智慧工地在甘肃省科学院高技术产业园中的应用

李玺 韩杰

(甘肃一安建设科技集团有限公司，甘肃 兰州 730060)

随着新兴信息技术与建设工程领域深度融合，利用科技手段对建设项目传统的建造和管理方式进行改造已成为必然趋势。智慧工地——集成BIM、云计算、大数据、互联网和各项智能设备等与施工现场管理融合，将项目从施工方案设计开始，通过信息化、智能化模型，采用监控、探测、数据收集等方式，智慧化管控整个项目的开展，规避各项风险及意外，协调施工进度，从而取得全局性最优效果。本研究依托甘肃省科学院高技术产业园项目旨在打造BIM云平台为核心的智慧工地项目管理系统。根据国家创新驱动发展战略要求，近年来甘肃省科学院积极提升自身科技成果转化能力，释放建院以来40年科研积累，为了支撑“兰白国家自主创新示范区”建设，积极吸纳民间资本，探索新的“产学研”模式，依托自身成熟的金属纳米粉体系列产业化、磁传动系列产业化等世界领先科技成果，建立甘肃省科学院高技术产业园区，可将产品研发、中试和生产过程集中在一个园区开展。以园区为依托，打造国内外、省内外优秀科技成果与科技人才的吸引转化基地，为西北高新技术企业发展提供支持。

1 项目概况

甘肃省科学院高技术产业园项目位于兰州高新区榆中园区，是园区重大工业性建设项目，由甘肃一安建设科技集团有限公司承建。项目总建筑面积为203970.02m，其中创新孵化大厦高度48.4m，建筑面积81141.59m，采用框架剪力墙结构和梁筏基础。中试车间二和宿舍，建筑面积为34358.3m，为条形基础的框架结构。中试车间一采用门式钢架结构，钢筋混凝土独立基础，建筑面积10414.43m。项目策划阶段BIM+智慧工地建设方案要求：打造智慧建造中心管理平台，把项目中所应用的智慧工地数据集中汇总于统一的大数据中心平台，结构化处理多来源、多类型数据，进行数据的集中展示和管理。预期达到工作效率可视化，质量检测结果数字化，资源分配合理化，将现场系统和硬件设备集成在同一平台，将产生的数据实时汇总使项目管理层全面掌握整个项目过程，从而有效的分配资源和降低风险。

2 BIM+智慧工地系统分类

“智慧工地“是指利用BIM三维设计平台，对工程项目进行施工阶段精细化设计和施工过程模拟，围绕施工过程管理，构建互联协作、科学管理的施工项目信息化生态，利用物联网将工程数据进行收集分析处理，提供施工预测与处理方案，达到施工过程的可视化、智能化管理。如图1所示，本项目BIM+智慧工地主要包括七部分组成：人员管理系统、机械管理系统、现场管理、安全管理、绿色施工管理、质量管理和物料管理系统。通过互联网和5G技术将云平台、云端服务器与前端应用关联，所有监控管理措施可通过应用发布与协调。项目建设有指挥中心看板和前端展示大屏幕，如图2所示，同时可与电脑、手机等移动终端互联，各分项数据及现场监控可直接点击调取，也可发布调度措施。

图1 BIM+智慧工地子系统分类

图2 指挥中心监控看板

3 机械管理及物料验收系统

本项目特色系统设置包含现场机械管理系统及物料验收数据系统，如图3所示。机械管理系统能实现操作员身份识别与操作员作业范围内监控观察功能，同时设置高度传感器、变幅传感器、吊重预警传感器、回转预警传感器等辅助操作员执行操作，对不合理操作及风险进行实时报警。同时，安全监控设备能将塔吊各项数据上传到智慧工地管理平台，专项管理人员可随时对大型设备的各项参数进行监控和数据存储。物料验收系统具有自动采集进出场材料信息的功能，并关联云平台，覆盖整个施工过程，对材料的进场、堆放、使用进行数据分析与统计，方便物资管理人员对物资信息的收集和处理，统筹物料的合理储备使用。

图3 机械管理与物料验收系统

4 BIM应用

4.1 BIM模型进行设计优化

通过建立三维BIM模型，承载了整个项目的施工信息并进行了数字化转化，实现了施工实体与三维模型的相互关联，并将数据及管理信息通过BIM进行各个单项的关联和整合。同时，利用BIM模型技术能够在局部直观的发现设计缺陷进行优化，从而提前规避缺陷或更改设计方案，在提质降本增效方面，效果突出。本项目根据建筑设计文件、结构设计文件及机电设计文件，在施工阶段采用BIM深化施工图设计，创建深化设计模型生成深化设计图并附有模块清单和单项工程深化设计图。通过施工阶段的BIM建模，直观的进行模型测量、剖切、部分工序及设计进行了优化，对管线综合模型、土建模型进行符合性检查，解决了管口、预埋件、预留孔洞、支架错位等问题。

图4 BIM建模对原始设计优化的对比

例如，图4中楼梯下方支撑设计了放大处理基础，但与条形基础效果重复，故优化设计取消放大基础与条形基础直接连接，减少了工程量及不合理工序。

4.2 BIM+云平台应用

项目按单体工程进度计划结合BIM模型模拟施工，同时对实际施工日程和施工计划进行符合对比，及时汇报施工进度偏差，对后续施工进度部署具有指导性作用。BIM云平台如图5所示，还可以实现项目图纸、文件、模型和实时信息的集中化管理及信息共享，实现了跨专业、跨部门、跨区域协同合作，有效的促进了设计、施工与业主等各方的信息交流。云平台有效的对不同阶段数据进行实时保存，也为工程后续总结、发现问题及追溯责任提供了保障。同时，可以引入人工智能算法等研究施工进度，进行资源优化，基于“BIM+”的进度管理平台可以达到更精细、智慧化管控。例如：雄安新区市民服务中心项目采用以BIM+云平台为支撑，移动端/PC端为应用的管理平台，对采集的数据进行分析，辅助管理者进行决策，实现了各专业高度协同，各参与方互联互通。

图5 BIM+云平台对施工进度及文件的管理

4.3 BIM场布模型

项目初期应用场地策划软件，根据现场地形建立三维场地模型，确定合理的施工布局与堆料位置，统筹优化合理的运输路线、施工动线及施工现场进出口。对临时宿舍和材料加工棚之间的距离合理计算，降低噪音及安全问题。如图6所示，通过场地布置为本项目共节省塔吊一台，节省了机械费用的同时降低了塔吊臂碰撞的安全隐患。

图6 BIM场布模型及场地布置优化结果

5 绿色施工环境智慧监管

1）如图7所示，在室外环境设置环境监测设备，实时监测现场的PM2.5、PM10、噪声、温湿度、风速、风向等指标在室外环境可靠工作，能够连续、自动监测，自主显示，并关联现场喷淋系统。

图7 绿色施工环境智慧监管

2）喷淋系统可根据扬尘监测系统的实时监测数据自动联动到现场喷淋装置实施降尘作业。有效降低空气中PM值，达到绿色文明施工需求。

3）智慧工地可以利用物联网技术实现对工程能源消耗的统一管理。采用水、电能效管理系统，热水控制、雨水回收措施等降低能源消耗。

6 应用效果评价

1）甘肃省科学院高技术产业园项目通过引入BIM+智慧工地建设方案，将BIM模型及智慧工地数据汇总于云端大数据平台，对多来源、多类型、长时间的工地数据进行收集，并与BIM模型进行比对和优化，从而实现资源分配更合理，工作效率提高、提高质量的同时降低了安全风险。智慧工地还可以更新兼容新技术，施工安全、进度与成本将得到最有效的保障。

2）智慧工地系统中布设的物联网传感器，具有准确性、实时性的优点，对项目危险源、质量、工人安全规范等情况能进行实时监控预警，提醒并介入管理，从而保障该项目进度持续，保证质量合格。现场监测数据还为远程化监管，上级部门监管提供了可视化渠道和支持数据。智慧工地系统应持续提高数据挖掘能力，对数据综合分析研判与利用。

3）人员实名制管理连接VR安全教育演示系统，对工作人员的技术、设备、防护等进行综合考评，实现项目人员安全考核闭环管理。可扩展相关人员数据采集设备——智能穿戴设备，通过低功耗+长续航的新一代智能设备，解决工人健康、工作状态及安全等各方面的综合管控。基于移动物联网感知设备建设，实时掌握该项目所有设备运行动态数据，降低人员管理效率，树立项目成为优质项目。