建筑工程智慧工地应用发展研究——以甘肃省某工程为例

王建平 魏宏亮 吴星蓉 刘福江

(1.甘肃省建筑科学研究院（集团）有限公司，兰州 730070；2.甘肃建投科技研发有限公司，兰州 730050）

引言

智慧工地是工程施工过程中应用先进的科技手段对工地中的软件与硬件应用进行集成管理的工地，是基于BIM、物联网、云计算等信息化技术，可支持人和物全面感知、数据采集、互通互联、信息协同共享、风险智慧预控的建筑工地实施模式。随着信息化技术及智慧建造技术在建筑工程项目施工中应用的不断深入，多个省份针对智慧工地建设及评价都制定了相应的标准，规范了建筑工程智慧工地建设标准及其评价指标，有效推动了智慧工地在建筑工程中的应用水平[1]。

智慧工地建设虽然在多个建筑工程项目上有可供借鉴的成功案例，但同时也存在着一些问题。本文依托实际工程项目，从政府政策配套、技术手段、标准体系及人才培养等方面分析建筑工程智慧工地在建设中存在的问题，进而针对具体问题给出应对策略或建议。

1 国内智慧工地发展现状

1.1 发展历程

上世纪90 年代，随着信息化技术的发展以及建筑业数字化转型的需要，有关学者提出了类似于智慧工地的建筑工地信息化及智能化建设概念，并对其展开了探索及研究。智慧工地的发展历程大致可以分为初步探索、定义内涵及应用发展等三个阶段。

在初步探索阶段，专家学者还未对智慧工地这一概念形成较为统一的认识，且当时信息化、智能化技术发展并不成熟，其与建筑工程施工阶段相结合的程度还比较低，研究成果应用于工程建设的相对较少，但专家学者所做出的理论研究成果为智慧工地后期发展奠定了坚实的基础。

在定义内涵阶段，伴随着科技的发展和信息化技术不断应用于建筑工程项目，上海市宝山区于2012 年首次正式提出了建设智慧工地的号召，随后广联达公司提出了智慧工地是基于信息化技术持续改进项目参建各方的沟通交流和管理模式，从而进一步实现项目的效益最大化。同时，很多专家学者也都提出了对智慧工地的见解，主要集中在智慧工地的概念及建设等内容。

在应用发展阶段，随着政府对智慧工地建设的引导及推动，多个地区都打造了建筑工程智慧工地示范项目，并相互之间组织观摩交流，共同探讨解决智慧工地建设中遇到的实际问题，以便进一步推动智慧工地发展，同时随着各种新兴技术的发展完善，智慧工地向着集成化、智能化方向发展[2,3]。

1.2 技术现状

智慧工地物联网技术主要包含采集、传输、处理三大阶段，其中信息采集阶段的主要支撑技术有GIS、RFID 等，信息传输技术主要包括5G、BIM 技术等，信息处理技术主要包括云平台、大数据、人工智能等。现阶段智慧工地技术主要应用在人员管理、安全管理隐患排查、信息集成管理及物料管理等方面，其中人员信息管理方面主要包括实名制、定位管理、考勤管理等；安全管理方面主要包括施工现场安全监测自动控制系统、塔吊预碰撞自动报警控制系统、无线射频识别及防坠落监控等；信息集成管理方面主要包括BIM 技术建模及应用、云平台、辅助决策系统、智能调度及信息综合管理系统等；物料管理方面主要包括机械定位及数据信息收集、物料采购及出入库信息动态管理等。

1.3 影响因素

通过查阅相关的文献资料发现影响智慧工地发展的因素较多，智慧工地发展影响因素按照不同维度可分为政府因素、管理因素、经济因素、技术因素、人员因素及认知因素六个方面。政府因素方面主要包括审批手续办理的便捷度、法律制度的完善性、政策支持力度、政策发展的匹配性等；管理因素主要包括科研成果转化机制、各方利益关系的平衡、激励奖惩制度的配套、工作流程方法、与项目的实际契合度、组织协调的流畅性等；技术因素主要包括技术发展方向与趋势、标准规范配套程度、技术成熟程度、新产品技术的实用性、新技术产品的更新速度、相关的硬件设施配套情况等；经济因素主要包括市场环境的成熟程度、各利益主体间的博弈、培训及使用成本、投入与产出效益情况、供应商的供应链条完善程度等；人员因素主要包括不同专业间人才交流通畅情况、市场上专业人才的供需情况、专业技术人才的能力水平等；认知因素主要包括传统管理模式思维的转变、认知及理解程度、接收及使用意愿、价值的认知与评估、学习兴趣及成本等[4]。

2 智慧工地应用

2.1 项目概况

甘肃人民出版社第一新村81 号危旧房改造工程位于甘肃省兰州市城关区自由路第一新村。本项目新建建筑总面积43 529.25 ㎡，地上36 883.25 ㎡、地下6 646 ㎡；共包含2 幢住宅楼，1#楼地上34 层、地下2 层；2#楼地下2 层、地上8 层，工程总造价1.49 亿元，施工工期560 天。

2.2 项目重难点分析

本项目是危旧房改造工程，属于重大民生工程，政府主管部门和建设单位对项目的质量、绿色施工管理、智慧建造及安全管理等方面有着较高的要求，且施工单位将本项目列为“争创甘肃省BIM+智慧工地示范工程”、“甘肃建投绿色施工与智慧建造示范工程”、“甘肃省建筑业智慧工地示范工程”，拟参加第三届“共创杯”智能建造技术创新大赛及甘肃省第四届BIM 技术应用大赛并获二等奖。在项目建设初期就围绕工程进度、成本、安全、质量、人员、材料、设备及信息化管理等方面开展智慧工地建设工作，以确保目标的实现。

2.3 智慧工地建设情况

本项目智慧工地管理平台结合速登宝、VR 安全教育系统、安全教育箱、智能工地宝及安全帽芯片、劳务实名制通道等劳务管理设备做好人员安全教育工作、管理出勤信息，保障务工人员权益；塔吊防碰撞系统、吊钩可视化系统、防松动警示螺帽、防坠器、司机人脸识别防攀爬装置、卸料平台载重监测、吊篮安全监测、爬架智能监测系统、声光预警监测设备协助特种人员操作机械，保证大型机械高效安全运行；基坑监测设备保障危大工程周边环境安全；斑马进度分析施工计划与完成情况匹配度；智能物料系统实现物资进出场全方位集约管控；现场环境监测设备与场布喷淋联动减少扬尘污染；质量自检验收系统、安全巡检系统实现现场安全质量管理标准化；智慧工地管理平台使现场管理数字化、可视化、信息化，加强项目对安全生产、工程质量、绿色施工的监督管理效率与管理决策能力的同时，提升项目管理人员对施工过程的掌控能力，项目智慧工地应用情况如表1 所示。

表1 项目智慧工地应用情况汇总表

2.4 智慧工地应用效果

本项目智慧工地管理平台是基于建筑工程项目管理中的人、机、料、法、环五要素，以系统集成应用、数据记录和数据展示为主线，构建了集劳务管理、机械管理、物料管理、质量管理、安全管理、进度管理及环境与能耗管理为一体，融合15 项应用点的集成管理系统平台，如图1（a）～（f）所示。

图1 集成管理平台展示

智慧工地管理平台协助项目管理人员做到了劳务规范化管理、质量巡检验收闭环管理、安全文明绿色施工实时监测等工作，使项目管理人员根据现场施工进度、部位节点制订针对性的管理措施，项目标准化体系建设、管线永临结合应用、太阳能的使用、铝模+爬架综合应用、绿色施工过程监控管理等，提高了项目管理效率，节约成本68.49 万元。

3 应用中存在的问题及分析

本项目通过智慧工地管理平台的应用，虽然实现了现场信息数字化、可视化管理，提高了项目整体管控效率。但是项目在智慧工地建设中仍有几点不足，例如系统虽全面打通工程、人员、设备管理的关键环节、重点关口，实行全过程监管、全流程管控，形成了超前预警、及时报警、现场处置、整改落实等闭环管理机制，但并未达到100%无死角覆盖，仍有部分设备未能接入智慧工地管理平台接口，例如标养室温度、湿度、养护周期等信息只能依靠人工记录。

综上，本项目在智慧工地建设应用过程中受限于施工单位智慧工地相关专业人才不足，智慧工地建设投入较大，政府相关支持智慧工地发展的激励政策不多，管理平台兼容性不足、相关的政策标准不完善等因素的影响，未能充分发挥出智慧工地在项目管理方面降本增效的价值。

当前，建筑工程智慧工地的发展受限于政策、标准、技术及人才等方面的制约，仍然存在着一些问题，主要表现在配套政策与监管机制有待进一步完善、相关的标准规范还有待健全、尚未建立完备的智慧工地软硬件体系、智慧工地专业技术人才质量不高且数量不足、应用单位重视程度不高等[5]，具体问题如表2 所示。

表2 智慧工地发展存在问题汇总表

4 智慧工地应用建议

4.1 政策方面

从政府监管的角度出发，建议完善智慧工地发展相关的法律法规，出台更多的支持政策，加强监督管理及考核。

（1）进一步加强监督管理，由政府牵头组织搭建相应的监管平台及项目考评体系，采取定期或不定期的方式进行抽查和考核评定，并给予相关企业或项目一定的奖罚；

（2）结合实际需求，完善相应的法律法规。根据建筑行业发展现状与趋势，结合智慧工地发展的实际需要，进一步制定和完善相关的法律规定及行业安全生产的操作规程，保障行业秩序的稳定；

（3）制定出台更多有利于智慧工地发展的配套政策。围绕建筑企业及项目需要，制定有利于推动智慧工地发展的财政资金支持、税收优惠、申奖优先推荐等配套政策[6]。

4.2 管理与认知方面

建筑企业应将智慧工地的管理纳入日常管理考核的内容中，通过交流、学习培训等方式，加深单位全体员工对智慧工地的认知，提高管理效率。

（1）提高使用者对智慧工地应用价值的认知程度。要让一线使用者切实感受到使用智慧工地对提高管理效率、降低成本等方面的意义，消除有关人员的抵触情绪，提高使用意愿；

（2）有针对性地开展学习培训，降低相应的学习成本。对于使用者来说应用智慧工地将迫使他们学习相关的专业知识，而过多的学习内容会耗费大量的精力与财力，降低学习意愿，因此应结合实际需求开展针对性强的学习内容[7]；

（3）加强专业组织间的沟通协调力度，提高各方共建配合度。建筑工程智慧工地的建设需要建设单位、监理单位及施工单位的共同参与配合，且其中内外部沟通工作量大，应提高工作效率；

（4）优化管理培训体系，提高与项目的契合度。根据项目智慧工地建设的实际需求，选取适用性强的管理系统、技术及集成模块，制定相应的培训计划并开展培训考核活动，提高应用效率；

（5）将智慧工地建设充分融入项目日常管理，切实发挥出智慧工地在项目降本增效方面的价值，避免出现建设智慧工地仅是为了“面子工程”的现象[8]。

4.3 技术方面

围绕现场实际需求，研究开发更多使用价值高、性价比高的智慧工地新技术，制定相应的统一标准，提高成果转化效率。

（1）制定统一的技术标准，避免因标准不一或多重标准的现象，提高产品的兼容性。结合企业和项目的具体需求制定统一的模块标准、参数标准和平台数据源格式等，增强不同厂家产品的兼容性，提升数据、软硬件的统一性[9]；

（2）创新科研体制，提高科研成果转化效率，加大新技术应用比例。从智慧工地建设过程中遇到的实际技术问题及需求出发，进行技术创新，提高新技术解决现场实际问题的能力，降低新技术应用成本；

（3）明确技术发展方向，提升技术成熟水平，多措并举降低智慧工地应用成本。基于建筑工程智慧工地发展方向，依托企业和项目需求研发相应的技术，并不断优化完善、提高技术成熟度，从而在降低应用成本的同时切实解决实际问题。

4.4 人才方面

依托高校设置与智慧工地相关的专业学科，将职业教育与技能培训相结合，加大人才培养力度，提高人才数量和质量。

（1）加大人才储备力度，保障充足的人才数量。智慧工地建设是一个复杂的综合性系统，对人才的要求相对较高，应培养一批复合型的高端人才，为智慧工地的发展提供人才储备[10]；

（2）完善智慧工地相关学科设置，提高人才质量。近年来，部分高等院校已开设了智慧建造与智能建造等专业学科，但毕业生水平究竟能否达到预期效果还未经历市场和实践的检验，应鼓励高校开设相关应用性强的学科，加大学科覆盖面[11]；

（3）加强各专业人才间的交流，开展职业教育和技能培训。扩展智慧工地建设相关知识培训范围，开展人才动态交流活动，提高各专业间的沟通效率，并提升各专业人才技能和智慧工地整体应用效率。

5 结语

以实际工程项目智慧工地建设及应用为依托，通过分析制约智慧工地发展的政策配套、标准规范、技术、人才等方面的问题，有针对性地提出了相应的实施建议。随着配套政策与监管机制的进一步完善，相关的标准规范的逐步健全，以及智慧工地专业技术人才质量、数量不断提高和新技术的不断发展，建筑工程智慧工地的发展将会越来越好，为建筑行业的高质量发展增砖添瓦。