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0 引言

智慧工地是指利用信息技術(shù)（例如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等）圍繞工程管理全過程建立相互協(xié)作，智能管控的項(xiàng)目信息系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的可視化和智能化管理，提高參建各方交互的效率、清晰度、靈活性和響應(yīng)速度。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地集成系統(tǒng)框架

智慧工地集成系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)基于感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層次進(jìn)行設(shè)計(jì)搭建，各層采用信息資源共享和協(xié)同運(yùn)行的架構(gòu)形式。感知層通過各類型的傳感器、RFID標(biāo)簽及相應(yīng)的讀寫設(shè)備等獲取建筑的有關(guān)信息，例如沉降、傾斜、關(guān)鍵鋼筋的形變及應(yīng)力大小。網(wǎng)絡(luò)層通過Zigbee、LoRaWAN、NB-IoT等通信技術(shù)把物與物從物理上進(jìn)行連接通信，通信協(xié)議則負(fù)責(zé)設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及通信，建立通信的規(guī)則和統(tǒng)一格式，常見的有REST/HTTP、MQTT等。應(yīng)用層是在各種物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的支持下，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)形成的數(shù)據(jù)在智慧工地管理平臺(tái)上進(jìn)行分析并反饋到感知層執(zhí)行特定控制功能，包括控制物與物之間的協(xié)同，例如建筑機(jī)器人搭接鋼筋；物與環(huán)境的自適應(yīng)，例如根據(jù)環(huán)境調(diào)節(jié)混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度及濕度；人與物的協(xié)作，包括塔吊危險(xiǎn)預(yù)警、基坑沉降預(yù)警等。

建立可推廣的智慧工地集成系統(tǒng)，需對(duì)各個(gè)構(gòu)件模塊化進(jìn)行生產(chǎn)。由各個(gè)建設(shè)項(xiàng)目按照各自需求進(jìn)行組合拼裝，采用統(tǒng)一架構(gòu)，統(tǒng)一信息接入輸出端口，對(duì)異構(gòu)的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，并將其轉(zhuǎn)化為通用的數(shù)據(jù)格式；在具有通用數(shù)據(jù)格式的不同模型間進(jìn)行數(shù)據(jù)映射，并建立不同模型間的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通；打通與BIM軟件之間的聯(lián)系，將關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，并分析處理；實(shí)現(xiàn)各個(gè)智慧工地管理系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)，全面整合系統(tǒng)信息，共享調(diào)度各類施工資源。

2 智慧工地布置

智慧工地有別于傳統(tǒng)建筑工地，在建過程中集成了各類先進(jìn)技術(shù)，包括各類傳感器、自動(dòng)識(shí)別裝置、網(wǎng)關(guān)、路由器、服務(wù)器等設(shè)備及軟件技術(shù)平臺(tái)相關(guān)集成設(shè)施，以此實(shí)現(xiàn)勞務(wù)管理數(shù)字化，安全監(jiān)控常規(guī)化，資料教育信息化，推動(dòng)建設(shè)工程高質(zhì)量發(fā)展，提高施工現(xiàn)場管理水平。

2.1 勞務(wù)管理

在工地增設(shè)智能化門禁（見圖1），保障并提高務(wù)工人員的積極性、安全性。閘機(jī)的設(shè)置應(yīng)當(dāng)便于安裝，免安裝布線，免終端運(yùn)維。識(shí)別準(zhǔn)入采用人臉+超高頻RFID技術(shù)保證準(zhǔn)確性，能通過重新綁定進(jìn)行修正；通過“智能網(wǎng)關(guān)”，對(duì)接各種硬件設(shè)備。在基建施工條件下，手工繪制電子考勤區(qū)域，通過GPS、藍(lán)牙等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)線性工程的移動(dòng)考勤，并支持在冊(cè)工人數(shù)、在場工人數(shù)、日累計(jì)進(jìn)場數(shù)、現(xiàn)場實(shí)時(shí)人數(shù)、現(xiàn)場工人工種分布等分析和統(tǒng)計(jì)功能。同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)班組長進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，方便班組長對(duì)工人進(jìn)行退場、考勤等操作。通過差異化的數(shù)據(jù)分析，從靜態(tài)拓展到項(xiàng)目進(jìn)展、預(yù)測(cè)、管控等。建設(shè)項(xiàng)目實(shí)名制登記流程為：供應(yīng)商資格預(yù)審登記→項(xiàng)目部維護(hù)→項(xiàng)目部管理人員維護(hù)→管理人員入場登記→分包分供單位維護(hù)→勞務(wù)班組登記→勞務(wù)人員入場登記→勞務(wù)人員退場登記。

圖1 智能化門禁

2.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)管理

建筑在施工過程中，會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，破壞空氣環(huán)境。集成系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)工地的24小時(shí)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并上傳到數(shù)據(jù)平臺(tái)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、風(fēng)力、噪音、PM2.5、PM10等，同時(shí)加入噴淋控制，當(dāng)檢測(cè)到施工現(xiàn)場環(huán)境實(shí)時(shí)值超出許可時(shí)，噴淋控制系統(tǒng)自動(dòng)開啟，對(duì)現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行霧化噴淋降塵。本系統(tǒng)可提供對(duì)工程建設(shè)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便項(xiàng)目部、公司、政府進(jìn)行統(tǒng)一管理與數(shù)據(jù)調(diào)用。

2.3 智慧監(jiān)控管理

系統(tǒng)的智慧監(jiān)控可覆蓋工地各個(gè)方位，項(xiàng)目管理人員在監(jiān)控室即可對(duì)整個(gè)工地狀況進(jìn)行管理。監(jiān)控?cái)z像頭宜布置在工地出入口清洗設(shè)備處、施工現(xiàn)場、辦公區(qū)、生活區(qū)大門及工人食堂，物料加工棚，高危作業(yè)區(qū)域，重點(diǎn)作業(yè)面及塔吊上，場區(qū)內(nèi)十字路口等位置，做到場區(qū)內(nèi)監(jiān)控?zé)o盲點(diǎn)，拍攝數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸和統(tǒng)一接口協(xié)議上傳到系統(tǒng)平臺(tái)，通過RFID技術(shù)對(duì)違規(guī)人員身份信息進(jìn)行識(shí)別，并上傳至企業(yè)系統(tǒng)后臺(tái)。企業(yè)管理人員根據(jù)后臺(tái)信息對(duì)相關(guān)人員采取相應(yīng)的懲罰措施，實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)文明施工的智慧管控。

2.4 智慧物資管理

部分施工企業(yè)物資管理流程不規(guī)范，庫存管理與材料計(jì)劃落實(shí)不到位，材料短缺而停工的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，施工進(jìn)度計(jì)劃無法得到有效的保證，容易造成非常大的建設(shè)資源浪費(fèi)。智慧物資管理利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在工地物資進(jìn)場時(shí)，即對(duì)物料進(jìn)行分類編碼，稱重計(jì)量，并上傳到系統(tǒng)平臺(tái)。管理人員通過移動(dòng)設(shè)備點(diǎn)驗(yàn)，并自動(dòng)生成電子物資臺(tái)賬。工人可通過手機(jī)端APP提出領(lǐng)用申請(qǐng)，后臺(tái)自動(dòng)更新庫存臺(tái)賬?，F(xiàn)場廢料也可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立臺(tái)賬，對(duì)浪費(fèi)點(diǎn)管理人員、多次浪費(fèi)人員提供警告標(biāo)記。

2.5 智慧塔機(jī)管理

塔機(jī)、升降機(jī)由于施工作業(yè)面較高，如果發(fā)生故障，極易造成群死群傷。通過對(duì)塔吊司機(jī)實(shí)行 IC 卡/人臉識(shí)別/指紋識(shí)別實(shí)名制管理，進(jìn)行有效監(jiān)管。在塔機(jī)和升降機(jī)的使用中，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在塔機(jī)吊鉤處安置高清攝像頭，以便在塔機(jī)操作室實(shí)時(shí)顯示吊鉤圖像，杜絕盲吊和降低隔山吊安全隱患。安裝重量傳感器，進(jìn)行智能力矩監(jiān)控，自動(dòng)采集每吊重量，在司機(jī)室內(nèi)實(shí)時(shí)顯示每吊重量，司機(jī)隨時(shí)可看。每塔均安裝防碰撞監(jiān)控設(shè)備，對(duì)塔吊作業(yè)狀態(tài)（轉(zhuǎn)角、半徑、塔高等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，塔吊具備智能識(shí)別和判斷碰撞危險(xiǎn)區(qū)域的功能。大臂進(jìn)入碰撞危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)立即開始聲光預(yù)警，距離越近，報(bào)警越急，及時(shí)提醒塔吊司機(jī)停止危險(xiǎn)方向的操作。

2.6 深基坑支護(hù)智能監(jiān)測(cè)

深基坑工程施工事故一旦發(fā)生，后果十分嚴(yán)重，極易造成大規(guī)模傷亡。究其原因，主要是施工方大多數(shù)開挖時(shí)不按設(shè)計(jì)工況開挖，或者未及時(shí)排水進(jìn)行超挖，各種安全預(yù)控措施不到位。應(yīng)用各類監(jiān)測(cè)傳感器，對(duì)支護(hù)進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)變形監(jiān)測(cè)，防止這一事故的發(fā)生。

2.7 BIM集成信息化

BIM 技術(shù)可以集成工程項(xiàng)目生命全周期數(shù)據(jù)，并直觀展示。它是一種基于三維數(shù)據(jù)建筑模型的建設(shè)工程信息集成和管理技術(shù)，能夠全方面描述工程特性。運(yùn)用BIM技術(shù)將建設(shè)、管理及運(yùn)維階段的各種建筑參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、設(shè)備參數(shù)等進(jìn)行一體化整合，并進(jìn)行可視化3D展示。在初始階段，施工方可利用BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬施工演示并優(yōu)化各項(xiàng)工法步驟，將最終方案進(jìn)行可視化交底，讓業(yè)主方更加直觀地了解；另一方面，利用BIM技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)勞務(wù)、機(jī)械、成本、進(jìn)度、安全、質(zhì)量等的施工信息集成化管理，并繪制柱狀圖、餅狀圖，3D模型等直觀表達(dá)，方便監(jiān)管者實(shí)時(shí)3D化查看各類數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

現(xiàn)階段，基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑工地智慧化施工仍處于探索與試點(diǎn)應(yīng)用階段。它的推廣和應(yīng)用受到很多限制。一是數(shù)據(jù)交互和系統(tǒng)集成的程度，各類傳感器、各個(gè)施工企業(yè)采用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)接口規(guī)范和傳輸協(xié)議各不相同，亟需政府提供標(biāo)準(zhǔn)化的智能建造規(guī)范。其次，智慧工地的技術(shù)研發(fā)，系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)和設(shè)備采購將提供工程的建設(shè)成本，一定程度上影響了企業(yè)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的動(dòng)力。因此，政府對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、施工企業(yè)等的補(bǔ)貼模式探索也是十分重要的一項(xiàng)課題。

參考文獻(xiàn)

[1]馬凱，王子豪.基于“BIM+信息集成”的智慧工地平臺(tái)探索[J].建設(shè)科技，2018（22）：26-30+41.

[2]吳亮. 智慧工地企業(yè)級(jí)管理系統(tǒng)研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2020.