由于施工地点分散、作业环境复杂、劳动人员密集、现场管理粗放，导致施工现场的人员管理、安全管理、质量管理、环境管理相关问题日益凸显。随着智能技术发展，特别是互联网、物联网和数字技术的推广应用，探索运用新技术变革传统施工管理模式，构建智慧工地管理平台，加强施工现场的安全、质量、成本、进度管理，已成为加快工程公司数字化转型的突破口和着力点。

“智慧工地”是数字技术在施工管理中的创新应用。许多学者和业界人士对智慧工地建设进行了探索和研究，并取得了一些有益进展。韩豫等明确了智慧工地的内涵特征，并将智慧工地的系统架构粗略地分为感知层、网络层和应用层。曾凝霜等根据工程项目施工阶段的管理特点和实际需求，提出了基于BIM的智慧工地管理体系框架，包括开放式VR/AR施工精度子系统、Petri-Net动态施工工序子系统、基于设计/基于实体施工进度子系统。徐友全等提出了基于物联网的智慧工地总体框架体系和安全管控体系，并通过具体案例描述了物联网在项目上的应用内容和流程。然而，现有研究大多集中于智慧工地建设的实施案例描述，对用于指导智慧工地管理平台建设的系统架构及功能需求的研究相对较少。为此，笔者围绕项目施工现场的监管要求，设计智慧工地管理平台的系统架构，阐明平台涉及的七类应用的功能要求，并在此基础上依托试点项目自主开发项目级平台和企业级平台，以期更好地推进智慧工地建设，促进工程公司转型发展。

智慧工地建设纵向涉及企业本部与施工现场项目部的数据贯通，横向涉及施工现场各应用子系统的数据融合。因此，在开展智慧工地管理平台建设前，需要围绕项目施工现场的监管要求，设计并形成平台的系统架构，在此基础上开发平台各子系统。各子系统既能协同运作，也能独立运行；既能保证系统的整体性，也可分阶段循序推进。

智慧工地管理平台的系统架构包括六个层级，分别为感知层、传输层、数据层、支撑层、应用层和用户层，如图1所示。

感知层由物联网感知终端构成，通过监控摄像机、各类传感器、无线射频识别(RFID)、视频与图像识别、位置定位、激光扫描等智能传感设备对作业人员、施工机械、危险源、周边环境的实时状态及施工过程中的关键环节、关键工艺、关键工序、关键部位进行智能感知和数据采集。

传输层是平台的神经中枢和大脑，通过4G/5G移动通信网、有线网络、无线网络将现场的智能传感设备融合成物联网，实现前端感知信息的实时可靠传送。考虑到施工现场监控环境的特殊性，布线困难，建议尽量采用灵活性高、扩展性强、维护简单的无线传输方案。

数据层应建立专门的共享数据库，用于各子系统传感数据的统一存储、与外部BIM、GIS等三维信息模型的接口对接、主数据的集中管控，同时提供与应用层的数据交换。

支撑层主要提供应用所需的各种服务和共享资源，包括统一身份认证、下一代防火墙、VPN网关等网络安全防护软硬件、多项目一张图管理的WebGIS服务，以及搜索引擎、报表服务等。

应用层分为七大板块，分别为项目信息、人员管理、特种设备管理、安质管理、环境管理、物料管理、特色应用等。

用户层面向项目部、企业本部和政府部门三类用户提供多功能的智慧工地平台服务，包括满足不同功能及数据差异化展现的项目级平台、企业级平台的大屏/桌面端/移动端应用服务，以及按政府部门要求将项目级平台相关子系统数据接入政府监管平台。

在上述六层结构之外还应研究建立完善的标准规范体系、信息安全体系、运行维护体系，保障信息有序汇集、存储、应用和共享，强化平台管理、使用的规范性和安全性。

管理平台的功能可分为项目信息、人员管理、特种设备管理、安质管理、环境管理、物料管理、特色应用等七大板块。

项目信息板块包括项目基本信息管理，主要用于工程项目基本信息展示、项目相关规范文件查询及项目团队主要负责人信息展示。

人员管理板块包括劳务实名制管理、门禁考勤管理、人员定位跟踪、VR安全教育。人员管理板块的功能设置以劳务实名制管理为核心，结合政府监管要求和项目现场的实际管理业务，从人员初次进场的VR安全教育到日常门禁考勤，再到高危场所作业人员的定位跟踪，提高劳务人员自我约束能力，降低劳资纠纷风险，实现劳务人员的全面有效管理。

特种设备管理板块包括塔吊监控、升降机监控。塔吊(塔式起重机)和施工升降机属于特种设备且危险性较大。在塔吊或施工升降机内安装安全监控设备和各类传感器，实现驾驶员身份识别、运行状态实时监控、预警等功能，可有效预防塔吊倾斜、群塔碰撞、超限超载等意外事故。

安质管理板块包括视频监控、临边防护、安全隐患排查、深基坑监测、高边坡监测、高支模监测、大体积砼测温、智能实测实量、车辆出入管理。为保障项目施工过程中的人员、设施安全，提高风险管控能力，提升管理水平和快速响应能力，应在施工现场出入口内外侧、主要作业面、危险区域、禁入区域、料场、材料加工区、仓库等关键部位安装监控点，重点拍摄车辆及人员进出场、施工动态和项目进度等情况。在阳台、基坑、电梯井等临边危险区域安装红外对射探头，如有人员或物体靠近，系统将进行警示报警。加强深基坑、高边坡、高支模、大体积砼等危大工程的施工过程监测可视化、监测数据实时分析及异常预警，有效避免工程结构安全生产事故。同时，采用移动端将现场检查中发现的安全隐患或质量问题以图片、语音、文字、视频等形式上传平台，平台自动生成整改单推送给责任单位整改，直至问题闭环。此外，采用智能工具进行施工质量精准测量；对所有进出施工现场的作业车、工具车、通勤车及访客车辆进行登记管理，维护施工现场管理秩序。

环境管理板块包括扬尘噪声监测、灾害性天气预警。通过扬尘噪声监测，及时准确地反映施工现场重点区域、重点阶段和关键工序扬尘噪声污染情况，便于参建单位有针对性地采取污染防治措施。突发灾害性天气的预报预警，可提升参建单位对灾害性天气的防御应对和快速反应能力。

物料管理板块包括地磅称重、棒材计数、入库出库管理，主要用于物料到场验收及出入库管理。

特色应用板块包括施工进度模拟、基建期数字化移交、实景物联监测、无人机巡检。这些应用子系统都是笔者所在企业基于BIM、数字化移交、三维激光扫描、倾斜摄影、无人机等新一代信息技术开发建设的特色应用，旨在为项目参建各方提供数字化增值服务。

项目基本信息管理子系统宜实现对工程项目的名称、地址、规模、造价、用途、参建单位、开工时间、竣工时间等信息的录入、查询和编辑功能；并可查询工程勘察设计审查证明文件、招标投标证明文件、合同证明文件、施工许可、绿色施工措施等信息；且具备项目经理、技术负责人、总监理工程师等主要人员信息存档查询功能。

劳务实名制是施工现场人员管理的基础，既可以提高劳务人员自我约束能力，也便于规范项目日常管理，最重要的是可以有效降低劳资纠纷的风险。劳务实名制管理子系统宜提供人员信息查询和管理功能，这些信息包括但不限于：身份证号、姓名、性别、民族、出生日期、家庭住址、发证机关、证件有效期、身份证照片、所属单位、资质证书、岗位或工种、健康状况、诚信状况、安全教育记录、薪酬发放记录、联系电话等。

门禁考勤管理子系统与劳务实名制管理子系统联通，结合人脸识别智能闸机(适用于发电厂、变电站等点状工程)或人脸识别移动考勤App(可灵活设置考勤范围，人脸识别实名认证，适用于输电线路、风力发电等施工作业面分散的工程)，实现人员考勤过程的自动化，方便人员的出勤管理。系统可提供打卡现场抓拍影像、人员进出场时间、人员出勤统计的查询功能，并可对考勤天数不足的人员进行考勤预警。

人员定位跟踪子系统应根据实际应用场景需要合理选择或综合使用先进的人员定位技术提供人员实时定位信息和移动轨迹，以及各区域人员分布、各区域工种分布、现场工种分布等统计分析功能。当有人进入与其权限不符的区域时，系统能根据安全警戒区域的报警策略进行报警，从而最大限度地保证生命财产安全。

VR安全教育子系统主要提供物体打击、高处坠落、火灾伤害、坍塌伤害、触电伤害、机械伤害等施工现场常见和重大危险源的防范教育。通过人员在虚拟场景中的沉浸式交互，身临其境地体验事故发生的场景和伤害的后果，从而提高自身的安全意识；同时，建立安全教育记录，并与劳务实名制管理子系统联通，进一步加强现场人员管理。

塔吊监控子系统宜通过图表展示塔吊的实时运行数据(起重量、起重力矩、起升高度、幅度、回转角度、运行行程、倍率等)、群塔作业防碰撞监测及预警数据，可查看吊钩跟踪监控视频，防止盲吊、隔山吊所引发的事故。当发生超限超载时，可通过平台推送报警信号给相关责任单位。

升降机监控子系统应能查询施工升降机的实时数据和历史数据，能以图表方式显示施工升降机当前主要工作参数(载重量、提升速度、提升高度)及与施工升降机额定能力比对信息，能显示升降机设备的正常、预警、告警工作状态。当发生超限超载时，可通过平台推送报警信号给相关责任单位。

视频监控子系统应能提供监控视频实时查看、多路同步回放、全屏回放功能。另外，传统的视频监控系统虽然能一次展示多个画面，但难以准确给出监控点位。为此，建议采用倾斜摄影还原现场实景，并以锚点形式进行现场摄像头关联展示，可有针对性地实时调取现场监控画面。

在阳台周边、基坑周边、电梯井周边等危险区域安装红外对射探头，用红外光束在边界周围形成保护网，如有人员或物体靠近警示区域，临边防护预警子系统将进行警示报警，提醒施工人员注意安全，并在桌面端显著位置进行报警提示，同时通过平台推送报警信号给相关责任单位。

安全隐患排查子系统可自定义安全隐患清单，支持巡检单位通过移动端将现场检查中发现的安全隐患以图片、语音、文字、视频等形式直接记录并上传平台，将自动生成的整改单推送给相关责任单位；责任单位整改后上传整改情况，并推送相关信息通知巡检单位；巡检单位根据整改记录进行复查，确定整改是否通过；复查通过后进行问题闭环，复查不通过再进行整改，直至问题闭环。平台应能统计指定时间段内的安全隐患数量、待整改回复的隐患数量、待复查的隐患数量、隐患整改完成率等信息。

质量问题检查子系统应支持将现场检查发现的质量问题以图片、语音、文字、视频等形式直接记录并上传平台，将自动生成的整改单推送给相关责任单位；提供实时查看整改完成情况，并实现质量检查工作统计、质量问题整改统计、质量问题预警统计、质量问题类型统计、质量问题等级统计等，支持质量检查报表、问题整改报表导出。

深基坑监测的对象包括支护结构、地下水状况、基坑底部及周边土体、周边建筑物、周边管线及设施、周边地表位移等。深基坑监测子系统应实现深基坑施工过程监测可视化、监测数据实时分析、预警推送、重点支护面变形监测、巡查上报、应急处置等，从而降低基坑垮塌的风险。当监测数据出现异常时，可通过平台推送报警信号给相关责任单位。

高危边坡地质灾害具有突发性和高危性，容易引发群死群伤恶性事故，因此必须对高危边坡的稳定性进行实时监测，以便预判险情、提供预警，并评估施工对边坡稳定性和周围建构筑物的影响。高边坡监测子系统宜具有在线监测、数据分析、预警等功能，监测的数据包括表面位移、深部位移、渗流量、降雨量、裂缝、支护结构倾斜等。当监测数据出现异常时，可通过平台推送报警信号给相关责任单位。

在高支模上安装轴压、位移、倾角等传感器，对高支模的模板沉降、支架变形和立杆轴力进行实时监测，可有效避免工程结构安全生产事故。高支模监测子系统宜具有在线监测、数据分析、预警等功能，监测的数据包括模板沉降、立杆水平位移、杆件倾斜、立杆轴力等。当监测数据出现异常时，可通过平台推送报警信号给相关责任单位。

大体积砼测温子系统宜具备大体积混凝土温度自动采集、无线传输、超标预警、统计分析、图表展示等功能，监测的数据包括大体积混凝土浇筑体的温升峰值、里表温差、降温速率及环境温度。当监测数据超过温控阈值时，可通过平台推送报警信号给相关责任单位。

为改变传统方式下“一人测量、一人记录”状况，建议采用激光测距仪、靠尺、卷尺等智能工具进行施工质量精准测量，测量数据自动读取、自动上传、质量问题自动判断，实现工具智能化、过程数字化，从而提高工作效率，降低工作强度，形成高效的工程施工质量检测方式。

车辆出入管理子系统应提供车辆出入信息采集和历史数据的查询功能。当车辆进出工地时可进行识别并开启道闸，记录车辆类型、车辆号码、车辆进出场时间等，实现车辆出入合理管控，车辆通行高效便捷。

扬尘噪声监测子系统宜提供颗粒物浓度、噪声、温度、湿度、风向、风速等环境参数的综合查询、超标预警、统计分析、图表展示等功能。相关数据看板包括指定日期的监测数据变化曲线、当月的日监测数据变化曲线、当前正在监测的各项监测要素的数值、当天超标次数、当月超标次数。当现场出现PM10、PM2.5等颗粒物超标时，可与雾炮机、塔吊喷淋、围挡喷淋等降尘设备智能联动，并通过平台推送报警信号给相关责任单位，提醒改变作业方式并防尘降噪。

灾害性天气预警子系统宜接入项目所在地气象部门部署的地面自动气象站、多普勒天气雷达等基础探测资料以及格点数值预报、灾害性天气预警等专业预报预警资料，实现对大风、暴雨、冰雹、龙卷风、寒潮、霜冻、大雾等灾害性天气的预报预警。

钢材、水泥等物料现场验收时，可借助系列传感器技术对进入施工现场的车辆统一称重，自动读取货物重量。地磅称重子系统可依据不同的条件进行数据查询，如按车号查询、按班次查询、按发货单位查询、按时间查询等，且能进行条件组合查询。同时，该系统可提供日报表、月报表等多种报表的查询服务。

棒材计数子系统综合运用人工智能领域的计算机视觉技术，通过手机拍摄或选取照片，快速检测并标记识别对象，能智能识别钢筋、木材等棒材数量，并可按时间查询棒材盘点、验收记录，从而有效提高项目主材查验的准确性与工作效率。

根据合同系统的供货清单批量生成二维码，通过扫描二维码实现设备材料的入库、出库登记，形成入库、出库统计报表。

进度管理子系统可导入MS Project等软件编制的计划表格，提取工程名称、WBS编码、计划开始、结束时间、持续时间等，并根据这些信息自动生成和显示进度计划甘特图。基于BIM模型，依据进度计划采用不同的颜色形象直观地推演各个构件从开始到结束的过程，实现按计划进度的虚拟建造推演。根据施工完成情况，基于BIM构件录入实际开始时间和结束时间，提供计划进度与实际进度的对比分析和预警功能。

在设计阶段BIM模型的基础上，深化复杂节点与重点、难点部位的BIM模型，优化施工方案，模拟施工工艺，实现施工方案和施工工艺的可视化交底。同时，结合施工阶段实时采集的安全信息、质量信息、成本信息、进度信息，基于数字化移交平台整合搭建满足施工管理要求的综合信息模型(数字产品)。工程建设完工后，实体工程和数字产品同步向运行方移交，可为后期进一步开展面向不同场景的数字孪生应用创造条件。

实景物联监测子系统主要应用三维激光扫描技术或倾斜摄影技术对施工现场建构筑物的空间外型进行数据采集和模型重构，并与BIM模型进行比对，实现高精度的建构筑物质量检测、变形监测及工地场景的实时化、动态化管理。

无人机巡检子系统可设定无人机飞行航线，将现场采集的画面和视频资料实时传输到终端平台，用于进度把控和安全隐患监测，支持mp4，AVI，wmv等主流视频文件的上传、存储和展示，实现桌面端和移动端在线播放。

基于上述系统架构及平台功能要求，结合政府主管部门的监管规定和项目施工现场的实际管理需要，以连云港虹洋热电联产扩建项目为试点，自主开发了项目级智慧工地管理平台和企业级智慧工地管理平台，平台的主界面如图2和图3所示。

项目级平台部署于项目现场，功能模块可根据工程项目实际需求进行选择性配置。项目现场宜组建局域网，部署数据服务器/应用服务器，为项目级平台提供数据服务和应用服务。局域网内应做好网络安全防护，包括但不限于安装正版杀毒软件、部署下一代防火墙、构建平台登录双因素认证机制等。企业级平台部署于企业本部，采用数据中台技术，集成企业所有项目级智慧工地管理平台，实现异构系统重要数据的标准化在线采集、统计分析与对比展示等功能，使企业决策层和管理人员能够随时、随地直观地了解项目现场的施工进度和生产状况。企业本部宜部署数据服务器和应用服务器，分别为企业级平台提供数据服务和应用服务。

借助云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、BIM、GIS等新一代信息技术，对项目施工过程中的“人、机、料、法、环”等关键因素进行监督和管理，形成互联协同、信息共享、在线监测及智能预警的智慧工地管理平台，并提供大屏、桌面端和移动端应用服务，管理平台使项目决策层和管理人员能够随时、随地直观地视察现场的施工和生产状况，促进并加强工程项目施工现场质量、安全与文明施工和环境卫生管理，提高建设工程项目施工现场的生产效率、管理效率和决策能力，从而实现工地的数字化、精细化和智慧化。

本文围绕项目施工现场的监管要求，设计了智慧工地管理平台的系统架构，并依托试点项目自主开发了项目级平台和企业级平台，以期为类似智慧工地管理平台的建设和实施提供参考。