物聯網技術在建筑施工管理中的應用

姚康 麻金峰 梁彬 郭振志

中交四公局建筑工程有限公司 江蘇南京 210000

由于中國超高層建筑和一系列復雜大工程施工管理的需求增加，以及近年國家對揚塵污染的嚴格把控，這導致安全管理、成本控制和綠色施工中的不確定因素增加，致使施工管理問題凸顯，安全風險放大，施工管理成本和效益都處在不可控的風險中。

本文基于以上背景與問題，在復雜工程管理、現代安全管理和智慧工地的理論指導下，基于在建項目“中交第四公路工程局有限公司南京海峽兩岸科工園海科新寓保障房D區項目（以下簡稱浦口項目）”實際使用情況，就信息化環境下物聯網技術的應用和發展進行分析。主要側重于研究物聯網技術對現場施工管理和施工效率的提升[1]。

本文提供了施工現場管理的新思路，研究了信息化施工管理的關鍵智能設備，并將這些信息化設備納入物聯網系統中。這能提升施工管理的效率，改善施工作業安全環境，并極大提高安全管理的可靠性。

本工程的物聯網系統包含智能安全帽、智慧工地管理系統、無人機監控設備等。

1 工程概況

南京海峽兩岸科工園海科新寓保障房D區及基層社區中心工程，位于南京市浦口區五華路與嘉義路交叉處。本工程由6棟26～27層高層住宅樓、2棟1層商業、1棟6層基層社區中心及配電房、門衛室等4棟配套附屬房組成。其中最高建筑高度84.9m。高層住宅區域下設一座1～2層整體地下室、基層社區中心下設1層地下室。項目住宅樓為全現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，其余建筑為全現澆鋼筋混凝土框架結構。總建筑面積105413.40m2，其中地上建筑面積76763.45m2，地下建筑面積28689.95m2。

2 研究目的

通過對工程施工過程管理的實踐應用研究，可以加速工程施工領域的物聯網系統推廣，極大提高工作效率。特別是打破了過去層級式的組織體系，將其改變為扁平化組織管理體系。一下就縮短了管理層與一線工人的距離。還可以在實踐過程中根據實時采集的數據通過分析研究，再逐步優化施工管理架構和組織流程，甚至可以打破過去大多數只是程序化的管理，變革為非程序化流程和動態的管理結構，從而最大效率的發揮出信息化施工管理降低成本，同時優化人與物的協作關系的作用。為工程施工與物聯網技術的應用起促進和推廣作用，建造一個綠色、安全的施工生態圈。

3 系統組成

浦口項目的物聯網管理系統針對施工現場人的不穩定狀態、物的不穩定狀態、現場的不穩定狀態分為三個部分：智能安全帽系統、智慧工地系統、無人機巡查系統。分別對應實名制管理、位置管理、環境管理、機械設備管理、遠程現場管理，針對現場無法預見的復雜現象進行實時控制、管理[2]。

3.1 智能安全帽

施工現場的人員管理，雖然有實名制通道可以解決工人的進場問題，但實名制卡存在較大的監管漏洞，如工人不從實名制通道進出即該卡的功效立即缺失。更不能對現場工人的信息、每天的行動路線、勞動軌跡，現場工作面人員和人數進行實時跟蹤，雖通過傳統的現場管理人員監控和實時匯報可以解決這些問題，但工作量大、數據不全面、數據傳遞間存在時間差和信息差。

智能安全帽管理系統是基于實名制安全管理，以智能硬件搭配物聯網技術，通過讓工人佩戴帶有智能芯片的特殊安全帽，在現場安裝“工地寶”進行數據采集，再通過移動4G技術進行實時數據收發和現場語音提示。最后在云實時數據整理、分析，通過網絡傳輸，項目管理者通過手機APP、PC端就可以清楚了解工人現場分布、個人考勤數據等情況，給項目管理者提供科學的現場管理和決策依據。

產品使用流程為：工人進場→錄入工人信息并發帽子→工人工作→信息收集→信息查看→工人退場退帽子→系統注銷信息→退回的帽子分發給新進場工人

智能安全帽現場應用：

（1）花名冊自動生成。在工人進場后先領取智能安全帽，領取安全帽時需確保工人及時辦理實名制登記。實名制登記工程很簡單，只需要將身份證放在由公安部認證的識別手持設備上識取完成后即可完成登記。登記過后便可通過“施工隊伍”的批量功能導出各隊伍花名冊和工人照片，用于數據上報或數據加工。可通過“報表中心”的花名冊報表，自動生成建委、企業統一格式的報表，也可分工種分隊伍導出，方便快捷。自動生成EXCEL格式的表格，可以對班組的管理精確到人，改變往日不知工人情況，不知工人班組，不知班組內人數和人員的情況，對人員情況了如指掌。

圖2 智能安全帽產品使用流程

（2）清點人數。通過軟件首頁或手機APP的柱狀圖，隨時掌握各項目、各隊伍的實際用工數量。通過現場工種餅圖，隨時掌握各工種數量。通過近7天刷卡率數據，掌握近期實際用工數量。餅狀圖的特點，可以清晰的看出各工種占比，且方便橫向、縱向對比。

（3）人員定位功能。佩戴安全帽的人員在現場的位置，可以實時在手機APP內查看，并可精確查看個人活動軌跡和活動路線。該功能是智能安全帽系統應用效果最好，且對現場施工管理最有效的功能。現場的管理中，由于人和物的不穩定性，不易處理的突發情況隨時都有可能發生。如何第一時間了解現場情況，確定傷者的位置，推測事故原因，往往是現場實際管理者的第一要務。通過智能安全帽系統綁定的APP，可以第一時間查看人員位置，施工情況，配合施工現場的攝像頭，就能在第一時間完成事故的評估和判斷，再進行有效處理和救援。

（4）人員考勤功能。可快速查看現場工作人員每日在現場的工作時間，并一鍵生成表格。可以查看每月工作時長和工作天數。該功能一方面能幫助管理人員確認現場施工進度，方便制定未來施工計劃。能夠對各工序需要的時間、人力資源等進行有效統計。另一方面結合實名制功能可按月統計每人的有效工作時間，對工資發放起幫助作用。同樣，也可以避免惡意討薪。

（5）人員統計功能。實時查看現場各區域人數，快速統計各工作面人數，各樓棟各工種人數。從終端的面板里以柱狀圖等形式對現場進行表述。

（6）工效統計功能。分析各工程時段各工種工作時間，橫向、縱向對比，精準找出施工現場的管理漏洞，發現不足，指明改進方向。

（7）花名冊管理功能。一鍵導出現場人員信息，生成EXCEL表格，包含人員信息、籍貫、考勤信息等關鍵數據。

（8）其他功能。包括項目分析、安全帽檢測、現場場布圖設置、工地寶廣播設置等功能。

3.2 智慧工地系統

智慧工地是“互聯網+”理念在建設工程領域的具體體現。

以往傳統現場管理中，環境的保護和治理是一大難題。施工作業普遍存在揚塵污染大，塵土多等環境不利因素。且在大型機械設備運行時，缺乏實時的保護。但智慧工地系統，可以解決這個問題。

它基于項目現場的集成管理模式，充分利用移動互聯網，物聯網，云計算和大數據等新一代信息技術。在施工現場實時監控生產計劃，關鍵設備，人員管理和綠色文明施工四個部分等動態信息，逐步改變傳統施工現場各方現場管理的互動模式，工作模式和管理模式。 在此信息化的基礎上，通過大數據處理技術，協助施工管理實現更安全，更高效，更精益的施工管理[3]。

圖4 智慧工地系統組成

智慧工地系統現場應用：

（1）VR模擬安全教育。VR教育演示系統，利用前沿成熟的VR & AR技術，配備精良優質的硬件產品（VR頭盔、眼鏡、手柄、VR服務器、智能電視），充分考量基礎施工、主體施工、裝飾施工三階段共十八大安全隱患，以純三維動態的形式逼真模擬出十八項VR應用場景，虛擬元素創造現實世界的極致安全教育沉浸體驗，巨大的刺激迫使施工現場無論是管理人員還是作業工人正視安全隱患，提升安全意識，預防安全事故。利用VR技術的高度沉浸感、現實感的特點，將施工現場無法真實模擬的安全隱患和傷害后果引入虛擬現實中，讓工人在虛擬場景中體會各安全隱患及所帶來的傷害后果，在其心靈上產生觸動，引起其心靈深處對安全的重視，起到安全培訓深入人心的效果，從而達到安全生產的目的。目前VR安全體驗館主要包括房屋建筑工程基礎施工、主體施工和裝飾施工階段的高處墜落、物體打擊、機械傷害、坍塌傷害、觸電傷害和火災傷害6種典型的傷害類型，共計18個安全教育場景。

（2）塔機監測、升降機安全監控、卸料平臺監測系統。塔機監測實現了建筑塔機單機運行和群塔干涉作業時的實時監測和防碰撞。通過聲光預警、報警實現了對塔機和群塔作業的安全管理。塔機監測還能實時顯示、記錄塔吊的運行狀態、力矩等，對于大風天等惡劣天氣下的塔吊管理起到很大作用。升降機安全監控能實現司機身份識別（人臉識別）、升降機運行數據采集、開關天窗提醒等功能，在升降機運行時實現實時監測，一旦檢查到異常數據，監控系統將進行報警，可立即進行分析并調整。卸料平臺監測系統通過卸料平臺鋼絲繩的力矩監測，結合方案的計算數據，設置閾值預警。保證在額定荷載下卸料平臺能安全、穩定的運行，不發生傾覆。

（3）揚塵噪音監控系統。揚塵噪音監控系統已被廣泛應用于各個施工現場，主要記錄天氣、溫度、濕度、氣壓、PM2.5、PM10、風力、噪音等數據。但鮮有將這些數據通過網絡進行實時監控的。以往的環境監測還停留在進出工地現場時的環境監測裝置，而在物聯網系統中，你只需通過手機端或PC端，就可以在任何位置了解到現場的實際環境情況，既節省人力，又能統籌全局。

（4）自動噴淋系統。自動噴淋系統是與揚塵噪音監測系統并行的噴淋噴淋系統。通過系統預先設置PM2.5，PM10的閾值，當環境數據超過閾值后，噴淋系統將進行自動啟動，進行10分鐘的自動噴淋。噴淋分為圍擋噴淋、標準層噴淋、塔吊噴淋。當系統報警后，所有噴淋系統將一起啟動進行灑水降塵控制。所有的噴淋系統也可以相互獨立，手動開啟或通過網絡遠程開啟。當某一區域進行單獨作業（如土方開挖，混凝土澆筑）后，針對局部區域的空氣指數偏高現象，就可單獨控制揚塵進行作業。

3.3 無人機巡查系統

施工現場的全方位監控和整體把控，是現場施工的重點。

無人機巡查系統是通過無人機航拍，在每天下班前進行現場巡查、拍照，能利用極短時間進行一次完整的現場巡查，巡查情況可直接反饋至手機APP。對現場文明施工、重大安全施工節點進行實時全方位監管，且改變了以往通過施工員現場查看帶來的不變，節省了人力物力[4]。

4 結語

建筑施工過程十分復雜，傳統的施工過程管理單憑管理員的現場管控并不能滿足實際施工管理需求，隨著物聯網和智慧施工相關理論應用的發展，本文以施工管理現場必不可少的安全帽為切入點，利用智慧工地系統、無人機技術和數據處理等技術的有機結合，構建了項目物聯網管理系統，實現對施工現場作業人員、設備、物料、進度和安全實時的數據化管控，及時識別建筑工程項目中的安全風險，實時監測工程的管理變化并實現危險的自動預警功能，動態對項目的進度和質量進行管理。

本文研究了物聯網技術在浦口項目的實際運用等，主要的研究目的和成果已經實現。但物聯網技術應用在施工現場管理作用的完善和推廣尚需時日，希望能被推廣應用，加以論證。本文只針對現場日常安全、環境監測、進度管理、質量控制進行分析，還沒能實現對全部數據的轉換和對接，由于數據量龐大、算法復雜，需要相關軟件技術的進一步發展。市場如今仍未完善，雖然各項功能、科技在不斷為未來添磚加瓦，但在具體實踐應用方面還需要相關的設備制造和現場運行做進一步的調試研究。