优)70(1-Y)≤X≤7055(1-Y)≤X≤551(良)X>70X>550(差)并自动作出预警

2.1 环境保护

根据《建筑工程绿色施工评价标准》中关于环境保护指标的评价标准，将施工现场布置情况、人员健康、扬尘、光、噪音、废气等现场信息通过不同方式采集至该信息化绿色施工管控平台，经过分析作出相应处理。具体如下：

(1)平台自动采集施工场地的温度、湿度、风力风速、扬尘、PM2.5、PM10、噪音等数据，在BIM模型中显示监测设备的位置； 对环境卫生情况(包括建筑垃圾、有毒有害废物、厕所等卫生设施之类)的检查照片，通过APP上传。

网络时代高校图书馆如何满足广大师生对信息的需求，在信息时代立于不败之地，已经成为图书馆建设的重中之重，而流通部是图书馆的对外窗口，是图书馆和师生读者之间的桥梁和纽带，是图书馆整体形象的体现，因此做好流通部服务工作，提高服务质量，满足读者在新形势下对图书馆工作的信息化需求，是当前图书馆发展趋势。

图2 平台扬尘监测

(2)在空气污染情况超过国家标准时，自动报警提示。相关人员可以通过平台的移动端或PC端启动现场的雾化喷淋设备，降低施工尘土污染，可远程监控； 在噪声超过标准时，自动报警。

系统自动统计全区域施工现场综合环境指标，并形成全区域每日环境指标分布示意图，设定预警值，一旦超过，立即作出反应(如图3所示)。展示平台中展示全区域施工现场综合环境指标，绿色代表满足要求，红色代表超过要求。预警值类指标的确定及权重可根据当地或本企业或经研究所采用的评价体系来确定。如图4、5所示。将环境保护指标现场实时动态采集的数据做分析与评价，与表1的内容类似，根据项目标准自动计算得分。

图3 环境监测实时曲线

图4 施工现场综合环境指标波动

2.2 节材与材料资源利用

(1)通过物联网地磅监测车辆进场的载货吨数，将数据上传至平台，在BIM模型上显示材料堆放位置，准确展示现场材料信息。采用无线射频识别技术(RFID)与BIM集成，能够帮助材料入库管理、材料库存管理和材料使用管理。通过RFID、图像识别等技术实现构件实时追踪，在平台上显示物料信息，可提高效率，减少材料资源的浪费。

图5 移动端显示样式

(2)施工电梯、塔吊等大型设备各阶段安装状态也可上传至平台，根据构件编号、构件区域、构件类型精确定位每一设备，查看其在现场的状态，如图6所示。

(3)基于BIM模型可实现混凝土结构的钢筋优化排布以及二次结构的砌体、其它装修材料的自动排布，以此来指导施工，亦是材料管理的体现。

(4)材料的选择、节约与资源再生利用等子项的评分逐条根据现场情况人工录入，平台根据特定评价体系的计算法则计算得分。如材料选择一项的评价可如表2所示。

图6 大型设备安装状态展示

表2 材料选择评分

使用绿色、环保材料210临建设施材料可拆迁、回收210采用外加剂等新材料降低水泥用量等210

使用此材料监管子系统，自动真实地记录了材料的进场、在库以及使用状态，实现了施工材料用量的自动化统计，能够辅助材料采购管理与成本管理，提高现场材料的管理水平，具有一定经济效益。

2.3 节水及水资源利用

(2)应用平台对施工现场用水量进行计算和分析，区分自来水水表(生产区、生活区、施工区)和雨水水表(道路、绿化)。

(3)展示平台中展示全区域施工现场综合用水指标，并与当地绿色施工要求进行对比，绿色代表满足要求，红色代表超过要求。可及时发现水资源利用异常，启动应急预案，做出处理。平台能够进行用水指标的统计，提供报表数据查看、打印功能，可按日或按期查看水表记录。采用云计算等手段，综合分析采集的数据，为节水指标作评价。

图8 全区每日电能损耗分布示意图

2.4 节能与能源利用

(1)通过工程项目的智慧工地系统采集施工现场用电量数据(可每小时上报一次)、施工现场耗电指标(按每kwh/m2)数据，以及生活区办公区用电量数据(可每小时上报一次)、生活区办公区耗电指标(按人均)数据。

图7 绿色施工节能管理传输概念

(2)系统自动统计全区域施工现场综合耗电指标及生活区办公区耗电指标，并形成全区每日电能损耗时间分布示意图。

(3)展示平台中展示全区域施工现场综合耗电指标及生活区办公区耗电指标，并与当地绿色施工要求进行对比，绿色代表满足要求，红色代表超过要求。当用电超指标时进行预警提示，并通过手机和PC端提醒现场人员，在场地耗电量超过一定阈值时，报警询问是否断电，及时采取有效措施节约能源。报警方式包括现场声光自动报警、手动报警等。

(4)平台可查看实时用电数据和历史用电数据，提供报表数据查看、打印功能，可按日或按期查看电度记录，并且可以曲线形式展示测点电力参数的实时数据，或绘制选定时间内的用电参数的数据曲线。

图9 塔吊安全监测与预警系统

2.5 节地与土地资源保护

基于BIM模型进行场地布局优化、场地内部和周边道路交通管理和场地绿化等方面的管理，动态管理施工场地。并支持BIM模型中道路长度及面积、绿化面积、办公面积、宿舍面积的自动计算。

(1)基于Revit开发具体场布插件，实现施工场地的三维场地布置、施工现场及周围的交通流线设计。

(2)基于BIM模型自动统计出现场的交通面积比例、绿化面积比例等，为不同的场地布置方案实时提供绿色施工节地评价数据，对绿色施工评价标准规定的硬性场地指标可直接评分，提高绿色施工节地管理水平。

除“四节一环保”五个核心模块功能[18]之外，平台还包括劳务实名制管理、施工现场安全质量巡检系统、特种设备如塔吊、升降机监控系统、深基坑监测系统以及高支模监测子系统，以上各系统组合，构成了一个相对完整的信息化绿色施工管控平台，可基本实现绿色施工现场的智慧管理。

综上所述，该信息化绿色施工管控平台所涵盖的范围较其他智慧工地系统更广、更全面，是多个专项系统的整合。具有两个创新点：一是与BIM结合，在开发的场布软件中建立绿色施工场地布置模型，三维显示现场道路规划、临建、各材料堆场、构件位置、数据采集设备位置等等。场布软件与平台对接，平台需要的数据可直接提取； 二是结合了绿色施工评价标准，最终可直接通过平台得出绿色施工得分。

3 结语

该信息化绿色施工管控平台已基本开发完成，现在正在做山西行政学院(中共山西省委党校)综合教学楼、吉林北山四季越野滑雪场等示范项目的落实实施。由于标准和平台都具有扩展性，平台现有的内容仅仅是现在已经掌握的、应用熟练的一部分，所以还需通过实际应用进行不断完善。在示范项目上应用后可由现场使用者提出相应问题，根据问题再做进一步的研发。

平台不同于简单使用各项新技术的智慧工地系统，而是从绿色施工评价的角度出发，结合“四节一环保”的要求，利用各项新技术实现施工过程中的资源节约与有效管理，最终目的不仅包括施工的管理与控制，还包括绿色施工的评价得分，内容齐全，应用新技术更广泛有效。经验证，平台能够对工程项目实施动态控制和精细化管理，提高绿色施工管理水平和效率，其应用能大大减少绿色施工数据采集的人员成本，最后还可以显示得分，回过头来引导施工，具有一定的使用和参考价值。