0 引言

　　近年来，随着智慧工地技术的兴起，各式各样的平台集成系统和硬件监测技术开始涌现。常见的硬件监测系统包括塔式起重机防碰撞监测、深基坑位移监测、智能水电控制等，如各项设备、施工安全、人员管控等系统，相应的信息集成平台也在近几年的发展中形成了一套以施工为基础的全面、稳定的模块体系。

　　从功能和实际应用来看，智慧工地信息化技术的出现和兴起是施工行业技术性的进步，智慧工地在很多施工项目中都取得了不错的成果，其发展也越来越模式化，但将某一项目的成功经验套用在不同的项目中，并不完全适合，反而会导致项目成本增加，收效欠佳。智慧工地集成管理平台肩负着企业宣传、现场管控的职责，以项目特点为基础量身定做优质的平台界面及操作模式，是智慧工地信息化平台发展和普及的重要因素。

　　1 工程概况

　　国家会展中心(天津)一期工程，是继广州、上海后第3个国家性的会展中心，建成后将承接北方地区所有的大型展览，是天津最大的公投项目，工程效果如图1所示。工程一期展馆区建筑面积达47.86万m²，施工场地东西横跨1 000m，南北距离500余m，施工高峰期，桩基施工阶段成桩机械110台，主体施工阶段作业人员5 000余人，每日进场钢结构1 200t，如此宏大的施工规模，如何有效履行总承包管理的职责，保证现场的稳定运行，既是重点，也是难点。为实现对工程的高效管控，对智慧工地信息化技术寄予厚望，通过学习分析成功案例、对比多个智慧工地应用方案，根据工程实际和成本核算，制定了基于国家会展中心(天津)工程特点的智慧工地应用策划方案，在传统智慧工地模块的基础上，摒弃了实际使用意义不大、经济成本收益小的模块，并以此为目标进行智慧工地信息化技术的招标及应用。

　　图1 国家会展中心(天津)一期工程 

　　2 定制化智慧工地系统集成

　　国家会展中心(天津)一期工程在功能模块的分区上，参考了目前最基础全面的体系，从工程总览、生产管理、技术管理、安全管理、质量管理、绿色施工、党建园地、物资管理8个功能模块进行管控。在施工硬件监测系统上，选用常规的塔式起重机防碰撞监测系统、标养室环境监测系统、扬尘监测系统、智能喷淋系统、安全之星教育系统、质量巡更系统等较为成熟的技术系统。在此基础上，根据工程体量大、施工面积广、管控复杂的特点，使用智能违章监测系统、人员识别定位系统和物资车辆导航系统辅助现场管理。对于现场绿色施工高标准、严要求和用水用电量巨大的特点，在原有的水电监测系统、环境检测系统中加入PLC控制系统，除在数据超标后发布预警信息并进行处理外，管理人员还可根据现场实际情况进行远程控制。针对社会对国家会展中心(天津)工程的高度关注，特开发了微信小程序辅助访客管理系统，并结合BIM技术和管理平台进行综合性协调管理，大大提升了现场的管控能力。

　　3 定制化智慧工地系统应用

　　3.1 智能违章监测系统

　　3.1.1 工作原理

　　智能违章采集系统通过前端图像采集设备进行图像采集和行为识别，可智能识别不佩戴安全帽、不正确佩戴安全帽及抽烟3种违规行为，同时通过语音播放系统进行实时播报提醒，并将实时采集到的违规行为图像资料上传至云端数据后台，与人员管理数据库中的资料进行对比，识别出违规人员详细信息并自动生成相应的处罚单据存储在数据库中，经管理人员核对确认后进行现场教育或处罚。同时，可根据实际需求，通过人员管理系统对要查找的施工人员进行数据追踪，该系统对在末端监测设备上采集到的数据进行分析，自动生成人员的活动轨迹，并结合最近一次的监测数据及施工现场监控系统进行人员的定位监测。

　　3.1.2 现场实施

　　本工程施工占地750余亩(1亩=666.67m²)，从场地平整、桩基施工到主体施工、室外场地施工等施工阶段，需对施工场地平面进行动态布控，多次动态调整施工道路及场地围护设施，决定在主要出入口主要道路交叉口及料场区域进行违章监测，共铺设16路智能违章采集设备。在信号传输方式上，因施工现场钢结构体量大，无线数据传输装置受限较严重，而光纤敷设交叉复杂，投入量大，取电结构根据二级箱位置的动态调整也会发生变化。为减少调整工作，通过应用5G局域网络技术，在现场安装30处小型基站，前端图像数据采集技术通过局域无线网络进行传输，并采用太阳能光伏板进行用电供应，以保证智能违章采集系统不间断工作，分担现场安全管控压力。行为采集数据库如图2所示。

　　图2 行为采集数据库  

　　3.1.3 实施效果

　　经统计，智能违章检测系统在9个月内共产生监测记录30余万条，经审核确认并进行处罚的数据记录共有500余条，高峰期平均每天进行100余次违规行为的提醒纠正，可减少6名安全监管人员的现场需求，极大地减少了安全管理人员的工作量，增强了现场施工人员的安全防范意识。

　　3.2 车辆识别管理系统

　　3.2.1 工作原理

　　车辆识别系统主要针对访客车辆及物资运送车辆进行识别，并根据开发的微信小程序进行报备与预约。普通车辆访问现场时，通过微信小程序对车辆信息、访问信息进行预约填写，经相关管理人员审核后，系统自动放行车辆，该车辆可在规定时间内自由进出，规定时间外需重新预约，所有访客信息均可在数据管理后台进行查看。物资运送车辆访问现场时，使用相同的方式在微信小程序中进行报备，进场后可自动生成现场物料堆放场地的平面布置图，物资运送车辆可根据提示前往相关物料堆场进行物资进场卸载，同时，将该系统与智能地磅系统进行数据共享，在数据后台生成车辆及物资的详细信息，方便数据的储存、核算及查阅。

　　3.2.2 现场实施

　　本工程的车辆识别系统是基于人员多、物资多、社会影响力大、访客众多、现场平面大、物资进场数据量大等特点进行开发的，将普通车辆系统与施工车辆系统分离，普通车辆从工程1,2号门进场。施工车辆从工程3号门进场、6号门出场，为缓解现场交通压力，管理人员根据每天车辆进场报备情况调整车辆的进出场时间，保证现场交通秩序井然。智能化车辆预约系统如图3所示。

　　图3 车辆预约系统 

　　3.2.3 实施效果

　　车辆识别管理系统共统计78 053次车辆进出场数据，共进行800余次车辆预约登记，辅助工程进行高效有序的车辆进出场管理，提升了30%以上的车辆导向效率，大大缓解了现场交通压力及人员管控压力。

　　3.3 PLC智能控制系统

　　3.3.1 工作原理

　　PLC(programmable logic controller)是专为工业生产设计的一种数字运算操作的可编程逻辑控制器。PLC智能控制系统通过无线信号接收器接收网络信号指令，再通过中央处理单元读取命令数据，命令经过解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算，再将运算结果传递至输出装置，转换成电流信号完成控制指令，可实现通过无线网络进行远程控制设备开关的指令。在不影响现场施工安全的情况下，对水电能耗及现场喷淋进行监控，非施工区域的水电系统出现数据异常，或扬尘监测数据超标，后台将自动报警，并进行预设的相关操作，如喷淋系统启动，水电表限流甚至断流等，实现了对施工现场的智慧管控、实时监测和远程控制，既节约了水电资源，又满足了现场对绿色施工的环保要求。

　　3.3.2 现场实施

　　在工程应用中，根据现场需求，设置了10处扬尘数据监测点，并在所有喷淋子设备上安装了PLC控制系统，保证喷淋可自动开启或根据需求人为开启。通过将PLC远程控制系统应用在智能水电表的末端来监控水电的使用情况。根据智能水表和电表监测的水流量、电能耗值、电流、电压等数据，设定预警值，当电流、电压超过预警值则会通过无线信号进行远程报警，管理人员在收到报警信息后进行分析反馈，下达相关的控制指令，或设定最大限值，在相关指标超过最大限值后，PLC控制系统中央处理单元对数据进行处理，根据数据输出相应的控制指令，避免了人为因素导致的发现不及时、处理缓慢等问题，以达到节水节电、防止电荷载过高引起火灾事故等目的。

　　3.3.3 实施效果

　　经统计，PLC智能控制系统至今已自主进行80余次喷淋联动，30余次远程系统遥控，5次用电预警，1次自主电路控制，并辅助管理人员进行远程水电数据抄录，减少了管理人员的工作量，避免了水电超载可能引起的安全事故，节约了现场的水电资源，达到了现场绿色施工的管控要求。

　　3.4 集成化平台展示系统

　　根据工程特色和社会宣传的需求，选用集成平台展示端进行网站的定制化开发，由工程管理人员根据工程特色进行UI设计，加入更多工程宣传类动画及背景，根据工程需求进行模块开发定制，并与工程的BIM管理平台完成对接，可进行BIM模型的查看和其他模块动态的查看，最大限度地贴合工程实体，展示工程特色，获得了良好的社会反响。其平台不同模块的操作界面如图4,5所示。

　　图4 智慧工地平台宣传 

　　图5 BIM模型管理数据  

　　4 结语

　　针对国家会展中心(天津)一期工程，从实际需求出发，经调研、分析和讨论，量身定做了一套完备的智慧工地应用方案。

　　智慧工地信息集成系统的应用不仅大大减少了管理人员的工作量，提升了现场的管控效率，降低了工程管理成本，而且在社会各界人士的多次观摩及检查中，获得了一致认可和好评，极大地提升了企业和工程的社会影响力。