摘要：为提高施工管理的智能化水平,将智慧地球、智慧城市理念引入施工管理，提出了智慧工地的概念，进一步明确了智慧工地的内涵特征，设计了系统架构，提供了实施示例，探讨了智慧工地面临的机遇与挑战。研究表明，智慧工地系统包含感知层、网络层和应用层，能够实现更透彻的工程信息感知、更全面的工程信息互联互通、更深入的施工管理智能化。当前，智慧工地在学科交叉融合、前瞻性与实用性平衡、工 程信息感知等方面依然面临挑战。

关键词：施工管理；智慧地球；智慧城市；人工智能；系统架构

0 引言

建筑业是支撑社会经济发展的重要产业，也是典型的劳动力密集的粗放生产行业，施工及相关管理活动依然主要采用人工完成。与其它行业相比，建筑业在智能化、科学化、精益化、人性化等方面存在明显不足。随着经济全球化和社会快速发展，建筑业迫切需要升级产业结构和变革建造模式，提高管理和生产效率。与此同时，人工智能、无线传感网络等现代技术发展为建筑业转型升级提供了前提支撑。在此背景下，探索运用新技术变革传统施工管理方式，构建智慧工地系统，具有显著的先导意义和实践价值。

目前，人工智能、无线传感网络、建筑信息模型等新技术已经不断融入施工管理中，取得了一些有益进展。例如，RFID 技术被广泛应用于人员定位与管理、物料追踪、设备使用权限管理等;计算机视觉技术在结构变形检测、不安全行为识别等方面发挥了巨大作用；建筑信息模型技术体现出了重要的信息集成和交互平台作用。基于上述技术，在施工安全管理、建筑工人管理、施工设备管理、施工活动监控、环境管理等领域涌现出了一系列智能化系统，形成了 智慧工地的雏形。然而，上述成果主要依托于各类软硬件技术实现特定工作的信息化和智能化，对智慧工地的内涵、共性特征把握不足。

为此，本文以笔者在该领域的实践探索创新成果为基础，明确了智慧工地的内涵特征，设计了智慧工地的系统架构，提供了实施示例，阐明了智慧工地发展的机遇与挑战，以期更好地推进智慧工地建设，促进建筑业转型升级。

1 智慧工地的内涵特征

目前，针对建筑业生产效率较低、管理形式粗放等问题，不少专业人士都将“智慧工地”作为一种系统化的创新解决方案加以研究和探索。同时，《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中提出:“‘十三五’时期,全面提高建筑业信息化水平，着力增强 BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力。”《中国建筑施工行业信息化发展报 告———智慧工地应用与发展》中提出:“通过云计算、物联网、人工智能、BIM 等先进信息技术与建造技术的深度融合,打造智慧工地。”此外，一些专注于建筑信息化的软件厂商也以计算机软件为平台，大力推进以工程管理信息化为核心的智慧工地系统。在多方共同努力下，智慧工地已经初现雏形，并逐渐被业界所接纳。但是，智慧工地在具有丰富多样的表现形式的同时，其内涵特征依然不够明晰。

本文提出的智慧工地源于IBM提出的智慧地球理念，与之相近的概念还有智慧城市、智慧校园等。其内涵特征如下：

(1)更透彻的感知。目前，制约工程管理信息化和智能化水平提升的首要因素为工程信息缺失和失真，更高层次的管理活动无法获得有效的基础信息保障。为此，智慧工地将及时、准确、全面地获取各类工程信息，实现更透彻的信息感知作为首要任务。其中，“更透彻”主要体现为提升工程信息感知的广度和深度。具体而言，提升工程信息的感知广度是指更全面地获取不同主体、不同阶段、不同对象中的各类工程信息；提升工程信息的感知深度是指更准确地获取不同类型、不同载体、不同活动中的各类工程信息。

(2)更全面的互联互通。由于工程建设活动的参与方较多，工程信息较为分散，带来了“信息孤岛”、信息冲突等一系列问题。为此，智慧工地将以各类高速、高带宽的通讯工具为载体，将分散于不同终端、不同主体、不同阶段、不同活动中的信息和数据进行连接和收集，进而实现交互和共享，从而对工程状态和问题进行全面监控和分析。最终，能够从全局角度实施控制并实时解决问题，使工作和任务可以通过多方协作得以远程完成，彻底改变现有的工程信息流。

(3)更深入的智能化。目前,施工活动仍然主要依赖经验知识和人工技能，在信息分析、方案制定、行为决策等方面缺少更科学、更高效的处理模式。为此，在人工智能技术迅猛发展的背景下，智慧工地将更加突出强调使用数据挖掘、云计算等先进信息分析和处理技术，实现复杂数据的准确、快速汇总、分析和计算。进而，更深入地分析、挖掘和整合海量工程信息数据，更系统、更全面地洞察并解决特定工程问题，并为工程决策和实施提供支持。

综上所述，本文提出的智慧工地与智慧地球、智慧城市等一脉相承，与智慧金融、智慧医疗、智慧电力等相互联系，形成完整的理念架构

2 智慧工地的系统架构

实践中，智慧工地由特定硬件系统实现相应功能，主要由感知层、网络层和应用层组成，三者分别为实现更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化提供保障和支撑，见表1和图2。

智慧工地中，感知层是基础，为整个系统提供全面的信息保障；网络层是桥梁，实现了信息传输和共享；应用层是核心，直接为不同工程任务和问题提供解决方案。

3 智慧工地的实现方式及示例

设计开发中，智慧工地以上述共同特征和共通架构为基础，遵循“问题导向，创新驱动”的实施策略，先由总体设计团队开展工程问题分析，形成智慧工地或特定子系统及功能模块的整体解决方案；再以问题解决方案为核心，与相关支撑技术研发团队共同完成系统设计方案；最后，依据设计方案进行硬件选型、网络布设等，并由专业制造厂商完成技术硬件，实现工作；最终，智慧工地将以相同系统架构下的不同子系统及功能模块的形式进行呈现，见图3。该方式的优点在于各子系统及功能模块之间既能协同运作，也能独立运行；既能保证系统整体性，也可分阶段循序推进。

应用推广中，先由施工企业和业主共同以示范工程为载体，开展试点应用。经过反馈改进后，最终形成满足大规模推广应用要求的成熟解决方案。

4 智慧工地的发展与挑战

以下几个关键问题与挑战：

(1)人工智能等前沿技术与工程建造和管理的深度融合问题。如何提高建筑业和人工智能等前沿技术领域的专业人士的深度交流与协作，加强研发团队对工程建造与管理领域问题的分析与理解，提高技术匹配性是需要重点关注的问题。

(2)智慧工地的前瞻性与实用性之间的平衡问题。如何在技术前瞻性与功能实用性间取得平衡，同时做到操作简便、成本低廉、性能优越是影响智慧工地普及推广与可持续发展的关键问题。

(3)工程信息的更全面、更透彻感知问题。如何提高工程信息感知的广度、深度和精度是智慧工地发展中的重要基础问题。

5 结论

（1）智慧工地以更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化为内涵特征，分别对应于提升工程信息感知的广度、深度、准确度和时效性，提高不同工程参与主体、不同工程阶段间工作协同度，加强工程任务处理的自动化、集成化程度等关键任务。

(2)智慧工地系统包含感知层、网络层和应用层，分别实现工程信息采集与反馈、工程信息传输与交换、工程信息智能分析与处理。最终，智慧工地体现为相同系统架构下的不同子系统及功能模块。

(3)智慧工地建设中遵循“问题导向，创新驱动”的实施策略，强调多学科交叉融合创新，注重针对特定问题进行整体解决方案设计，并在试点应用的基础上实现推广应用。目前，智慧工地的解决方案可分为面向工程和面向工人两种类型。

(4)智慧工地在发展中需要高度重视人工智能前沿技术与工程建造和管理的深度融合问题，努力在技术前瞻性与功能实用性之间取得平衡，并进一步加强工程信息感知技术研究。