物聯網技術在土木工程施工中的應用分析

江南大學 環境與土木工程學院 邢 雨 梁 慧 連俊英

物聯網技術在土木工程施工中的應用分析

江南大學 環境與土木工程學院 邢 雨 梁 慧 連俊英

一、物聯網概念的引入

物聯網（Internet of Things）指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大的網絡，其目的是讓所有的物品都與網絡連接在一起，使系統可以自動、實時地對物體進行識別、定位、追蹤、監控并觸發相應的事件。物聯網技術的基礎是RFID技術，通過帶有多種傳感器的RFID電子標簽，組成一個巨大的傳感網，實現全球物品信息的實時共享。隨著科技的不斷進步和信息化程度的不斷加強，物聯網有著十分廣闊的發展空間，對實現智能化生產、交通和家庭起居具有重大的現實意義。

二、物聯網技術在土木工程施工中的應用分析

1.有利于實現施工作業的系統管理。土木工程的產品是固定的，而生產活動是流動的，這就構成了建筑施工中空間布置與時間排列的主要矛盾。加上又受建筑施工生產周期長、綜合性強、技術間歇性強、露天作業多、受自然條件影響大和工程性質復雜等方面的影響，施工任務往往由不同專業的施工單位和不同工種的工人、使用各種不同的建筑材料和施工機械來共同完成，其協作配合關系亦較復雜，這就進一步增加了建筑施工矛盾的復雜性。要想順利地進行施工，就必須強化施工的組織工作。建設項目的組成如圖1所示。

圖1 建設項目的組成

一個大型的建設項目往往由很多的分項工程組成。進行施工的組織管理時，如能采用物聯網技術制定并實施網絡計劃，既可以充分利用空間，又可以爭取時間，保證各工作隊能夠連續作業，不至于產生“窩工”等現象。網絡計劃技術是指用網絡圖表示計劃中的各項工作之間的相互制約和依賴關系，在此基礎上，通過各種計算和分析尋求最優化計劃方案的實用計劃管理技術。將網絡計劃技術運用于工程建設活動的組織管理中，不僅要解決計劃的編制問題，而且更重要的是要解決計劃執行過程中的各種動態管理問題?；谏漕l識別技術（RFID）以及無線感應網絡（WSN）的物聯網技術一方面可以廣泛地收集信息，并通過傳感網和互聯網輸送到計算中心綜合處理，以達到構建網絡和統籌全局安排的目的；另一方面，又能及時地獲得施工現場人員、機械和施工環境的動態信息，對網絡進行優化，并及時進行指導和控制，使人員和機械的配置更加合理，從而達到管理的優化。其中，單代號網絡計劃如圖2所示。

圖 2 單代號網絡計劃

2.有利于提高施工質量。土建施工規模大、工期長，整體施工質量很難得到保證，一旦出現失誤，就會造成重大的經濟損失。運用物聯網技術能夠把各種機械、材料、建筑體通過傳感網和局域網進行系統處理和控制，同步監控土建施工的各個分項工程，嚴格保證了施工質量。物聯網技術對施工質量的意義主要體現在以下幾個方面：

（1）精確定位。定位和放線工作是進行施工的首要步驟，其精確程度直接決定了施工質量能否達標。傳統的施工定位主要是使用一些光學儀器和簡單的測量設備，其精度較低，容易產生累加誤差。通過物聯網定位技術，可以快捷測得待定位點附近事物的局域坐標，并依此進行定位。

（2）保證材料質量。材料（包括原材料、成品、半成品、構配件）質量是整個工程質量的保證，只有材料質量達標，工程質量才能符合標準。基于物聯網技術的建筑原材料供應系統以微電子芯片作為數據載體，將其安裝到建筑原材料包裝上，可以通過無線電波進行數據通信。微電子芯片可以對任何物品給予唯一的編碼，并且，射頻技術可突破條形碼必須近距離直視才能識別的缺點，無需打開商品包裝或隔著障礙物即可識別，并可進行批量識別，商品一旦進入射頻識別的有效區域，就可以立即被識別并轉化成數字化信息。同時，還能可對基于物聯網技術的建筑原材料供應鏈全過程進行實時監控和透明管理，隨時獲取商品信息，提高自動化程度，使供應鏈管理更加透明，并實現智能化供應鏈管理。

（3）環境控制。影響工程質量的環境因素主要有溫度、濕度、水文、氣象和地質等，各種環境因素會對工程質量產生復雜多變的影響。散布于施工場地的各種傳感器能將這些環境因素的變化及時傳輸到處理中心，并向管理人員提供警示，為管理人員采取防御措施爭取寶貴的時間。

（4）對受損構件進行修復補救。在施工時將RFID標簽安裝到構件上，可以對各個構件的內部應力、變形、裂縫等變化實時監控。一旦發生異常，可及時進行修復和補救，最大限度地保證施工質量。

3.有利于保證施工安全。改革開放以來，隨著建筑業的高速發展，施工事故也頻繁發生。據統計，我國每年建筑施工的傷亡人數在各個行業中僅次于采礦業和交通業，位居第3。施工傷亡事故的頻繁發生，無情地奪去了無數建設者的生命，也給國家和企業造成了重大的經濟損失，對建筑業的可持續發展和社會穩定構成了不小的壓力，造成了不良的影響。安全問題貫穿于工程建設的整個過程，影響施工安全的因素錯綜復雜，管理的不規范和技術的不成熟等問題都有可能導致施工安全問題。物聯網技術主要可以從以下幾個方面減少事故的產生，保證施工安全：

（1）生產管理系統化。即通過射頻識別技術對人員和車輛的出入進行控制，保證人員和車輛出入的安全。通過對人員和機械的網絡管理，使之各就其位、各盡其用，防止安全事故的發生。

（2）安防監控與自動報警。無線傳感網絡中節點內置的不同傳感器，能夠對當前狀態進行識別，并把非電量信號轉變成電信號，向外傳遞。通過集成不同模式的無線通信協議，信息可以在無線局域網、藍牙、廣播電視、衛星通信等網絡之間相互漫游，從而達到更大地域范圍的網絡連接。云計算技術的發展與物聯網的規模化相得益彰。自動報警系統網絡逐步規?；?，數據會變得異常龐大，通過運用云計算技術，可以在數秒之內達成處理數以千萬計甚至億計信息的目的，可對物體實現智能化的控制和管理。

（3）設備監控。即把感應器嵌入到塔吊、電梯、腳手架等機械設備中，通過對其內部應力、振動頻率、溫度、變形等參量變化的測量和傳導，從而對設備進行實時監控，以保證操作人員以及其他相關人員的安全。

4.具有可觀的經濟效益。當前，建筑市場十分火熱，越來越多的企業投入到施工建設行業當中。提高企業的經濟效益不僅意味著盈利的增加和企業競爭力的提高，也有利于國民經濟和社會的發展。物聯網技術在建筑行業的應用，必將大大提高生產效率，進而提高企業的經濟效益。

（1）材料成本的降低。材料成本在工程預算中占有很大的比重。通過采用RFID技術對材料進行編碼，實現建筑原材料的供應鏈的透明管理，可以便于消費單位選取最合適的材料，省去中間環節，減少材料的浪費。在物聯網技術的支持下，材料成本可以達到最大限度的控制。

（2）提高效率，節約時間。物聯網技術可以實現對人和機械的系統化管理，使得施工過程井井有條，有效地縮短了工期。另外，管理的優化可以大大地節約人力成本和租用機械的費用，對提高經濟效益也有很大的幫助。

（3）及時補救和維護?；谖锫摼W的監控技術，可以從源頭上發現建筑構件的錯誤和缺陷并及時補救，從而避免造成更大的經濟損失。