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        數字化技術助力工程項目智慧建造

        中鐵四局集團有限公司

        數字化技術助力工程項目智慧建造

        中鐵四局集團有限公司

        一、案例背景

        (一)單位簡介

        中國中鐵四局集團有限公司(以下簡稱“中鐵四局”)是具有綜合施工能力的大型建筑企業,是世界500強企業——中國中鐵股份有限公司的“標桿”成員企業。目前共有子分公司35家,直屬單位6家,年生產經營能力在千億以上。

        管理研究院成立于2015年10月,為中國中鐵四局集團思想、戰略、管理、技術、產業創新的集成化平臺,下設BIM與信息化、先進建造技術、新型裝備、管理創新4個專業研究室及資訊研究中心,聚焦現代企業、智慧企業、幸福企業開展前沿性研究。

        (二)建設背景

        當前,我國經濟發展正從傳統粗放式的高速增長階段,進入高效率、低成本、可持續的中高速增長階段。隨著現代建筑的復雜度和體量等不斷增加,施工現場管理的內容越來越多,管理的技術難度和要求在不斷提高。傳統的施工現場管理模式在速度、可靠性及經濟可行性方面越來越不能適應現代化施工企業管理與發展要求。

        數字化建造作為企業信息化建設的“細胞”,在數據的智能化采集、為管理流程賦能、輔助科學決策等方面,正變得越來越重要,而信息化的普及與應用促使具有智能化特點的智慧工地應運而生。目前智慧工地建設如火如荼,但現實情況是工程建設遠還未達到智慧階段,更多的是通過數字化手段實現信息化管理,當信息化管理所存儲的有效數據達到一定量級,再加上成功的算法,形成了可智能判斷、決策的“工程大腦”,那么智慧工地的時代將真正來臨。

        二、實施方法和內容

        (一)建設思路

        1、業務導向,服務管理

        緊緊圍繞“人、機、料、法、環”五個關鍵要素,以業務數據為基礎,以智能采集技術為支撐,以提高工作效率、減輕管理負擔為目標,切實滿足項目管理者對建造過程的動態監管需要。

        2、頂層設計,標準引路

        由管理研究院牽頭,自上而下地開展智慧工地建設工作。加強頂層設計,打造統一的智慧工地建設標準體系。

        3、先易后難,分步推進

        綜合考慮企業信息化發展現狀,業務系統全面整合難度極大,信息孤島現象長期存在,現階段重點完成以物聯網為基礎的數據智能采集,同步推進部分業務數據的互聯互通。

        4、重點突破,示范帶動

        以重難點工程先行先試為突破口,以提高信息管理平臺、智能技術與智能設備的普及使用率為出發點,逐步拓展,以試點、示范帶動企業智慧工地建設工作整體推進

        (二)建設框架

        智慧工地應用體系包含現場數據采集層、傳輸層、處理層、應用層等內容,同時接入企業既有的業務管理系統,實現數據的集中展示和分析,輔助科學決策,如圖一。

        圖1 應用框架圖

        采集層:充分利用BIM、物聯網等先進信息化技術手段,適應現場環境要求,解決施工現場數據采集效率低、不及時等問題,提高數據獲取的實時性、準確性、真實性。

        傳輸層:將既有各應用系統以部分集成管理和單點登錄的方式接入平臺,實現相關業務關鍵數據的抽取,并供處理層應用與分析。

        處理層:將抽取的業務數據、報表數據、物聯網數據匯總、分析,形成可視化圖表數據。

        應用層:根據實際管理的維度和細度,將業務數據分類納入不同的功能模塊進行管理,便于用戶查詢和分析。

        (三)建設內容

        1. 生產指揮中心建設

        建立企業級、項目級兩級生產指揮中心,分級部署智慧工地管理平臺,利用BIM、物聯網、互聯網等相關技術,將生產數據實時推送至項目生產指揮中心,后臺數據分析、處理后,通過指揮大屏集中展示智慧工地管理平臺各項生產數據和監控影像,指揮中心人員以此綜合研判現場管理存在的問題,并通過數字指揮調度系統反饋至相關負責人,督促其整改完善,有效提高了項目后臺管控水平。

        圖2 信息化中心藍圖

        2. 智慧工地管理平臺

        在項目層面,建立統一的項目級智慧工地管理平臺,通過物聯網技術,將項目實際生產、安全監測和應用的各項數據集中、統一、關聯和匯總到該平臺上為項目日常辦公、交班會議、管理分析、決策判斷提供有力的信息化數據支撐和依據;基于BIM+GIS技術,以三維模型直觀展示項目進度完成情況,配合進度計劃滯后對比橫道圖提前預估施工進展情況,及早干預滯后風險項目,保障工程進度穩固完成;單點登錄生產管理、安全監測、數字指揮、知識管理等各業務系統,解決多入口業務系統管理問題,提高工作效率與便捷性。

        圖3 項目級智慧工地管理平臺

        在企業層面,充分利用云計算、物聯網、移動互聯等現代化技術手段,規范數據接口標準,以企業施工項目業務管理為目標,整合、分析、匯總各項目級智慧工地管理平臺生產數據,形成以呈現企業各項目總體生產、營銷、分布等信息為對象的企業級信息化監管云平臺,集中監管項目進度、產值完成情況,針對滯后項目由企業級直接進入項目級查看其詳細生產數據,并通過數字指揮調度系統下達管理指令,加強企業對項目的管控力度。

        圖4 企業級信息化監管平臺

        3. 在線監測信息化平臺

        該系統作為施工項目統一的安全監測信息化平臺,以構建具有開放性、集成性、協同性的信息化平臺為目標,集成隧道圍巖監測、橋墩沉降監測、深基坑監測、配電柜監測、鋼支撐軸力伺服監測、塔吊安全監測等多種監測類型,實現多項目、多工點、多業務的安全監測模式。主要功能如下:

        (1)利用物聯網技術、云計算技術,實時收集現場各類物聯網監測系統的重點監測數據,實現數據的自動采集、自動計算、智能預警,為安全生產提供數據支撐;

        (2)通過統一數據接口格式,支持市面上主流的物聯網設備廠家數據接入、解析計算,便于與市場成熟的第三方監測系統的集成、整合;

        (3)兼顧傳統測量方式,采用藍牙技術、無線傳輸技術,后臺實時讀取全站儀、水準儀測量數據,并自動上傳、計算、分析,保證測量數據的真實性、及時性,為安全決策提供依據。

        圖5 在線監測信息化平臺

        4. 視頻監控系統

        將視頻監控系統集成至智慧工地管理平臺,并標記在三維場景相應位置,通過模型直觀了解監控點空間位置,并對重要監控點進行實時視頻預覽、云臺控制、視頻抓錄、定時抓圖與事件抓圖等,確保施工生產情況了如指掌。

        圖6 視頻監控系統

        5. 環境監測系統

        將揚塵監控終端、視頻采集終端集成至智慧工地管理平臺,通過平臺可對施工現場揚塵、噪聲、風速、風向、溫濕度、PM2.5、PM10等環境數據實時查看監控,在環境數據超限時,自動聯動霧炮降塵設備,保證現場施工環境綠色環保。

        圖7 環境監測系統

        6. 勞務實名制管理

        通過智慧工地管理平臺接入現場門禁系統、實名制系統、定位系統等硬件設備數據,可在平臺中實時了解現場人員工種與進出場等情況以及其相關身份詳細信息,對未識別或未參與培訓人員推送預警信息,實現對勞務人員數量統計、位置信息、狀態信息、工種信息等的全面信息化動態監管,輔助現場生產管理。

        圖8 勞務實名制管理

        7. 智慧食堂管理系統

        通過智慧食堂管理系統,初步實現了食堂管理的數字化,員工可對食堂菜譜線上投票,就餐預約,菜品點贊、評論,根據結果統計分析推送至主廚進行改進完善,提升食堂品質,提高員工對日常就餐幸福生活指數;食堂菜品采購根據就餐人數、當日菜譜自動估算采購數量,菜品采買通過系統錄入,自動統計分析收支情況,實現菜品采購、結算、分析電子化,節約食堂成本,全面推進“幸福企業”建設。

        圖9 智慧食堂管理系統

        8. 數字指揮系統

        以“加強信息溝通”為目的,通過集成智能語音引擎,實現生產調度指令快速定向發布,指令發布人與執行人關系明確,確保指令執行效率;系統實時追蹤指令執行情況,通過圖表統計方式顯示指令總體完成與超時情況,直觀展示指令執行狀態,督促指令執行,提升項目執行力建設;與混凝土生產調度工作深度融合,實現攪拌站生產指揮、攪拌車輛任務分配、車輛信息監控、砼調度、生產過程責任到人,數據追溯可查;利用積累的項目生產工作執行數據,統計各部門項目生產工作完成效果,為項目生產工作優化部署提供數據支撐。

        圖10 數字指揮系統

        三、主要創新點及社會經濟效益

        1、智慧工地管理平臺基于BIM、物聯網、互聯網技術,通過連接施工現場各類設施設備,不僅實現了物聯網數據的實時采集,更是通過打通各業務系統間數據壁壘,實現業務數據的集成管理,確保項目管理者可利用多方數據科學決策;

        2、提出生產指揮中心建設理念,將其作為項目生產管理的戰情室,以中樞大腦的形態收集、分析、處理各項生產任務,并通過數字指揮系統一對一互動,確保指令到人,責任到人,極大地提高了項目后臺管控能力;

        3、試點應用過程中制定了企業級智慧工地建設標準,為下一步企業內推廣應用提供依據。

        四、總結及展望

        通過智慧工地管理平臺的研發與實踐應用,已初步實現了企業部分生產數據的數字化管理,為智慧工地的落地應用提供了基礎,為企業轉型升級發展提供了動力。同時,隨著工程體量的快速增長,建筑施工行業向更加集成統一管理、高效協同工作以及更加自動化和智能化的智慧化方向發展。未來,智慧工地應用體系還需從以下幾個角度繼續完善,做到與時俱進。

        (一)提供一體化軟硬件解決方案

        研究應用系統與現場調度指揮體系間的聯動技術,完善相關軟硬件,形成數據準確、傳遞暢通、響應及時的智能指揮體系,向用戶提供一體化的軟硬件解決服務。從硬件配置、中心風格與布局、軟件應用、人員配置、生產組織與日常管理行為規范等方面,建立統一的建設與運行標準。

        (二)智慧工地管理平臺快速定制技術研究

        針對不同類型、不同規模的工程項目在管理方面的差異性,總結歸納其中的共性和個性內容,逐步固化為智慧工地管理平臺上可獨立配置的業務模塊,實現靈活組合,滿足不同項目的多樣需求,提高智慧工地建設的前期準備效率。

        (三)基于云服務的智慧工地管理平臺框架研究

        在當前智慧工地管理平臺的框架基礎上,為適應多項目集成應用、減少平臺部署基礎工作量,研究平臺云部署相關技術,為后期企業級信息化管理平臺數據統一和共享做好準備。

        總的來說,項目工地是依托于整個產業而存在的。及時有效的上游資源供應是保質保量完成項目的前提。工地的各參與方都要積極參與到實踐過程中來,實現各要素之間的良好協作和高效協同,這樣實施工地才能成為真正的智慧工地。

        附件1:項目部智慧食堂系統(PC)版

        附件2:智慧項目管理及數據分析展示系統V1.0

        附件3:智慧項目生產調度APP系統(安卓版)V1.0

        附件4:智慧項目部生產調度指揮系統(PC版)V1.0

        附件5:項目部智慧食堂APP系統(安卓版)V1.0


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