▌項目背景

建筑業是國民經濟的重要支柱產業之一,但與此同時也是一個安全事故多發的高危行業。如何加強施工現場安全管理、降低事故發生頻率、杜絕各種違規操作和不文明施工、提高建筑工程質量，是擺在各級政府部門、業界人士和廣大學者面前的一項重要研究課題。另外，隨著我國經濟發展進入新常態，施工企業以往粗放式、高能耗、高污染的發展模式已難以適應建筑領域節約型、低排放、綠色化、智能化的發展要求，在此背景下，信息技術的不斷發展，正改變著各行各業的組織結構與生產方式，信息化在施工領域的應用需求愈發迫切，智慧工地建設應運而生。

智慧工地是指借助于信息化手段，基于BIM技術對建筑工程進行精確設計和施工模擬，建立互聯協同、智能生產、科學管理的施工項目信息化生態圈，并將在虛擬現實環境下數據與采集到的工程信息進行對比分析，提供趨勢預測及專家處理預案，實現工程施工可視化智能管理，以提高信息化水平，逐步實現建筑業的綠色建造和生態建造。它將3S、VR/AR、AI等技術植入到建筑、施工機械、人員穿戴設備、場地關口等各類物體中，實現普遍互聯，并與互聯網集成，從而實現建筑工程人的因素與施工現場物的因素完美結合，以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應速度。

以某重點工程為例，在工程項目建設立項時，用戶部門明確提出要加大智能化、信息化技術在項目建設過程中的應用，以新發展理念為指導，充分借助先進的技術手段，推進智慧工地建設，提升工程建設管理水平，努力踐行生態、綠色、環保的理念，提升工地建設的安全質量和管理水平，并以此作為示范工程，推動同行業在工程建設過程中的智能化、信息化實踐。

▌總體設計

某重點工程的智慧工地將施工方、監理方、供應商、用戶、項目管理方等諸多環節有機集成在一起，體系架構包括基礎設施層、數據采集層、數據存儲層、數據服務層、數據應用層、信息安全體系和標準規范體系等部分。

1   ▏設備設施層

包括本地硬件設備設施、基礎軟件及輔助施工設備，本地硬件設備設施包括存儲和計算資源、服務器、互聯網、窄帶物聯網、視頻監控設備、傳感設備、條碼掃描設備等，基礎軟件包括操作系統、數據庫軟件、網絡協議等，輔助施工設備包括閘機設備、塔吊設備、除塵除霾設備等。

2   ▏數據采集層

包括視頻監控接口、環境監測接口（傳感器）、掃描設備接口、GIS、GPS、閘機接口、API接口、BIM引擎、數據適配器、錄入界面等，為智慧工地提供數據來源支持。

3   ▏數據存儲層

包括非結構化數據存儲和結構化數據存儲，非結構化數據通過Spark、Storm、流處理等計算處理后存儲在mongodb、HBase、Hive等數據庫中，結構化數據抽取到ODS庫中，經過轉換、清洗、加工等處理后，加載到數據倉庫中。

4   ▏數據服務層

包括數據應用服務、集成服務和安全認證服務，通過數據交換平臺/企業服務總線為工程建設各方參與者提供數據查詢、數據分析、數據挖掘、三維展示、數據共享、統一搜索、統一標準、身份認證、安全預警、消息集成等服務。

5   ▏數據應用層

面向項目施工方、監理方、項目管理公司提供移動辦公平臺，面向項目監理方、項目管理公司、用戶提供工程監管平臺、面向各類用戶提供大數據分析應用平臺和智能展示平臺等應用。

6   ▏標準規范體系

標準規范體系是保證工程項目有效運轉的管理保障，包括數據標準、管理標準、技術標準等。信息安全體系是項目安全運行的基礎保障，包括配置管理、權限管理、運維管理、安全管理、接口管理、監控管理、任務管理、消息管理等。

工程項目建設過程中，一般分地塊進行施工作業，各地塊的施工單位可能不盡相同，施工單位采用獨自管理的方式，信息管理平臺、視頻會議、視頻監控、勞務系統都不同，需要開放接口，將統計數據匯集到項目部，進行全面的掌控、分析和預警，通過信息的整合可以查看各地塊的現場情況，以便對人員、設備、物料等進行合理調配。

▌建設內容

1   ▏移動應用平臺

充分借助移動終端設備，實現進度計劃、周報、質量檢查、安全檢查、危險源管理、安全教育、物料、造價、往來件、勞務、施工機具、施工日報、監理日報、任務管理、會議管理、規章制度等信息的填報、拍照、掃描、審核、查詢和瀏覽等功能，為各級用戶提供及時、實時的項目數據的采集、處理、分析、提示、預警手段。

移動應用平臺建設過程中，手持終端應具備拍照、掃描等基本功能，應安裝面向IOS和Android的移動管理平臺App，其次重視操作界面的美觀和便捷，盡量減少終端用戶的手工錄入量，再次消息提示、任務代辦、圖形展示等與PC端在處理邏輯、展示風格等方面力求保持統一。

2   ▏工程管理平臺

基于統一數據源提供施工圖、BIM模型、計劃進度、質量管理、安全管理、物料管理、會議管理等功能，并集成勞務考勤、施工機具、環境信息（溫度、濕度、PM2.5等）、施工情況（塔吊作業、吊鉤信息、現場視頻等）等信息，提供信息維護、查詢等功能，支持與移動應用平臺的無縫信息交互。

平臺建設過程中，應盡量采用B/S架構，提供數據服務接口，支持基于中間件、Web Service等方式的數據交換與集成，系統功能應覆蓋到工程建設各個環節和業務流程，實現人員、資金、物資、設備、工藝、環境等相關要素的收集、整合、共享與管理，支持與辦公系統、施工單位ERP系統、人事系統、財務系統等集成與協同。

3   ▏集成展示平臺

BIM模型與計劃進度、質量管理、安全管理、物料、勞務、施工機具、環境信息（溫度、濕度、PM2.5等）、施工情況（塔吊作業、吊鉤信息、現場視頻等）進行集成，將基于BIM的進度、質量、安全等信息與實際采集到的數據進行分析對比，綜合決策合理調配人員、設備、物料等資源。

平臺建設過程中，應盡量采用輕型的B/S架構，具備豐富的數據加載插件和統計分析組件，與工程管理平臺、移動辦公平臺共享一套數據庫，具有較高的數據實時性和計算能力，應建立面向展示內容的資源目錄體系。

4   ▏大數據應用平臺

基于Hadoop/HDFS架構，通過Spark、Storm、MapReduce等技術實現對非結構化數據的處理，并將數據存儲到Mongodb、HBase、Hive等數據庫中，實現對數據的計算處理，同時對數據倉庫中的結構化和非結構化數據進行深度加工，提供大數據檢索、大數據分析（實時分析、離線分析）、大數據挖掘、數據共享與交換等功能。

大數據平臺建設過程中，應重點考慮數據采集和計算處理能力，特別是針對環境、流媒體等實時計算能力，著力解決BIM模型、施工圖紙、傳感器數據、GIS/GPS數據、工程文檔等非結構化數據的解析、處理及存儲能力，以及為滿足用戶、項目公司的監管、分析及挖掘需求的匯總計算性能。

5   ▏信息系統集成

基于施工信息展示和綜合集成需要，開展集成展示平臺與勞務閘機、環境監測、塔吊系統、現場視頻監控、施工機具等系統集成；開展工程管理平臺與移動辦公平臺的無縫集成，實現消息提示、統一代辦、統一流程、統一服務等功能；開展項目部管理平臺與各地塊管理平臺的集成，實現模型、進度、計劃、質量、安全、管控、物料、人員等信息的統一整合。

信息系統集成過程中，應統一規劃和設計，在網絡硬件集成的同時，著重考慮集成內容、邏輯流程、相關信息系統及數據結構，建議采用第三方中間件的方式進行集成，減少兩兩集成的復雜度和數據冗余度，提升集成的穩定性和可靠性。

▌推進智慧工地實施的建議

智慧工地在我國工程建筑領域的實施與推進仍處于起步階段，項目過程復雜、涉及政府部門、項目方、用戶、施工方、監理方、設計方、供應商等諸多對象及人員、施工機具設備、建材物料、施工工藝、施工環境等要素，是建筑業上下游物流、信息流、資金流的集成過程，因此，在實施智慧工地項目時需要注意以下幾個方面：

1   ▏重視需求分析和頂層設計

智慧工地建設涉及工程建設項目執行過程中的諸多利益環節和鏈條要素，各級用戶的需求不盡相同，各地塊的施工方不相同，施工方內部平臺選型不一致，因此應著力加強需求分析，了解各類用戶的需求，統籌規劃與設計，確保各施工方、項目單位、用戶在流程、數據、模型等方面的順利銜接。

2   ▏培養和鍛煉項目團隊

項目團隊建設在保證智慧工地項目實施過程中發揮著非常重要的作用，項目團隊直接與用戶、項目方、監理方、施工方進行需求溝通與技術交流，設計開發各種應用程序，幫助解決平臺使用過程中的各種問題，及時響應用戶需求，指導各類用戶進行操作和處理，是保證項目成功實施的重要基礎。

3   ▏加強項目實施和培訓

建筑行業員工信息化水平低，人員構成復雜，信息技術能力有限，需要加強技術知識培訓和教育，建立和完善平臺運維制度，明確數據管理要求，引導和鼓勵各級管理者和工人加強信息技術應用和平臺操作，加強對項目施工方的信息化考核，不斷提升各級用戶的積極性。

4   ▏著力強化質量和安全管理

加強對供應商、開發商、集成商、第三方測試商、實施單位等質量管理，規范供方選擇、軟硬件選型、過程評審、歸檔管理、軟硬件測試、故障歸零等管理要求，同時應重視數據丟失、網絡攻擊、安全漏洞、等級保護、身份認證、權限管理、訪問控制、安全審計、監測預警、應急處理等安全要求。

▌結語

智慧工地將物聯網、移動互聯網、BIM、GIS等技術完美結合在一起，有利于對施工場景的全方位監控，變被動為主動，提高建筑施工質量，降低建筑能耗和建筑成本，提高對人員、設備、物料的利用率，提升建筑施工的質量，將會引領建筑業新一輪的技術革新和數字化轉型升級。

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