国外智慧工地解决方案研究论文

据智研咨询发布的报告，2018年我国智慧工地行业市场规模达到99.1亿元，同比增长24.03%。相比于目前安防市场几千亿的市场规模，智慧工地显然还是一个不大的“盘子”。不过，由于AI、物联网、BIM等技术的赋能和融合，加之政府的愈加重视，这一与智慧城市建设息息相关的领域，也正在以加速成长的方式占领着市场。一、智慧工地的落地场景在哪里？谈到智慧工地，很多人的印象还停留在安全帽的检测和配备人脸识别闸机上。但实际上，作为一个人、车、物密集的场景，智慧工地的场景落地并不简单，并且还涉及到工地端、企业端和政府端三方市场的对接，是一个必须做到“小而美”的市场。具体来说，工地的施工现场管理难、作业人员多、环境复杂。并且工地建设涉及各方，容易形成信息孤岛，各方对接难，审批流程也很复杂。传统的工地建设模式成本高，在信息化和智能化的浪潮下，也面临着管理向效益的转型，尤其质量安全管理的自动化、风险辨识智能化等，都是智慧工地未来的方向。二、前智慧工地能落地的场景是哪些？落地到具体的智能建设上，从识别工人是否佩戴安全帽，到察看吊车司机的动作是否规范、工地上是否有坑或列线、周围是否有违章建筑、工地是否需要进行围挡等，以及设备和物料的管控、工人的人事管理等，工地建设和运营的各要素，其实都在“智慧工地”的视野范围内。以某智慧工地平台为例，随着近几年人工智能的加入，平台的实名制认证、智能考勤、工资统筹管理、AI智能监控、人车通行管理等功能都已比较成熟。另外，智慧工地解决方案，还涉及对工地出入口、围墙、特种设备等进行视频监控，对塔吊碰撞、基坑隧道变形、地面沉降等进行告警的安全建造，以及对现场温度、湿度、噪音、扬尘等进行监测和控制。而再进一步延伸，除了大多数企业围绕的施工策划阶段、进度管理、人员管理、机械设备管理、物料管理、成本管理、质量管理、安全管理、绿色施工管理、项目协同管理等，智慧工地还在向集成应用、延展性应用拓展。三、细分智慧工地领域的商业模式在运维和服务模式上，业内人士也表示，智慧工地等细分场景，其实与公安等安防场景相同有不少差异点，涉及的需求更细分，商业模式也更复杂。工地场景需要进行大量的服务和协同，其中就包括各种系统的对接，不然无法打通应用。不同领域的服务可谓隔行如隔山。如工地的系统，进行文件管理，就需要与办公自动化（OA）系统对接；工资的发放，就要与工地和政府的财务软件进行对接；工地人员的情况，需要与建委系统对接；工人的挂靠问题、复用问题、监理人员是否持证上岗等，则需要与社保局对接等。因而，智慧工地领域的建设和运维，需要多年的摸爬滚打，与各方进行对接和磨合，否则很难在这一领域扎下根来。另外，在产业分工上，智慧工地上游为计算机、互联网及监控器材等企业；下游则为建筑施工、企业管理等行业。上游的计算机、互联网及监控器材等企业，技术开发能力和加工水平将直接影响到智慧工地运维的水平，因此，人工智能、物联网技术带来的创新就为智慧工地带来了新的契机。下游的建筑施工、企业管理等企业。建筑施工受国家政策、国民经济运行、行业及自身经营等，直接决定了智慧工地的景气程度、市场容量与技术发展方向。如此，包括软件平台提供商，安防厂商，以及人脸识别产品等硬件、解决方案提供商等在这一领域都有所布局，代表厂商有品茗、广联达、共友、海康威视、汉王等。目前，智慧工地的市场还有待开拓，玩家们更多还是选择精耕细作，站稳这一市场。相对于公安等领域的激烈竞争，在民用的细分领域，做的事更为“下沉”。截止到2018年我国已批准了290多个智慧城市试点项目，作为智慧城市在工程领域延伸的智慧工地，将直接受益于智慧城市的发展，未来还大有可为。

相继出台文件，大力推进“智慧工地”建设，助力建筑业高质量发展，越来越明确的政策让智慧工地项目遍地开花。

建筑行业是一个安全事故多发的行业，由于施工现场管理人员复杂、环境杂乱、多工种交叉作业等弊端，普遍存在管理粗放、施工地点分散等特性。

随着建筑业的快速发展，产业规模的不断扩大，原有的管理方法渐渐呈现弊端，传统的施工现场管理模式目前已不符合要求的可持续发展的市场需要。着眼于互联网的迅速发展，建筑行业信息化时代已经到来，智慧工地通过移动互联、物联网、云计算、大数据等新一代的高科技信息技术，实现建筑行业的信息化、精细化管理，真正体现安全生产、科学管理。

通过智慧工地的信息化手段实现要素的智能监控、预测报警和工作的数据共享、实时协同等，有效帮助企业提升管理效率、降低劳务成本、保障施工安全。

智慧工地的发展不仅是因为政策导向，还有建筑施工企业自身信息化建设的内在要求。智慧工地基于信息技术，围绕建筑工程项目全生命周期，建立支撑现场管理、互联协同、智能决策、数据共享的信息化系统，牢牢把握施工现场“人、机、料、法、环”这 5 个关键要素。

数据可视化技术围绕“控风险、除隐患、防灾害”工作要求，聚焦重点工程、重要环节，集中时间和精力，将数据可视化 Web 组态应用到建筑施工的管理中。Hightopo可视化保障建筑施工安全，遏制事故多发频发势头，协助行业安全生产形势稳定好转。

结合 BIM 三维建模，对场地平整、做地基、回填等各阶段工况进行全过程数字孪生，实现 Web 三维施工管理可视化平台，从而对建设工程造价预估，控制预算。

将建筑物及施工现场 3D 模型与施工进度链接，与施工资源、安全质量以及场地布置等信息集成一体。整合了建筑施工进度、施工人员佩戴装置、安全管理等各类系统，实现可视化表达，VR、手持或固定触控设置终端都可支持，减少信息传递的中间环节，保证信息传递的时效性和及时性，统一项目标准。

配合 3D 组态效果，可对塔吊碰撞等危险作业进行报警，显示塔吊交叉作业运行情况，最大程度上保障塔吊作业安全。

系统可根据施工要点自主设置警告类型信息，模拟土方开挖全过程，避免回填之前出现基坑边坡不平、基地不平的缺陷和杂物堆积，做到随挖随修，加快施工技术作业速度，提升工程作业质量。

基于 UWB 定位基站，结合 BIM 技术，通过现场放样优化楼层板综合排布，对层板定位可行性采取 3D 场景虚拟漫游，实现决定楼层板与钢梁熔透焊接的焊点位置的效果，协同安装，保证布置合理，达到零拆改，一次成优。

智慧工地管理的研究及应用，能够有效地深化建筑企业管理模式和提高企业的实力，改变了传统的工地管理方式，更加的细节化、模范化、流程化，达到优化管理、整洁环境、人员规范、责任到人等效果；打通从一线操作与远程监管的数据链条，实现劳务、安全、环境、材料各业务环节的智能化、互联网化管理，提升建筑工地的精益生产管理水平；预防安全事故的发生，追责安全事故的问题，使得工地管理更加的符合管理者的需求。

实名制管理现在真的是刚需，政府要求，大家都得搞。既然搞了那就把实名制的内容连接到智慧工地上，与其他的数据一样，形成集成化管理。那么智慧工地与实名制结合有什么好处？可以及时记录和掌握工人安全教育情况，通过门禁系统实时统计现场劳务用工情况，如果录入的信息较为详细的话可以分析劳务工种配置，监控人员流动情况，甚至还可以包括监管工资的发放情况。这些都可以通过智慧工地实现，并且这些东西很多项目都已经落地了。

现在的每个项目上都有各种各样的监控摄像头，包括但不限于，生活区监控、办公区监控、施工现场监控、塔吊监控、施工电梯监控等等。这些监控同样可以通过智慧工地的接口形成统一的集成化展示，展示效果参见一般的保卫监控室，想看哪里点哪里。监控也已经算是相当普及的应用了，稍微做的好一点的智慧工地可能会有移动端和web端，这样可以随时随地的监控现场各个地方的动态，只要网速够快，还是蛮方便的。现在逐渐开始流行的5G智慧工地，就把实时监控这个事情发挥起来了。

监测系统的话那就对设备可能有一些需求，比较常见的就是扬尘噪音监测，也是几乎每个项目一套。稍微做的细一点的项目会有配电箱监测、水电表智能监测、高支模监测、临边防护监测、塔吊防碰撞监测等等。这些都没有技术上的难度，设备也都是已经实现了的，只要安装上这些设备，可以将项目上你想要知道的这些信息统一集成到智慧工地，对这些信息进行记录。项目每个月的用电情况分析，用水情况分析，可能产生的危险源分析，都可以由这些数据得到，同样这也是比较好用也是比较实用的应用点。

人脸识别系统也是其中一点，这个和实名制系统类似，但是又有所不同。人脸识别系统其实可以做的文章很多，最常见的是实名制。除此之外，疫情期间人脸识别可以增加红外测温的功能，可以增加口罩识别的功能，这些在技术上都没有什么难度，很多项目也都已经实现了。实现无人值守减少接触，也算是工地防疫期间的一个小亮点。（了解更多智慧人脸识别解决方案，欢迎咨询汉玛智慧）

进度管理是很多甲方和施工单位都关心的问题，交流的时候大家也都希望可以通过智慧工地实现真正的进度智能化管理。那我只能说理想很丰满现实很骨感。现在的进度管控要么是人工分析，要么是BIM+智慧工地用模型挂接进度计划实现半智能分析，不管怎么样，都是需要人工录入。用模型进行进度管理还涉及到相当复杂的模型分割和进度挂接工作，要是流水段突然变了或者施工工况突然变了，那就是推翻重来，又要进行相当复杂的模型分割和进度挂接工作。

总的来说，在此时代快速发展的背景下，伴随着技术的不断发展，信息化手段、移动技术、智能穿戴及工具在工程施工阶段的应用不断提升，智慧工地建设应运而生。建设智慧工地在实现绿色建造、引领信息技术应用、提升社会综合竞争力等方面具有重要意义。而我们汉玛智慧，也在为实现智慧工地的普及不断努力，为给广大客户贡献更多更优质的智慧工地解决方案不断奋斗！

本文内容来自以下文章：

杨晓娇,于忠,冮军.智慧工地中的图像传感技术的应用进展[J].四川建筑,2021,41(S1):41-44.

摘要：文章对智慧工地中的图像传感技术的发展历程、以及图像技术、视频技术、激光雷达点云技术在建筑工地中的应用作介绍，并介绍了智能算法在图像处理技术领域的发展应用。最后提出为了更好地满足施工监管的需求，图像技术可以通过视频技术、激光雷达点云技术在时间、空间上进行交叉验证，以提高图像识别的准确性。在智能算法与图像耦合技术方面应结合三维技术形成更加准确地实时反馈信号指导工程施工。

关键词：图像传感技术; 视频技术; 激光雷达点云技术; 智能算法

智慧工地和智慧建筑的兴起与当今智能化、信息化的发展有着紧密的联系。随着我国城镇化进程的加快，建筑施工过程日益复杂，施工现场安全问题，如劳务人员安全帽和安全绳佩戴、施工现场临时用电混乱、临边防护等问题，也日益凸显出来，使得传统施工安全监管技术已经无法满足目前现场施工安全的要求。借助计算机和人工智能技术的快速发展，图像传感技术凭借 处理精度高、灵活性强、再现性好、适用面广等特点 成功应用于建筑施工安全管理等过程，为项目管理人员提供施工现场的安全隐患、施工动态及进度的实时反馈，提高了建筑施工安全管理效率。

进入21世纪，图像传感技术的应用范围被逐渐拓宽，甚至在某些领域已经取得突破。然而，对计算机计算速度、存储容量要求较高，图像处理使用频带较宽、以及在成像、传输方面还有一定的技术难度等因素，制约了图像传感技术的进一步发展。

目前，智慧工地系统中包含了大量的各类传感器和核心的数据实时处理技术，也由此带来了大量的数据获取、传递和处理。随着智能技术的发展，视频图像信息在建筑信息数据中的占比越来越大，利用图像传感技术对建筑施工进度、人员安全带和防护栅栏等安全装置状态识别、工程质量评价以及施工现场扬尘监测等过程进行实时反馈，实现建筑施工过程中的信息识别、安全监管、决策分析等功能，使得图像传感技术成为建筑施工管理过程中的重要技术手段之一。

1 图像及视频传感技术在智慧工地中的应用

1.1 图像技术在建筑工地中的应用

图像技术总体上可以分为 图像分析、图像重建和图像的像质改善 三大部分，在建筑施工中图像技术一般用于图像分析，如人脸识别、安全帽/绳识别、火灾识别、混凝土结构监控等。

1. 2 视频技术在建筑工地的应用

建筑工地是一个复杂庞大的区域，利用视频技术对建筑物内部各个位置情况进行监管，对建筑施工现场安全管理进行实时监控。从现有的研究和应用案例来看，建筑工地对视频监控的需求主要集中在: 地基基础、地面施工、高层作业以及文明施工检查 等阶段。其中， 安全问题 是各个阶段最突出的问题之一，利用视频技术对施工现场的深基坑、高边坡支护安全、模板工程安全、临边洞口防护、脚手架搭设安全等过程进行监管，既减轻了监管人员的工作强度，又加强了建设行政主管部门以及监管机构的调控监控力度，提高了工作效率。

1.3 激光雷达点云技术在建筑工地的应用

近年来，利用激光雷达技术处理大规模的地理空间数据，发展了计算机视觉、计算机图形学。从有关于建筑重建、图像以及激光雷达建模的文献中发现，其中很大一部分内容致力于基于图像的方法进行 建筑重建 。激光雷达利用点云成型技术能快速获取大范围区域表面采样点的三维空间数据，正是由于其在建模工作上的高效性，因而在 建筑规划、建筑施工以及文物保护等 方面起到了重要作用。

2 智能算法对于图像技术在智慧建筑领域发展的影响

2.1 智能算法在图像处理技术中的发展

智能算法自提出以来就引起了国内外众多学者的广泛关注，经过多年的发展和创造，智能优化算法已成功应用在国民经济的各个领域，为生产生活中的许多复杂问题提供了一个高效可行的解决方案，成为了学术领域中一个重要的研究方向。其中比较经典的智能优化算法有: 遗传算法(GA)、蚁群算法(ACO)、粒子群算法(PSO)、差分进化算法(DE)、混合蛙跳算法(SFLA)、人工蜂群算法 等。 在图像处理技术上蚁群算法和粒子群算法是最常用的算法 。

总的来说，智能算法用于图像处理技术的优化具有两个方面的重要作用。 一是基于大数据信息平台的信息汇总数据智能处理分析，引导图像处理技术的优化和发展; 二是基于大数据技术对于数字信号的处理架构以及模型优化，能够有效辅助现有图像处理技术，实现图像处理技术的快速升级。

2.2 智能算法和图像耦合技术对传感建模方法的改进

利用 智能算法与图像耦合技术 处理施工过程中火灾识别、污染识别、劳务人员安全识别等问题具有高速、便捷等特点。智能算法与图像之间的耦合技术主要利用图像本身具有的张量结构，且张量结构具有良好的表达能力和计算特性，因此可以利用智能算法对张量结构进行分解并快速而高质量对图像进行压缩和提取相关特征信息，从而可以利用获取的信息进行快速的传感建模。施工现场的大气污染防治作为建筑工地的重要工作之一，利用图像处理技术对施工过程中的扬尘、裸土覆盖等问题进行智能识别，通过智能算法与图像之间的耦合技术对施工现场的扬尘、烟雾、裸土等信息进行提取传感建模，实现快速识别、抓取、处理等功能，并生成相应的数学模型对施工过程进行预测、评估等，指导施工现场管理。

然而，智能算法与图像耦合技术的传感建模方法仅仅是获取图像中的 二维数据信息 进行快速建模，对施工现场出现的问题作出的响应更多只是简单提取建模、分析、以及预警等，很难进一步提高精度。因此， 智能算法与图像之间的耦合技术应结合三维技术进行更加精确的数据信息提取，从而形成精度更高的实时反馈、预测模型、评价模型等指导现场施工实现精确识别、预测告警、以及深度治理等功能 。

3 总结和展望

本文主要对图像传感技术的发展历程，以及 图像技术、视频技术、激光雷达点云技术 在建筑中的应用进行了概述，指出随着建筑施工过程的日益复杂，建筑体量增大，仅仅依靠图像识别技术对劳务人员、安全帽佩戴、烟雾情况进行识别已经无法满足工地现场管理的要求，因此目前图像技术应与视频技术相结合，以提高图像识别的准确性。并提出利用激光雷达点云与视频图像技术对施工过程中的扬尘、裸土识别等进行交叉验证，以提高识别精度，实现建筑施工污染源的精准定位、智能预测、深度治理。文中还对智能算法、以及其在图像处理技术领域的应用进行了介绍，提出智能算法与图像耦合技术对于传感建模方法应结合三维技术进行更加精确的数据信息提取，从而形成精度更高的实时反馈、各类模型等指导现场工地施工。

“智慧工地”是在互联网、大数据时代下，基于物联网、云计算、移动通讯等技术，由筑丰研发的一款建筑施工现代化掌上工地系统（包括手机终端和PC端）。它围绕建筑施工现场“人、机、料、法、环”五大因素，采用先进的高科技信息化处理技术，为建筑管理方提供系统解决问题的应用平台。