地铁智慧工地构建研究及应用分析

林梅

（青岛市市政公用工程质量安全监督站）

1 智慧工地的内涵

1.1 智慧工地的概念

智慧工地是以施工过程的现场管理为出发点，借助云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、建筑信息模型等各类信息技术，与建造技术融合，集成项目全生命周期信息，实现建造过程各利益相关方互联协同、信息共享、安全监测及智能决策的新型信息管理方式。

智慧工地建设的重要意义集中体现在推进工程标准化发展、智能化决策以及施工现场工作效率的提高三个方面[1]。

1.2 智慧工地的范畴

“智慧工地”是基于建设工程项目管理、信息管理和计算机三个学科交叉整合的理念。

建设工程项目是指依法立项的新建、扩建、改建工程。包括策划、勘察、设计、采购、施工、试运行、竣工验收和考核评价等阶段。

建设工程项目信息管理是通过有效的项目信息传输的组织和控制为项目建设提供增值服务。

计算机软件系统设计，典型的多层分布式系统可划分为3个层次。第一层为表现层，用于提供用户界面，一般可通过Web界面或移动客户端实现。第二层为业务层，包含复杂的业务处理规则和流程约束，在中间层服务器实现，为实现智能感知、数据采集，需要利用物联网技术。第三层为数据层，用于数据的集成存储。

2 智慧工地的构建研究

2.1 智慧工地系统的架构层次

智慧工地系统适用的项目需求不同，架构层次划分不同。建筑业典型的比较完整的智慧工地应用架构模式分为5层。智能采集层：对RFID、摄像头、传感器等施工现场设置的装置进行数据采集。通信层：由通信网络组成。数据层：存储项目中的实时和历史数据的数据库系统。应用层：包含人员、成本、进度、安全、质量、环保、物料、设备等系列专业管理系统。用户层：将应用分析结果传递到用户界面，包括项目端、企业端、行业监管端。

2.2 智慧工地关键技术分析

2.2.1 BIM技术

通过建立虚拟的建筑工程三维可视化模型，并为这个模型提供与实际一致的信息库，可帮助实现建筑项目全生命周期信息的集成，项目相关设计、施工、设施运营及业主单位等各方人员进行协同工作，借以提高工作效率、节省资源，实现建筑信息化与智能化[2]。

2.2.2 物联网技术

智慧工地物联网技术通过各类传感器、无线射频识别（RFID）、视频与图像识别、位置定位系统等信息传感设备，按约定的协议，将施工相关物品与网络相连接，进行信息实时收集、交换和通信。

2.2.3 信息传输与处理技术

1）移动互联网技术

是移动通信技术、终端技术和互联网融合的技术，移动互联网可以移动，随时随地随身访问互联网。

2）大数据技术

可以确保数据公共资源的合理分配，能够将各部门的结构性数据在同一平台进行整合利用，使各自之间的利益关系得到具体明确的体现[3]。

3）云计算服务

计算由多台服务器分布式计算协同完成，是互联网技术支持的一项新技术，多人共享计算资源池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件等），给更多用户提供动态和可扩展的各种服务。

2.2.4 智能分析相关技术

1）机器学习

机器学习算法可对视频信号进行处理，实现安全设置状态识别、危险行为识别、现场危险事件预测等。

2）决策理论

不同的理论方法，如竞争型决策分析、风险型决策分析等贯穿于整个建筑施工过程。

3）计算机模拟

建筑工程领域，可利用施工过程模拟，比较不同的施工组织安排，为合理的施工组织设计和工程进度的管理与控制提供支撑。

4）虚拟现实与增强现实技术

虚拟现实（VR）是能够让用户创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术。增强现实（AR）是能够把真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成，并进行一定互动的技术。

VR技术可在实时收集施工现场信息的虚拟建筑模型中进行用户沉浸。AR技术可以利用实时更新的数据，对难以实时获取的施工现场信息进行实时补充。

3 智慧工地的样板建设

3.1 BIM技术应用+智慧建造

3.1.1 工程概况

青岛地铁1号线为南北走向线路，全线共设地下车站41座，线路起至黄岛区峨眉山路站终至城阳区东郭庄站，形成了贯通青岛市南北的快速轨道交通走廊。

3.1.2 应用实践

本项目机电设备安装工程“智慧建造”，依托于地铁1号线工程汽车北站、流亭机场站、庙头站、文阳路站四车站及区间，将BIM技术应用于施工全生命周期，主要应用到的BIM措施有三临布置、方案模拟、可视化技术交底 、工厂化预制、机房设备管线排布优化、模拟设备运输通道、BIM平台应用等。

1）安全管理

①BIM+VR安全教育：让施工人员感同身受，将高空坠物、机械伤害、触电、火灾等场景通过VR的形式体现出来，让施工人员更直观、印象更深刻。

②三临”规划设置：通过场景漫游，提前发现安全隐患或者事故易发点，在施工之前有效减少不安全因素。

2）质量管理

①可视化交底：BIM可视化交底采用动画形式，提高交底质量。

②样板方案模拟：工艺样板墙BIM模型，直观展现风、水、电及砌筑装修专业施工工艺标准（见图1）。

③管线调整排布

地铁车站各专业管线多，排布复杂，利用BIM模型综合调整排布，既满足了空间要求，又整齐美观，还可以在满足设计要求的基础上最大程度节省材料。

3.2 智慧工地集成平台

3.2.1 工程概况

青岛地铁6号线一期工程，全线共设地下车站21座，起点为辛屯路站，终点为生态园站，贯穿西海岸新区中心城区。

3.2.2 应用实践

青岛地铁6号线的规划以“打造地铁示范性工程”为目标，按照“安全、创新、绿色、智慧”的建设理念，融合互联网、物联网、BIM技术、人工智能、大数据、云计算等新技术，努力打造成为一条智慧地铁线，创新引领行业发展。

1）BIM技术应用

在可研阶段，地铁6号线将城市线路规划与周边环境资料导入BIM信息化管理平台，形成BIM选线设计模型，实现选线及方案比选。

在设计、施工阶段，利用BIM技术深化设计方案，论证工程项目的可行性和合理性。推进采用装配式施工技术，BIM技术对装配式缩短工期、节约投资的效应立竿见影。

2）系统功能

①人员管理

•人脸识别系统：实现人脸抓拍、对比识别、实名制门禁、人脸数据库管理和检索。

图1 工艺样板墙BIM模型效果图与成品对比

•人员履约管理

•在线教育培训管理

•劳务人员职业健康体检，与“人脸识别系统”相关联，实现人员身份识别、履约管理、入场教育、健康体检情况在线查询。

②现场管理

•风险管理：与BIM+GIS中的三维地质模型相互关联，实时查看现场工程施工进度，实现临近时做提醒、延误时做提醒、前方地质突变与异常等节点预警，实现风险动态管理。

•质量安全管理：能够对施工现场存在的质量安全隐患问题进行展示和预警提示。对整改完成情况进行催办、督办直至整改闭合。

•视频监控：对监控区域实时远程监控，对违规动作（安全带挂钩不规范、翻越围栏、车行道进人等行为）进行自动抓拍并推送至相关责任人，实现快速处理。

•人机定位调配系统：通过视频监控、人机定位等设备终端，实时查看现场施工人员、运输机具的在岗、离岗时间、实时位置。对工程项目的人、机、料、法、环以及关键部位等信息进行直观、动态、综合的智能分析。

•大型设备安全管理：通过将大型设备的监控系统接入平台，实现吊装区域安全防护、防碰撞、超载、防偏斜等的预警、报警、销警，自动监测参数的统计、分析。

•出渣车管理：集成现场车辆门禁与视频监控，通过图像识别分析，对未备案车辆以及未冲洗车辆，自动进行报警提示。

•环境监测：与“环境监测系统”相关联，对施工现场的温度、湿度、PM2.5、风力、风向、噪音等环境信息进行实时监测，进行预警推送。

③VR安全教育培训系统

智慧工地运用最先进的虚拟现实手段，开设安全体验馆，通过佩戴全套VR设备，让工人掌握安全操作规程和紧急应对措施。

4 结语

智慧工地是信息化、智能化理念在工程领域的具体应用，能够促进建筑业企业提高核心竞争力，推动建筑业转变发展方式，建设发展智慧工地意义重大，是智慧城市的重要组成部分。