中培-智慧工地项目建设实践与思考

▌项目背景

建筑业是国民经济的重要支柱产业之一,但与此同时也是一个安全事故多发的高危行业。如何加强施工现场安全管理、降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高建筑工程质量，是摆在各级政府部门、业界人士和广大学者面前的一项重要研究课题。另外，随着我国经济发展进入新常态，施工企业以往粗放式、高能耗、高污染的发展模式已难以适应建筑领域节约型、低排放、绿色化、智能化的发展要求，在此背景下，信息技术的不断发展，正改变着各行各业的组织结构与生产方式，信息化在施工领域的应用需求愈发迫切，智慧工地建设应运而生。

智慧工地是指借助于信息化手段，基于BIM技术对建筑工程进行精确设计和施工模拟，建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈，并将在虚拟现实环境下数据与采集到的工程信息进行对比分析，提供趋势预测及专家处理预案，实现工程施工可视化智能管理，以提高信息化水平，逐步实现建筑业的绿色建造和生态建造。它将3S、VR/AR、AI等技术植入到建筑、施工机械、人员穿戴设备、场地关口等各类物体中，实现普遍互联，并与互联网集成，从而实现建筑工程人的因素与施工现场物的因素完美结合，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。

以某重点工程为例，在工程项目建设立项时，用户部门明确提出要加大智能化、信息化技术在项目建设过程中的应用，以新发展理念为指导，充分借助先进的技术手段，推进智慧工地建设，提升工程建设管理水平，努力践行生态、绿色、环保的理念，提升工地建设的安全质量和管理水平，并以此作为示范工程，推动同行业在工程建设过程中的智能化、信息化实践。

▌总体设计

某重点工程的智慧工地将施工方、监理方、供应商、用户、项目管理方等诸多环节有机集成在一起，体系架构包括基础设施层、数据采集层、数据存储层、数据服务层、数据应用层、信息安全体系和标准规范体系等部分。

1   ▏设备设施层

包括本地硬件设备设施、基础软件及辅助施工设备，本地硬件设备设施包括存储和计算资源、服务器、互联网、窄带物联网、视频监控设备、传感设备、条码扫描设备等，基础软件包括操作系统、数据库软件、网络协议等，辅助施工设备包括闸机设备、塔吊设备、除尘除霾设备等。

2   ▏数据采集层

包括视频监控接口、环境监测接口（传感器）、扫描设备接口、GIS、GPS、闸机接口、API接口、BIM引擎、数据适配器、录入界面等，为智慧工地提供数据来源支持。

3   ▏数据存储层

包括非结构化数据存储和结构化数据存储，非结构化数据通过Spark、Storm、流处理等计算处理后存储在mongodb、HBase、Hive等数据库中，结构化数据抽取到ODS库中，经过转换、清洗、加工等处理后，加载到数据仓库中。

4   ▏数据服务层

包括数据应用服务、集成服务和安全认证服务，通过数据交换平台/企业服务总线为工程建设各方参与者提供数据查询、数据分析、数据挖掘、三维展示、数据共享、统一搜索、统一标准、身份认证、安全预警、消息集成等服务。

5   ▏数据应用层

面向项目施工方、监理方、项目管理公司提供移动办公平台，面向项目监理方、项目管理公司、用户提供工程监管平台、面向各类用户提供大数据分析应用平台和智能展示平台等应用。

6   ▏标准规范体系

标准规范体系是保证工程项目有效运转的管理保障，包括数据标准、管理标准、技术标准等。信息安全体系是项目安全运行的基础保障，包括配置管理、权限管理、运维管理、安全管理、接口管理、监控管理、任务管理、消息管理等。

工程项目建设过程中，一般分地块进行施工作业，各地块的施工单位可能不尽相同，施工单位采用独自管理的方式，信息管理平台、视频会议、视频监控、劳务系统都不同，需要开放接口，将统计数据汇集到项目部，进行全面的掌控、分析和预警，通过信息的整合可以查看各地块的现场情况，以便对人员、设备、物料等进行合理调配。

▌建设内容

1   ▏移动应用平台

充分借助移动终端设备，实现进度计划、周报、质量检查、安全检查、危险源管理、安全教育、物料、造价、往来件、劳务、施工机具、施工日报、监理日报、任务管理、会议管理、规章制度等信息的填报、拍照、扫描、审核、查询和浏览等功能，为各级用户提供及时、实时的项目数据的采集、处理、分析、提示、预警手段。

移动应用平台建设过程中，手持终端应具备拍照、扫描等基本功能，应安装面向IOS和Android的移动管理平台App，其次重视操作界面的美观和便捷，尽量减少终端用户的手工录入量，再次消息提示、任务代办、图形展示等与PC端在处理逻辑、展示风格等方面力求保持统一。

2   ▏工程管理平台

基于统一数据源提供施工图、BIM模型、计划进度、质量管理、安全管理、物料管理、会议管理等功能，并集成劳务考勤、施工机具、环境信息（温度、湿度、PM2.5等）、施工情况（塔吊作业、吊钩信息、现场视频等）等信息，提供信息维护、查询等功能，支持与移动应用平台的无缝信息交互。

平台建设过程中，应尽量采用B/S架构，提供数据服务接口，支持基于中间件、Web Service等方式的数据交换与集成，系统功能应覆盖到工程建设各个环节和业务流程，实现人员、资金、物资、设备、工艺、环境等相关要素的收集、整合、共享与管理，支持与办公系统、施工单位ERP系统、人事系统、财务系统等集成与协同。

3   ▏集成展示平台

BIM模型与计划进度、质量管理、安全管理、物料、劳务、施工机具、环境信息（温度、湿度、PM2.5等）、施工情况（塔吊作业、吊钩信息、现场视频等）进行集成，将基于BIM的进度、质量、安全等信息与实际采集到的数据进行分析对比，综合决策合理调配人员、设备、物料等资源。

平台建设过程中，应尽量采用轻型的B/S架构，具备丰富的数据加载插件和统计分析组件，与工程管理平台、移动办公平台共享一套数据库，具有较高的数据实时性和计算能力，应建立面向展示内容的资源目录体系。

4   ▏大数据应用平台

基于Hadoop/HDFS架构，通过Spark、Storm、MapReduce等技术实现对非结构化数据的处理，并将数据存储到Mongodb、HBase、Hive等数据库中，实现对数据的计算处理，同时对数据仓库中的结构化和非结构化数据进行深度加工，提供大数据检索、大数据分析（实时分析、离线分析）、大数据挖掘、数据共享与交换等功能。

大数据平台建设过程中，应重点考虑数据采集和计算处理能力，特别是针对环境、流媒体等实时计算能力，着力解决BIM模型、施工图纸、传感器数据、GIS/GPS数据、工程文档等非结构化数据的解析、处理及存储能力，以及为满足用户、项目公司的监管、分析及挖掘需求的汇总计算性能。

5   ▏信息系统集成

基于施工信息展示和综合集成需要，开展集成展示平台与劳务闸机、环境监测、塔吊系统、现场视频监控、施工机具等系统集成；开展工程管理平台与移动办公平台的无缝集成，实现消息提示、统一代办、统一流程、统一服务等功能；开展项目部管理平台与各地块管理平台的集成，实现模型、进度、计划、质量、安全、管控、物料、人员等信息的统一整合。

信息系统集成过程中，应统一规划和设计，在网络硬件集成的同时，着重考虑集成内容、逻辑流程、相关信息系统及数据结构，建议采用第三方中间件的方式进行集成，减少两两集成的复杂度和数据冗余度，提升集成的稳定性和可靠性。

▌推进智慧工地实施的建议

智慧工地在我国工程建筑领域的实施与推进仍处于起步阶段，项目过程复杂、涉及政府部门、项目方、用户、施工方、监理方、设计方、供应商等诸多对象及人员、施工机具设备、建材物料、施工工艺、施工环境等要素，是建筑业上下游物流、信息流、资金流的集成过程，因此，在实施智慧工地项目时需要注意以下几个方面：

1   ▏重视需求分析和顶层设计

智慧工地建设涉及工程建设项目执行过程中的诸多利益环节和链条要素，各级用户的需求不尽相同，各地块的施工方不相同，施工方内部平台选型不一致，因此应着力加强需求分析，了解各类用户的需求，统筹规划与设计，确保各施工方、项目单位、用户在流程、数据、模型等方面的顺利衔接。

2   ▏培养和锻炼项目团队

项目团队建设在保证智慧工地项目实施过程中发挥着非常重要的作用，项目团队直接与用户、项目方、监理方、施工方进行需求沟通与技术交流，设计开发各种应用程序，帮助解决平台使用过程中的各种问题，及时响应用户需求，指导各类用户进行操作和处理，是保证项目成功实施的重要基础。

3   ▏加强项目实施和培训

建筑行业员工信息化水平低，人员构成复杂，信息技术能力有限，需要加强技术知识培训和教育，建立和完善平台运维制度，明确数据管理要求，引导和鼓励各级管理者和工人加强信息技术应用和平台操作，加强对项目施工方的信息化考核，不断提升各级用户的积极性。

4   ▏着力强化质量和安全管理

加强对供应商、开发商、集成商、第三方测试商、实施单位等质量管理，规范供方选择、软硬件选型、过程评审、归档管理、软硬件测试、故障归零等管理要求，同时应重视数据丢失、网络攻击、安全漏洞、等级保护、身份认证、权限管理、访问控制、安全审计、监测预警、应急处理等安全要求。

▌结语

智慧工地将物联网、移动互联网、BIM、GIS等技术完美结合在一起，有利于对施工场景的全方位监控，变被动为主动，提高建筑施工质量，降低建筑能耗和建筑成本，提高对人员、设备、物料的利用率，提升建筑施工的质量，将会引领建筑业新一轮的技术革新和数字化转型升级。

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