1、1 大数据 时代下的 施工现场 管理 摘要 ： 随着信 息化改革变得越来越深入，在各个领域的发展过程中都充满着数据信息， 这些数据信息是通过一定技术手段得到的，并且在进行相关的整理、分析之后能够 为企业的决策提供相应的依靠，提高企业的经济效益，促进企业的发展 。对于建设工程来讲，在大数据时代下， 高效的施工现场数据采集对于信息流动和项目管理至关重要 。 本文从工程管理管理人员的角度进行考虑，结合大数据时代有关的 优势与困境 ，对 大数据在建筑工程项目管理中的应用 做出了分析， 最后对大数据时代下的施工现场管理 现状 进行 描述 ， 并对其未来进行 展望 。 关键字 ： 大数据；数据挖掘； 项目
2、 管理 Construction management in the era of big data Abstract: with the reform of information has become more and more thorough, the development process in various fields are filled with data, these data are obtained through certain technical means, and provide the corresponding rely on for enterprise
3、 decision-making after the collation, analysis, improve the economic efficiency of enterprises, promote the development of enterprises. For construction projects, in the era of big data, efficient construction site data collection for information flow and project management is essential. This paper
4、considering the project management perspective, combined with the era of big data about the advantage and predicament, makes an analysis on the application of big data in construction project management, construction site management status finally in the big data era is described, and its future pro
5、spects. Key words: big data; data mining; project management 1、 引言 人类每一次大的技术变革都是先在新型产业生根发芽，然后再慢慢把触角延伸到传统行业。经过近十年的发展，随着大数据技术的不断成熟以及互联网应用案例的普及，“数据驱动业务”的模式逐渐得到各行各业的广泛认同，“互联网 +”战2 略的提出更是为大数据从互 联网向其他行业的传播吹来一阵东风，信息技术落后的中国建筑产业将借助这股东风扬帆起航。 大量的信息和数据是工程项目建设的根基，从科技管理角度来看，这些信息资源的科学管理成为现阶段建筑工程项目管理的重要瓶颈。鉴于工程项目的系统
6、性、动态性以及时代要求，大数据技术的出现为建筑工程项目管理带来了新的发展方向，将大大提升项目管理各环节和整体的信息处理效率，为项目决策提供有效的信息参考，进而实现项目效益增值。 以至 借助大数据技术提升建筑工程项目管理水平，从而实现绿色、智慧、宜居的建筑，进而改变管理粗放、科技含量低、能耗浪费 严重的中国建筑产业，共建产业新生态。 2、 大数据 与建设 工程项目管理 大数据， 一般是指 无法 在 可容忍的 时间 内用现有的 IT 技术 和软硬件工具对其进行感知、获取、管理、处理和服务的数据集合 。 还有专家 给出 的 定义是，大数据通常 被 认为是 PB（ 103TB）或 EB（ 106TB）
7、或 更高数量级的 数据 ，包括结构化的 、半结构化的和非结构 化 的 数据 1。 工业和信息化部电信研究院 2014 年大数据白皮书中指出，大数据是具有体量大、结构多样、时效强等特征的数据，处理大数据需采用新型计算架构和智能算法等新技术，其应用强调以新的理念应用于辅助决策、发现新的知识，更强调在线闭环的业务流程优化。大数据的应用由浅到深分为四个层次，如下图 1 所示，而大数据 下的建设 工程项目管理就是依据不同的应用场景设计不同的数据处理算法，进而将建筑工程积累的海量数据凝练成建筑行业知识和智慧，用以辅助管理人员对建筑工程项目寿命周期内的所有工作和资源进行管理，以达到按时按量完成建筑工程项目。
8、 3 图 1 大数据 产生 应用 价值 的 层次 建筑工程项目是指业主以一定数量的投资，经过前期策划、设计、施工、验收等一系列过程，在一定的时间、资源、质量等约束条件下，以形成固定资产为明确目标的一次性任务。建筑工程项目往往具有投资额大、建设周期长、不确定因素多、风险大、参与人员多等特征。建筑工程项目管理是通过管理者的努力，运用系统工程的观点、理论和方法对建筑工程项目寿命周期内的所有工作及其资源进行决策、计划、组织、协调、控制和总结评价，以达到保证工程质量、加快工程进度、提高投资效益的目的，其贯穿于整个建筑工程项目寿命周期内的各个阶段 。 因此 ，在大数据时代下，将 先进的网络和自动化技术出现
9、在施工现场，让自 动化管理成为 了 可 能。将现代信息技术与传统的工程施工相结合，有利于科学发展观和 可持续发展战略 的落实；有利于减少企业在施工过程中的资源浪费，有效降低企业施 工成本；有利于 提高建筑施工企业现场管理水平；也有利于降低施工环节中的安全事 故发生率。所以 ，将具有自动识别、精确定位、实时传输功能的自动化技术引入施工 现场管理必将具有十分广阔的应用前 景。通过自动化数据采集技术对施工现场的生产 要素进行识别、 定位、跟踪、监控，并将信息数据实时传输给计算机，经过分析处理 之 后 ，将实时的施工现场状况反馈给管理者，帮助管理整个施工过程。 3、 大数据时代背景下工程项目管理困境
10、大数据 时代 ，先进的科技管理成为各行各业获得竞争优势的途径之一，也是工程项目管理中的重要工作内容。科技管理以计算机为技术依托，以庞大的信息流和4 资源流为管理对象，为冗杂的信息资源的搜集、筛选、存档以及传送提供一个网络信息平台，以实现科技管理活动的流程化、信息化和自动化。基于科技管理的这些特点，我国工程项目管理也 要面临 着 数据多元化、动态化以及信息化管理 这一 重要挑战 。 一方面，在传统行业中， 建设 工程行业是数据量最大、项目规模最大的行业，参与主体多、覆盖地域范围广 、 耗费时间长、影响因素多等特征决定了工程项目的信息管理具有多元性。 这时， 施工管理人员需要花费大量的时间来记录和
11、分析工作的进展。通常，施工现场管理人员可能需要花掉 30%-50%的工作时间进行数据釆集和分析处理 2。 而且 ， 目前我国的施工现场大多都采用人工进行数据采集，需要从业人员具有一定的工作经验且费时费力，因缺乏实时的信息反馈导致的项目窝工、材料浪费、生产率下降等现象屡见不鲜 3，影响项目质量、进度、成本、安全等目标的实现。此外，人工收集 、测量的数据更容易产生误差，导致决策的失误。 另一方面， 信息数据的多元性体现在工程管理的各个环节，如前期决策中信息来源渠道多，人力、物力、财力管理都基于各种信息资源 4。 而且 ， 工程项目管理采取全周期管理模式，时间周期长，各种信息流在动态的时间流中持续分
12、布。因此，工程项目的信息化管理 必须达到高度 重视 。 此外 ， 经济环境的快速变化给工程项目管理带来了诸多不确定性，使得工程项目管理时刻面临风险。技术更新频率加快，社会经济环境突变的可能性也随之增加，这对保障工程项目的进度、成本、质量、安全都带来了巨大挑战 5。例 如，工程规模不断增大，所需资金量也随之增加，这必然产生海量的成本数据和资金数据，传统的工程预决算管理模式根本无法适应大工程项目建设，极容易影响工程进度和成本控制。再如，工程规模的增大必然导致工程项目基础数据的巨量膨胀，传统的施工管理模式不仅容易造成安全隐患，而且无法保证工程整体质量。 4、 大数据 在 建筑工程项目管理 中 的应用
13、 4.1 工程项目 施工 中的数据挖掘 施工过程中除了前期准备工作不足、项目设计偏差、施工管理不当、设备未按时按要求到位以及天气情况等原因导致工程进度缓慢外，还有很多被忽略的因素会影响工程进度，实际施工中客观存在一些我们不了解的因果关系，要想更好地了5 解这些因果关系，需 要对大量工程项目管理数据进行挖掘，基于数据分析结果 做 出决策。 而由于不同种类的 数据 特点不同，要进行数据挖掘必须对不同数据进行分类。对于结构化数据的挖掘，必须在各个专业工程领域建立一个统一的数据仓库，这是提高分析精度的根本保障 6。数据仓库体系构建应符合一定的关联规则，如图 3所示。 合同 I D 合同类型合同金额合同
14、编号项目 ID项目类型预算类型项目资金项目与合同的对应预算与合同的对应预算类型与合同类型对应采购与损耗的对应财务与物资的对应项目与运行的对应工程属性与数据对应设备 I D 资产编号状态属性生产厂家物资 ID物资名称物资规格物资分类物资与设备的对应预算类型与结算类型对应图 2 要素 关联 对于非结构化数据的挖掘，可以采用检索技术进行分类管理。 MOLDA的多维联机数据分析（ Multi-dimensional On-Line Data Analysis） 理论是一种支持分析和决策管理项目的模型，适合种类繁多的工程项目分类。其设计思路包括多维业务空间设计、挖掘方法设计、数据连接设计 3个部分 7。
15、 4.2 施工现场自动化数据 采集 技术 施工现场数 据采集的及时性、可靠性和完整性对于实现工程项目的动态管理是十 分必要的（见图 3），同时，工程施工阶段采集的数据为工程项目的安全监测和运营 维护提供了很好 的信息平台。按照不同的使用用途，工程施工现场 常用 的 自动化数据采集技 术主要可分为以 下几类：自动识别技术、定位跟踪技术、图像采集技术和传感器与智能监测技术。 6 建筑施工活动监控建筑活动筹划建筑项目对比实际和计划指标施工过程规划和设计项目已完工程数据的自动收集明确的工作信息图 3 建设工程施工流程图 4.2.1 自动识别 技术 一 、条形码技术 条形码技术 的出现，克服了传统手工输
16、入数据效率低、错误率高以及成本高的缺 点，逐渐被应用 于建筑行业，实现以较少的人力投入，获取高效准确的信息。条形码 技术应用于 施工现场主要在于加强对建筑材料和机械设备的管理，通过获得的实时 数据，完成从材 料计划、采购、使用、回收到储备的全过程跟踪，减少材料浪费。还 可以制成工作人员的工作 卡，方便对现场人员的控制和管理。另外，通过与 GIS、 PDA 三峡工程就利用条形码技术设计了混凝土生产与运输 车辆管理自动控制系统，实 现了对混凝土生 产和运输车辆的自动控制与管理，其主要工作原理是：条形码是每一 个运输车辆进 入自控系统的唯一通行证。每一个条形码的信息包含配料单的全部内 容，如水泥标
17、号、配合比、运输方量、用户名称、 浇筑 部位及其他技术要求等。运输 车辆在进入识别门前 悬挂好条形码 牌，通过光电摄录装置及时识别条形码信号并传送至主 控机，主控机发出指令对条形码进行识别，主控机依据识别后的信息 结果发出 开 启栏杆放行车辆的指令，并能够将该车混凝土的主要参数传送至拌合楼， 拌 合楼进入自动 生产状态。拌合楼的数据可以传回主控机，生产调度中心可以根据各 拌合楼 的 生产状态 ， 按最优化方法自动调度混凝土运输车辆。生产数据可自动保存，按照 需要进行随时的查询 。 7 二 、 RFID Radio Frequency Identification，即射频识别技 术，它是一种基于
18、电子信号检测的非 接触式的无线传 感技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作 无须人工千预，可工作于各种恶劣环境 8。 应用 RFID 解决施工管理问题主要在于以下几方面： 建筑材料的跟踪：建筑材料成本统计，对工程项目施工期间采购的所有建筑 材料的成本进行 统计；用于材料供应链管理，减少库存，降低成本；寻找、跟踪建筑材料；记录建筑 材料的使用记录及放置位置；依据材料使用信息对工程项目进行进度监控；通过对建筑材料的有效管理提升现场工作效率。 现场施工人员、机械设备 的管理：监测场区范围内施工人员身上的 RFID标 签，掌握工地现场人员状况；将 工人工作经验、培训情况等信息存储于
19、 RFID 标签中，方便雇主管理与 查阅；跟踪机械设备、工具的位置，方便工作人员取得所需工具；将施工机械的驾驶员与机械日常维护等信息存储于 RFID 标签中，方便检视施工机械的操作情况。 现场安全管理 9：设置对现场人员、车辆进行出入辨识的门禁系统，加强对施工 现场的进出管理 ；跟踪危险物品或现场废弃物；监视工作人员位置，当处于或即将处 于危险区域时， 对其提出警告；出现事故或发生人员伤亡时，发出求救信号，予以迅速救援。 4.2.2 定位跟踪技术 GPS， Global Position System，全球定位系统，是一种基于卫星导航的定位系统，可以在视野之内的全天候提供可靠、动态的定位跟踪信
20、息。 在工程施工中的 应用主要有三方面：一是用于各种等级的大地测量与线路 放样，测量员在 GPS 技术使 用中，仅需将 GPS定位仪安装到位并开机即可， GPS定位仪可自动化完成大地测量；二是工程结构的健康 监测，作为一种全新的结构健康监测方法， GPS中的技术具 有其独特的优越 性，克服了传统的结构监测方法的众多缺陷；另一个主要应用就是对 施工人员和施工车辆 10的定位跟踪科学合理的完成车辆运营调度，掌握施工机械 的工作路线以及工作状态。 4.2.3 图像采 集技术 视频监控也 称图像监控，它利用摄像机把即时的场景采集下来，通过传输介质传 输到远端的监控 中心，同时通过在视频采集点配备机械转
21、动装置和电控可变镜头实现 对远端场景全方位的观 察，达到远程实时监控的目的。采用视频监控技术能8 够实现 声音与图像的同 步传送，可以得到与施工现场环境一致的场景信息，用来实现较周密 的外围区域及建 筑物内重要的区域管理，减少管理人员的工作强度，提高管理质量及 管理效益。视频 监控技术在日常的管理工作中比较常见，作为现代化管理有力的辅助 手段，视频监控系统将现场内各场 景的视频图像传送至监控中心，管理人员在不亲临 现场的情况下可 客观地对各监察地区进行集中监视，发现情况统一调动，节省大量巡 逻人员，还可避 免许多人为因素。结合现在的高科技图像处理手段，还可为以后可能 发生的事件提供 强有力的证
22、据。但是，目前国内基于视频监控技术的施工现场管理还 主要依靠人工对 视频文件进行管理和分析，这就造成管理易受监控 者的主观经验影响。通过技术的引进和推广，下一步智能视频监 控技术的 应用 应该 越 来越多 。 4.2.4 传感器与监测技术 传感器是能 感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的 器件或装置 。随着现代计算机技术等相关领域的发展，无线监控应用的需求孕育出 无线传感器网络技术（ Wireless Sensor Network, WSN）。 WSN 是一个由若干空间分 布式传感器节点 组成的自组织无线网络。它通过传感器节点感知真实世界，获取被监 测对象的各种信 息。
23、一个无线传感器网络可将不同的传感器节点布置于监控区域的不 同位置并自组织 形成无线网络，协同完成诸如温湿度、噪音、粉尘、速度、照度等环 境信息的监测传输 。在建筑人员管理中，可以 进行现场进出控 制、人员出勤记录与人员安全管理；在建筑材料管理中：能完成供应 链管理、库存管理 、材料质量保证；在建筑机械管理中：能进行实时机械工具追踪、机械运行记录、机械维护记录等工作。 4.3 数据在 施工 现场管理中的 应用 4.3.1 资源管理 在项目施工 过程中，劳动力、材料、机械设备等生产要素的优化配置和动态管理 是保证工期、控制质量、节约成本的关键。项目资源管理的 基本工作主要包括：编制项目资源管理计划
24、，确定所需资源的数 量、进场时间、 进场要求和进场安排；保证资源的供应，优化选择资源的来源；节约 使用资源，根据 每种资源的特性，进行动态配置和组合，协调投入，合理使用；对资 源使用情况进 行核算，根据使用情况进行资源投入的调整；对资源使用效果进行分 析，总结经验， 反馈问题。在这些工作中，自动化数据采集技术在施工现场资源管理 的应用主要包括： 9 （ 1） 材料计划、采 购、储备、使用和回收。施工现场材料管理的困难在 于：材料种类繁 多、数量巨大，信息统计工作量大且不及时；材料管理是一个动态的 过程，需要及时 的调整采购计划、库存数量等。目前一些典型的材料管理问题有：在釆购阶段，采购 数量过
25、多、釆购的类型尺寸质量不符合要求、错误的交付时间；在运输 交付阶段，运输 过程中材料损坏、随意堆放在现场、交付规格和数量不符合约定；在 存储阶段，超过 材料的使用期限、材料被污染、损坏、丢失；在使用阶段，使用不符 合设计要求的材 料、不按设计要求施工，偷工减料、对于不符合相关要求的材料予以 直接使用，报废 材料不按报废流程处理等。 加强现 场材料管理对保证工程进度、降低工程成本都起 到积极的作用 11。 （ 2） 劳动力 、建筑材料、机械设备的定位、跟踪。现场数据的及时获取是管理者 做出决策、进行实时监控的 有力工具，项目参与者之间的信息交流是工程项目管理成 功与否的关键， 信息的智能获取更提
26、高了管理者对项目的控制能力。理想的情况是对 于各种材料、设备的信息应该能够直接提供给施工工人。在这种情况下，对于信息的可见性及可跟踪性就非常重要。 比如当上述 资源到达施工现 场时，可以通过对目标的识别将各种资源信息进行存储，结合手持读 写器或其他移动 终端，现场施工和管理人员可以访问现场所有资源信息，并且可以显 示出所选目标的位置及各种存储信息，指引工作人员找到所需的各种资源 ，便于对资 源的快速寻找和 查阅 12。对建筑资源进行定位跟踪可以使得现场资源管理规范化，极大 地节约人力成本 ，减小材料在生产过程中 的浪费，为施工和管理人员寻找工具和资源 节省时间。 4.3.2 质量管理 施工 中
27、的数据对施工质量 至关 重要 。 比如在打桩的时 候在桩的端部植入 RFID标签，通过无线电信号判断是否到达设计 的深度；对于标 记的建筑材料，可以将其供应商、品种、规格、尺寸、交付日期等信 息都储存于识别 装置中，以确保所使用的材料是合格的并可以正确的使用；在混凝土 中嵌入有源 RFID标签与温度传感器，以便轻松准确地监测固化过程，评估混凝土表面 质量、平整度、 厚度；利用嵌入式传感器可以用于长期监测结构或构件的性能，可以 随时获取数据，降低检测成本以及劳动 力；建立竣工三维模型，检测梭工模型相对于设计模型的偏差 和存在的缺陷；实时跟踪结构制作和安装的过程，避免超出容许的偏 差而造成返工；
28、当某个构件出现质量问题时，可立即通过相关数据记录查询到问题是 由哪 一 批材料引 起且此批材料使用在哪些工程部位上，以便迅速查出有质量问题的材料，从而确保材料的质量和使用状态，反过来可实现责任的溯源。 10 4.3.3 进度 管理 施工进度管 理被视为建设项目能否成功的关键因素之一。当施工进度偏离了原来 的计划时，通过 有效的施工进度监控，可以采取及时的纠正措施，使最终的产品满足原有计划。 当工期延误时，我们采用基于大数据的 Apriori 算法 13分析原因，将所有存在工期延误的项目组组成一个集合 Y，将 Y 中所有导致工期延误的原因组成集合 I，包括事故、资金短缺、施工监管不当、雨雪、天气
29、炎热、地质变化等，用 I=i1,i2, ,im 表示，建立单层布尔关联关系挖掘模型。通过此模型可以获得一组频繁项集，从两方面对其进行描述：一是支持度，即一个项集在 Y中出现的百分比，比如所有工期延误的项目中由于雨雪和施工监管不当造成的工期延误占 20%，则支持度为 20% ；二是置信度，比如因为雨雪天气导致的施工监管 不当占 50%，则该频繁项集的置信度为 50%。 4.3.4 安全管理 对于施 工现场安全管理 ，现有的手段一方面是通过培训、监督、奖励等措施来提高现场工人 的安全意识，另 一方面通过架设临时性保护措施以及个人安全防护装备来降低安全风 险。事实上，这 些措施都很难保证对现场工人在
30、复杂的施工环境下进行动态的安全管 理。有研究表明 ，施工现场发生安全问题的一个主要原因就是工作人员不按规定穿戴 安全装备，特别 是在高温或潮湿的工作环境中。利用定位跟踪技术就可以实时监控工 人是否有违规行 为，并及时对其提出警告，减小现场安全隐患。利用自动识别和定位 技术， 可以对进出施工现场的人员、 材料和设备进行 有效识别，记录人员和车辆到达和离开工地的情况。在安全要求较高 的施工现场，可采用“射 频识别指纹识别”、“射频识别人脸识别”、“射频识别指纹 识别人脸识别”等监控模式，当有问题人员进入时，即触发报警。 另外还 可以随时掌握现场人员的所在位置， 当施工现场工作人员进入危险区域时对其
31、 进行警告，或是 当施工人员位于施工机械操作人员的工作盲点时向施工机械操作人员 下达暂停施工的指令，帮助避免任何可能发生的碰撞，以减少施 工现场旳伤亡事故。 还可以通过高精 度传感器采集塔式起重机和施工升降机的运行情况，同时把相关的安 全信息发送给服 务器，根据实时釆集的信息做出安全报警和规避危险的措施，在发生 违规操作等不安全因素时发出报警， 同时将报警数据上传到远程平台，对某些不安全运行的机械设备进行自动控制，以提升机械设备的安全运行水平。 11 5、结论 大数据属于新事物，大数据时代正处于不断上升发展的阶段，作为数据量十分庞大的建筑行业， 项目管理人员 使用有效的计算机技术、网络信息技术
32、等作为有效支撑， 对 建筑工程数据信息的进行整理分析 ，从而 提高了数据处理的效率 。 而 由于目前 多种新 技术仍处在理论分析和实验设计阶段，很少有研究针对多种技术 进行集成，利用 物联网技术建立 施工现场的数据釆集 及 应用 系统，而提高施工现场的物联 网及移动互联应 用水平意义重大，符合国家大物联网战略要求，能更好的提高管理效 率，推进施工现场现代化水 平。因此， 建设工程的项目管理人员对其给予充分的重视，把握好发展的机会，创新思维，从数据方面、技术方面、思维方面努力，加强大数据和建设工程相关项目管理之间的联系，不断发展建设工程项目管理中大数据具有的价值，使其价值得到充分的发挥，从而促进
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