CIM论文 │ 基于CIM的智慧工地架构体系与应用场景研究

智慧工地是运用信息化手段,围绕项目的全生命周期建立支撑现场管理、互联协同、智能决策、知识共享的一整套项目现场管理的信息化系统。随着建设工程领域信息化技术的发展以及互联网技术的不断进步，越来越多的施工单位开始了解并使用智慧工地手段进行工地管理，在此基础上，行政主管部门怎样利用智慧化的工具对工地进行有效监管，并且和城市CIM基础平台相结合越来越成为一个重要的课题。近年来，全国一二线城市住建主管部门都在工程建设智慧工地监管方面做了很多积极的管理模式创新和信息监管技术的创新。主要模式都是政府立项信息化项目进行监管平台的建设，并且指引工程参建各方主体采用工程质量安全信息化管理手段与物联网监测设备，从而全面提升全域工程建设过程与工地现场管理的水平和效率，并搭建一体化智慧监管平台进行数据整合和监管集中调度指挥，开放监管系统接口对接企业的工程建设管理平台[1]。各地信息化管理平台主要分为：政府工程建设监管平台、责任主体工程建设管理平台（施工安全管理类、施工质量管理类、绿色文明施工类、施工综合管理类、人员管理类、BIM技术应用、建筑工业化类等）[2,3]。

住房和城乡建设部等七部委发文《关于加快推进新型城市基础设施建设的指导意见》和《住房和城乡建设部关于开展新型城市基础设施建设试点工作的函》，要求结合城市信息模型（CIM）平台建设工作推动工程建设领域数字化转型发展，因此，政府部门应当结合自身工程建设监管职能，推进基于CIM平台的工地质量安全智慧监管业务应用，构建基于CIM的智慧工地监管平台，推进基于CIM的建设工程全周期、全过程、全要素监管，有效支撑工程建设监管、统一应用及市区联动，形成政府监管引导、产业协同联动、政企互联互通的多元共治的数字化监管模式[4,5,6]。

建设工程智慧工地监管综合架构体系，是借助信息化技术手段构建的“指挥调度一张网、上下沟通一个网、监管反馈全闭环模式”新型监管平台，也是通过信息化手段辅助实现交叉巡查，双随机抽查、专家专项巡检等监管方式的管理模式创新，更是主管部门提供基础信息服务，授信组织开展专项市场服务的服务模式创新。

从政府监管角度来看，当前智慧工地监管体系存在诸多问题：各工程建设监管系统较为垂直和深入，但相对独立和分散，缺乏综合监管和统筹调度的基本能力，部分专项监管系统市区覆盖不全，如高支模监管系统；施工现场存在多头监管，协同较少，各层级管理调度指挥手段有待整合和提升；主管部门和大部分建筑业企业对施工过程中的实时监管数据缺乏标准的采集手段和管理要求，导致信息重复录入或疏漏；企业间工程建设信息化管理水平差异较大，监控设备标准不统一；系统间的数据融合程度和上层监管手段有待提升，监管体系建设有待创新和加强。

为更好的解决当前智慧工地监管存在的各类问题，对整个智慧工地架构体系和实际应用场景的深入研究，特别是对依托城市CIM基础平台打造新型智慧工地体系的研究具有非常重要的意义。

为研究解决工程建设领域智慧监管系统分散、各个工地信息化水平和标准不一致、覆盖不全面等问题，行政主管部门要打造基于CIM的智慧工地监管平台，强化统一的工程建设阶段的全局数据监管，质量、安全、文明施工专题精细化监管，支撑市区两级政府监管、预警决策及指挥调度的一体化应用。推动数据汇聚融合，持续开展数据治理工作，完善数据共享机制，打造数据处理中枢，致力构建基于CIM的工程建设综合监管，实现基于CIM的辅助监管、预警决策及指挥调度，促进信息技术与政府治理深度融合，打造理念先进、管理科学、工程建设领域一体的“一网统管”体系，推进城市治理的现代化进程，实现与政务服务更加信息化、智能化，实现“一网通办”、政府运行“一网协同”相互促进、整体发展，实现工程建设板块范围“一网感知态势、一网纵观全局、一网决策指挥、一网协同共治”。

基于CIM的智慧工地监管平台建设。主要建设思路如下：

（1）统一应用架构。统一工程建设监管大屏、PC、APP应用架构，以整体升级方案，统筹开展质量、安全、文明施工现有各监管系统源头治理、系统整合和升级建设，完成业务应用的集成整合，实现业务监管一体化。

（2）构建数字底图。推进工程建设领域数据汇聚融合治理、CIM模型数据采集常态化，建立健全数据融合治理、数据质量监测及数据共享长效工作机制，打造工程数字底图，有效支撑市区两级工程监管应用，推进基于数字底图的工程监管新模式，统一支撑“穗智管”城建板块智慧工地应用，建立基于工单的数据协同治理，保障数据质量。

（3）市区两级联动。建立市、区两级质安监管联动机制，建设区级监管应用，统一市区两级数据交互及共享标准；建立数据对接应用机制，实现市区两级联动，并通过统一的应用系统建设集成规范和标准，支撑各级工程建设主管部门业务应用需求及系统建设需求。

（4）CIM总控监管。构建基于CIM的总控监管应用，全面厘清质安数据资源，构建质安数据基座，推进三维模型信息采集与CIM落图，实现工程建设领域全维度的数据监控可视化展示、时空联动、决策分析及指挥调度。

构建基于CIM的智慧工地总控监管平台，强化统一、多级联动的工程建设阶段全要素、全周期、全可视的数据总控监管，具体工作任务包括：

（1）搭建基于CIM的建设工程总控监管大屏。搭建基于CIM三维底图可视化的质安领域总控大屏，支撑市、区等多级联动应用，实现工程建设整体指标、清单列表、问题详情的三级数据穿透，强化基于CIM的高精度实景三维可视化、空间数据联动监管应用。全方位涵盖质安领域在建工程、形象进度、监督履职、危大工程、视频监控、质量检测、夜间施工等8大主题的总控建设与展示，质量监督、安全监督、工程沙盘、起重机械监控、深基坑监控、现场人员监控、夜间施工监管、问题闭合监管、疫情防控监管、监督履职监管、视频监控、扬尘噪音监控、物联网监测情况、AI识别、工地信息预警、数据质量报告、试点工地情况、临小工程监管等18个专题[7,8]。

（2）构建市区两级数据交换标准，建设区级智慧工地总控监管应用。结合市、区两级质安监管联动需求，建设区级智慧工地总控监管应用，统一市区两级数据交互及共享标准；建立数据对接应用机制，支持各区自建系统的数据统一对接到市级智慧工地总控监管平台，由市总控监管统一对外共享市级及其他委办局数据共享应用。

（3）推动工程建设领域数据汇聚融合治理，建立数字底图。建立健全数据融合治理、数据质量监测及数据共享长效工作机制，建立数据资源目录、数据采集分析，建设数据资源共享平台，打造质安数字底图，支撑市区两级质安监管应用、统一支撑“穗智管”城建板块智慧工地应用。开展企业项目管理数据对接实践，根据工程项目进行数据治理与服务，保障监管数据质量，推动工程建设领域数据汇聚融合，完善工程建设总控监管平台数据监控维度，丰富政府监管手段，支撑政府监管与行业应用。建立监管部门、企业、项目三方数据协同治理机制，建设基于工单形式的数据协同治理，丰富业务联动、数据协同治理手段，提升数据治理能力。

（4）推进基于CIM的智慧工地建设，实现“一屏管工地”。基于CIM平台开展智慧工地监管应用，融合BIM、倾斜摄影实景、720全景三维模型，构建CIM智慧工地数字孪生、物联监控、远程监管、信息协同、AI分析五维监管能力，实现工程建设阶段全要素、全周期、全可视的数据总控监管，实现工程项目参建主体全协同，责任全落实，业务全覆盖、结果可追溯、风险全管控，数模联动全方位三维展示工地监管，提升工程建设监管水平。主要功能包括：数字孪生、一屏管工地。以CIM数字孪生平台，汇集BIM模型、高清实景三维、VR全景等多元模型数据，720度全视角查看建筑物内外部规划设计及施工实际进度，实现时空联动，“一屏管工地”等功能。物联监控、一网态势感知。以智慧工地物联监测平台，接入工地出入口的人员闸机、车辆道闸，实现对人员、车辆进出场的严格管控；连接塔吊、升降机、深基坑、高支模等监测设备，实现对危大工程的实时监测、动态预警、责任派发；通过环境监测设备，对工程现场的噪音、扬尘等监测信息进行阈值管控，强化现场的文明施工管控[9]。远程监管、云上指挥调度。综合提供无人机、视频监控、移动APP、视频会议等多维度、全时段、多视角的远程监管技术手段。无人机预设航线规划，一键自动巡航，实况航拍直播，AI违规行为快速抓取，即时喊话指挥调度；移动APP工地连线，提供现场人员实时视频、语音连线功能，让调度指挥更便捷；远程视频会议，提供远程多方会商功能，提升沟通的即时性和有效性。AI分析、智能管控。以AI+视频监控、无人机技术，提供AI智能发现、识别预警、任务派发等功能，实现对安全帽佩戴、反光衣识别、夜间施工，渣土覆盖、施工面作业人员统计等数十种AI智能分析应用，助力智慧工地“AI智能管控”升级。信息协同、多方协作互联。获取诚信、实名等基础监管数据，连接质量检测、起重机械、混凝土等行业监管信息数据，全面覆盖项目基础信息、监督检查、质量安全、文明施工、人员管理，实现各方参建主体及政府主管部门的“多方协作互联”[10]。

（5）推动竣工图三维数字化备案，促进工程审批提质增效。基于CIM平台，制定竣工图BIM交付标准，采集竣工图BIM模型，探索实现竣工图三维数字化验收备案，基于竣工图三维数字化备案成果对接城市CIM平台，服务于后续城市级应用。

基于CIM的智慧工地总控监管平台面向市、区、项目三级开放服务，全方位涵盖质安领域在建工程、形象进度、监督履职、危大工程、视频监控、质量检测、夜间施工等8大主题；质量监督、安全监督、工程沙盘、起重机械监控、深基坑监控、现场人员监控、夜间施工监管、问题闭合监管、疫情防控监管、监督履职监管、视频监控、扬尘噪音监控、物联网监测情况、AI识别、工地信息预警、数据质量报告、试点工地情况、临小工程监管等18个专题。实现工程施工过程监管、竣工验收备案的过程应用。以广州市基于CIM的智慧工地总控监管平台为例，平台累计注册监管用户300个，覆盖市、区监管单位，日访问量3500多人次。通过基于CIM的智慧工地总控监管平台，实现了对2000多个工地的综合监管。基本信息方面，可以查看工地的基本信息，包括工程信息、证照信息等信息。质量监管方面，接入工地材料进场、质量检测报告的全部最新数据。安全监管方面，可对建筑深基坑、起重机械等危大工程进行远程监控。深基坑，接入水平位移、竖向位移和支撑内力等6类数据；起重机械，接入塔吊的载重、高点风速、倾角的状态，也接入塔吊和施工电梯的登记、维保等日常管理信息。日常监督巡检方面，接入执法信息和整改要求信息，推行阳光执法、廉洁执法，执法情况在穗智管平台上接受各级领导的指导和监督。文明施工方面，动态监测现场PM2.5、PM10、噪声等指标数据，落实环境指标实时监测与预警。视频巡检方面，通过无人机巡检查看近期工地全貌和进度。通过工地出入口、施工作业区、高点等重要位置的视频探头实现对工地现场的远程巡检，引入AI识别分析，指导工地智能管控。疫情管控方面，通过对接穗康码信息，实现工地人员的健康情况监控。基于CIM的智慧工地架构体系主要在模型融合、数模联动、模型联动对比、物联监测预警、非接触巡检管理、竣工图三维数字化备案等方面进行了新的探索：

（1）模型融合。基于CIM平台，集中承载BIM模型、地图影象、倾斜摄影实景、720全景、CAD图纸等模型数据，实现三维数据融合、二三维一体化展示及管理。

（2）数模联动。实现智慧工地质量、安全、文明施工等施工过程全要素监管信息汇聚、空间分布、数据与模型关联展示，数模联动，时空数据可视，所见所得。

（3）模型联动比对。实现施工图BIM与竣工图BIM模型比对；施工图BIM与施工过程BIM比对；施工过程BIM模型与实景模型比对；竣工图BIM与实景三维比对。

（4）物联监测预警。通过物联网监设备，系统提供视频监控、起重机械安全监测预警、地下工程和深基坑安全监测预警、高支模安全监测预警、扬尘噪音监测预警等物联网监测预警功能，实现对在建工程起重机械、深基坑、高支模等危险性较大的分部分项工程的安全CIM空间实时监测、可视化预警联动。

（5）非接触巡检管理。借助物联网、AI、无人机、大数据算法等新技术手段提升现有信息化水平，通过数据的智能分析预警，结合工程风险分级数据，实现对工地现场问题的自动识别、预警、派发、反馈复核的智慧化管理，达到非接触式监管，提升工地监管效能。

（6）竣工图三维数字化备案。工程竣工阶段，交付竣工图BIM模型，模型合规性自动检查，集中关联竣工信息，创新工程审批监管。

城市建设智慧化、信息化是推进城市高质量发展的必由之路，而对建设工程工地智慧监管更是未来城市治理和城市建设的重要抓手。未来，基于CIM的智慧工地架构体系可从多个方面进一步探索：

（1）强化基于CIM的智慧工地监管平台建设，全面推广使用，全力推进市住建局建设领域“住建一张图”“指那儿打那儿”的作战指挥要求，实现住建一张三维底图，一网统管，全城统管。

（2）构建CIM+智慧工地应用模式，实现项目级单工地的“规-设-建”全过程、全要素三维可视化及“五维管控一体化”。

（3）推进基于CIM的工程建设监管应用与服务。编制《建筑工程智慧工地建设技术规程》，推动企业积极参与基于CIM的智慧工地试点应用落地，以标准引领落地智慧工地系统与CIM总控监管平台系统的对接，打造政企共建、共治、共享新模式。