近年来, 建筑项目的规模、施工复杂性、信息交互量、劳动密集程度、工种组织协调难度越来越大, 质量及安全监管难度大、传统人工解决的方式成本高、效率低、信息获取不及时、协同工作难以开展, 达成的效果也不好。随着BIM、物联网、大数据、人工智能、移动通讯、云计算等的发展, 智慧建造新技术在施工现场的应用极大提升了建筑业的技术水平和管理水平。本文将介绍雄安市民服务中项目探索智慧建造模式下质量安全管理的新方法, 为解决我国传统式的建筑企业质量安全管理现状问题提供参考。

雄安市民服务中心位于雄安新区容城县, 集规划展示中心、会议培训中心、政务服务中心、企业办公用房、周转用房、生活用房、管委会办公及雄安集团办公用房8个建筑。结构形式为钢框架结构和钢结构集成模块, 建筑高度15.50m (最高) , 层数1~5层。

1) 现场检查信息化利用现场管理移动端进行现场巡查、问题整改、工程验收, 实现无纸化办公, 做到过程管理全信息化, 提高现场管理水平。

2) 基于BIM的质量安全管理BIM模型作为建筑信息传递的载体, 建筑构件的质量安全信息与BIM模型挂接, 建立基于BIM的现场质量与安全管理的全过程数字化档案。

3) 装配式构件质量追溯以二维码、RFID芯片作为跟踪手段, 做好装配式部件的全过程质量管理与追溯。

4) 全景监控利用倾斜摄影技术, 以PC端和移动端等远程呈现方式, 做到对工地现场的全方位、多视角的远程监控。

项目质量安全管理的实施主要分为4个层面, 包括感知层、传输层、支撑层和应用层。

1) 感知层是物联网的基础, 它的主要功能是实现对物体的感知、识别、监测或采集数据。项目利用二维码、RFID、传感器、摄像头等采集装配式构件的质量信息、施工现场烟雾浓度、车辆进出的车牌信息、多角度的实时监控画面、建筑工人的表情信息等物理实体的信息。

2) 传输层是信息传输层, 主要作用是进行感知层与支撑层之间的信息传输。是各类有线与无线节点、固定与移动网关组成的各种通信网络与互联网的融合体, 在建筑工程现场主要包括2G, 3G, 4G通信网络、专用无线网络、蓝牙等。

3) 支撑层是利用各种先进的存储与计算技术, 以BIM为信息传递载体, 以大数据和云计算为支撑手段, 实现对海量数据的智能处理、数据挖掘、大数据分析以及数据存储等。

4) 应用层为用户提供各种智能化服务, 根据项目的特点, 实现智能烟感防火、车辆进出智能化管理、全景监控、装配式构件质量追溯、建筑工人表情识别、质量安全检查信息化等全方位的智能化管理, 如图1所示。

项目使用现场管理APP进行现场质量安全管理, 实施日常检查、问题整改、整改复查、工程验收等工作。使用移动终端与物联网技术相结合的方式, 通过实时上传、本地存储和接口共享实现业务工作的移动化办理、施工现场管理数据的实时采集、施工现场管控因素的智能识别和自动化管理 (见图2) 。

项目管理人员进行现场检查时, 登录现场管理APP, 发现问题, 点击对应模块, 选择巡检部位、拍照记录检查情况。其中对不符合标准的检查项要视危险严重情况来决定是否整改, 并填写整改基本信息, 形成整改通知单, 推送至相关现场管理人员, 并在整改完成后通过现场管理APP进行回复。实现“发现质量/安全问题→指派整改→进行整改→复查销项”的高效协同工作模式。搭设贯通各个岗位的信息交流渠道和完整高效的在线工作流程, 实现无纸化办公。

实测实量数据通过移动终端实时采集, 数据及时录入, 避免数据二次加工, 并根据系统内置的实测标准自动分析合格率, 数据即时同步汇总至网页端管理平台数据库, 分层级、分劳务、分工序、分岗位地直观显示实测成绩, 方便企业管理层及时了解现场施工情况。

项目搭建网页端管理平台, 横向连接现场施工管理的各个岗位, 纵向贯通现场管理人员—项目管理层—公司领导的信息渠道, 对内纳入总包单位、分包单位等参建各方, 向外对接了建设方、监理方、政府监管部门等单位, 形成了全方位高效协同的管理模式。

通过网页端管理平台, 质量安全总监制定质量安全管理目标和现场管理计划, 针对项目特点确定重点部位, 制定现场管理人员的周工作安排, 提高现场管理的针对性和有效性。通过协同平台跟踪日常检查单据、问题整改进度, 确保现场管理的有序进行。

现场管理人员利用手机移动端进行质量检查、问题整改等工作, 管理过程数据在后台数据库汇总, 并通过分析获得各项报表。通过报表, 项目管理人员可以便捷地获取相关人员做工完成情况、质量问题分布状况以及各项工作开展的进度等信息。实现质量管理工作的线上监控和跟踪, 强化现场管理的针对性, 提高现场管理水平 (见图3) 。

利用移动端检查收集质量安全问题及整改数据, 逐步建立质量安全问题数据库, 统计质量安全问题数量、待整改回复问题数量、待复查的问题数量、整改完成率等信息。项目BIM模型中构件命名规则和现场管理APP端日常检查部位的命名规则相同, 可以保证数据库中质量安全管理的表单能够通过BIM模型参数自动关联, 质量安全管理数据在BIM模型上可以锚点显示, 质量安全巡查及过程检查可借助BIM模型进行现场精准定位 (见图4) 。

项目采用大屏展示项目管理信息, 集中整合质量安全管理数据, 对平台统计分析结果直观地进行展示, 主要包括以下内容。

1) 现场质量监控BIM模型中GIS图标展示现场相应位置的质量图片或问题。

2) 质量问题统计总体显示质量检查数量、下发整改的数量、已整改数量、整改完成率。

3) 质量问题分析按区域 (部位) 、时间、分包单位、责任人分别进行质量问题数量统计。

4) 质量问题周/月报按周/月更新质量详细情况描述。

装配式建筑质量追溯系统是以装配式建筑生产全过程的产业链为主线, 采集部品设计、原材料入库检验、生产过程检验、部品出库检验、运输过程、装配过程、监理验收过程, 全生命周期的质量数据, 依据现行的建设法律法规, 实现信息化技术与现行的建设标准与规范相融合。部品采用RFID技术 (二维码标识等) , 实现建筑质量可追溯。实现物与人、物与物的互联, 如图5所示。

每个部品上嵌入的RFID芯片和粘贴的二维码, 绑定拥有唯一编号的无线射频芯片, 做到单件管理。利用RFID芯片实现部品构件从生产到安装整个过程的信息感知, 利用RFID芯片读取器进行关键信息采集, 并实时传入系统的云数据库, 实现信息流与实物流的快速无缝对接。

质量追溯系统的数据采集及审批查询使用PC端+APP端的方式进行, 方便用户实时查看部品生产阶段、施工阶段和运维阶段各关键点的质量信息数据, 实现装配式建筑全生命周期的质量追踪与管理 (见图6) 。

项目在建筑工地各出入口、加工场、项目办公区、工人宿舍、停车场、围墙等位置建设高清视频监控系统, 通过手机端、电脑端随时远程监控建筑工地现场各区域的详细状况, 跟踪生产进度, 检查工人的工作状态。支持高清晰数字视频及图片即时获取, 实时监控现场, 提前发现安全隐患及时处理, 从而最大限度确保工人安全, 如图7所示。

利用倾斜摄影技术, 在无人机平台上搭载相机, 从垂直、倾斜等5个不同角度采集现场影像, 获取地面物体完整准确的信息。通过记录每次拍照时候的GPS坐标, 照片达到30%的旁向重叠度, 66%的航向重叠度, 即可通过实景建模软件合成航测三维实景模型。然后将视频监控锚点放到实景模型中, 通过点击实景中的监控点快速查看监控画面, 对工地进行远程全方位、多视角的视频监控, 如图8所示。

施工现场设置智能烟感设备, 当出现火情时感应生成烟雾, 及时进行声光报警, 并将报警信息自动推送至管理人员APP, 提高对火灾的反应能力, 有效预防火情扩大, 保护施工人员及工地财产安全。

项目对进入工地的车辆进行自动车牌识别及登记, 记录车辆进场、出场时间。通过对车辆的安全监控, 有效规范施工现场车辆的出入, 防止外来车辆随意进入, 保障工程安全和顺利实施, 保护车辆及人员安全。

项目尝试引进“安全生产情绪识别系统”, 该系统主动识别人员面部肌肉产生的微小振幅和频率, 经计算分析, 从而得出施工人员的潜在情绪结论。项目针对性地做好施工人员安全培训、心理辅导工作, 必要时劝退作业人员, 预防生产安全事故的发生。

项目将物联网、BIM、移动通讯、大数据等新技术与现场管理相融合, 有效地促进施工现场质量安全管理效率的全面提升, 主要体现在以下方面。

1) 管理信息化以“云+网+端”模式实现质量安全管理中检查、整改、实测实量、工程验收等数据完全信息化, 提升了现场管理的信息化水平和管理效率。

2) 现场高效协同依托信息化手段, 以质量安全管理实施计划为抓手, 实现检查问题的及时跟踪, 验收各环节各责任人的完美衔接, 检查、整改和回复销项的高效协同。

3) 质量数据可追溯质量追溯系统对装配式建筑部件全过程、全方位的信息采集和海量数据的自动分析与处理功能, 实现精细化管理, 质量数据可追溯。

4) 真实环境透明化项目全方位覆盖的视频监控, 以“网+端”的方式实现远程监控, 真实环境透明。

5) 安全措施自动化通过车辆自动识别进出管理、智能烟感防火和情绪识别系统等智能化措施, 确保项目日常人员及车辆安全。

雄安市民服务中心项目综合利用BIM、物联网、大数据、人工智能、移动通讯, 云计算等技术, 探索智慧建造模式下, 施工现场全方位高效协同的质量安全管理的新举措。通过信息化手段, 实现现场质量安全管理各检查环节、各岗位人员的高效协同, 无缝衔接;依托基于物联网的质量追溯系统, 实现装配式构件的全过程信息采集和质量数据追溯;利用BIM技术辅助现场检查建筑构件的精准定位;采取车辆自动识别、智能烟感和情绪识别系统等智能化措施确保项目日常人员车辆安全;提高施工现场质量安全管理信息化和智慧化水平, 促进建筑业可持续发展。