5G技術在建筑施工中的應用探究

黃婧 蔡鳳珍 劉雨婷

【摘 要】?為了解決現階段建筑施工中存在的安全監管局限性與建筑質量難調控的問題，文章聚焦5G的優點及發展現狀，提出5G+可穿戴技術，5G+視頻監控，5G+BIM可以有效地解決施工中存在的主要問題，以此增加建筑安全監管的方式，調控建筑工程的質量，并在此基礎上對5G在建筑施工中的應用進行展望。

【關鍵詞】5G技術; 建筑施工; 安全監管; 建筑質量

5G即第五代通信網絡，相比于其他幾代通信網絡，它具有大帶寬、萬物互聯和低時延的優勢，可以助力建筑施工安全有序的進行，在助推智能建造過程中發揮著重要的作用。由于5G技術具有間接影響性，要同其他科學技術相結合才能夠發揮其優勢。“十四五”規劃明確指出智能建造將是我國建筑業整體轉型升級的關鍵。而被視為智能建造重要組成之一的建筑施工，在現階段仍存在一些問題。近年來，許多學者對5G應用于整個建筑行業進行了探索。有學者提出5G可以應用于智慧建筑場景中，提高服務、會議、運營、安防的智慧性[1]。有學者認為5G技術+AR技術是可以實現工程管理的數字化，助力智慧工地的建設[2]。有學者利用5G+BIM收集地震的相關信息，制作建筑“黑匣子”記錄地震來時建筑物的詳細情況，有利于抗震減災的研究[3]。也有學者嘗試將5G通信技術可以廣泛應用于建筑的其他方面，包括建筑材料的智慧稱重[4]、管線碰撞檢測[5]。基于5G技術搭建的超級物聯網平臺，相關人員可以對整個建筑過程進行精細化管控[6]。還有學者探索5G在視頻監控、安全管控、質量管理、技術交底等方面發揮的作用[7]。大多數學者都沒有深入分析將5G應用于這些場景的可行性。筆者將在前人研究的基礎上，對5G+可穿戴設備、5G+監控設備、5G+BIM技術在施工中的應用進行分析與探討。

1 當前現場施工存在的主要問題

1.1 安全監管的局限性

現階段的施工中，由于建筑工程的龐大、施工環境的復雜以及安全監管方式的單一，使得安全監管比較困難。一些學者認為安全事故的發生是由多種因素控制，其中安全的操作或狀態被認為是導致安全事故的直接原因，其他因素則為間接原因。可見要減小事故的發生概率，最根本的解決方法之一就是規范施工作業人員的施工操作[8]。然而現階段的施工現場，一些施工作業人員不夠重視安全施工問題，如：不佩戴安全帽，不規范佩戴安全帽，高空作業時不系安全帶等行為。因此需要一些方法對他們的行為進行監督，以此防止安全事故的發生。但目前看來，在傳統的施工過程中，相關部門對施工人員的施工監控管理無法達到一對一，且安全工作主要由人為控制即安全員的監督，加上建筑施工作業沿著水平和垂直方向展開，使得施工場地范圍較大，這使安全員很難做到時刻去監管每一個工人。此外，施工作業人員的身體狀態也是致使事故發生的原因之一。建筑施工環境的艱苦，作業的繁重，對施工人員的身體素質提出了較高的要求，但是目前在建筑施工中對施工人員的身體生理信息的監測措施很少，當一些施工作業人員在高強度作業下出現身體不適，而施工管理人員又對施工作業人員的身體狀況一無所知，這就可能導致安全事故的發生。

1.2 建筑工程的質量問題

1.2.1 建筑材料的質量難把控

建筑施工質量調控被視為建筑施工中的核心，但現階段無法對建筑材料的整個生產過程、運輸過程、裝卸過程及質量檢測過程進行時時監管。建筑材料的質量問題就難以確保。

1.2.2 不規范操作影響工程質量

傳統的施工過程，工程質量的降低與施工人員的不規范操作緊密相關。再加上施工人員大多是根據經驗判斷某些構件是否滿足要求，定量分析比較少，因此不能對施工質量做出有根據的判定。而裝配式建筑的規范化操作則格外重要，在組裝與拼接過程中，會用到大量的新技術新設備，需要施工操作熟練的工人來完成整個拼裝，只有規范的操作，才可以保證各連接節點合格。

2 5G在建筑施工中的應用探究

2.1 5G+可穿戴技術在建筑施工中的應用

5G+可穿戴技術可以在建筑施工過程中為施工人員保駕護航。已經有研究人員對基于可穿戴技術的安全監管報警系統應用于某地鐵工程進行了測試，且該應用被證實是有效的。基于WLAN的可穿戴技術對施工人員的生理指標進行監測，包括心率、血壓、體感溫度和加速度進行檢測，再將這些數據傳入安全報警系統[9]。而這項技術之所以可行，其根本原因在于WLAN（Wireless Local Area Network）無線局域網，它不通過通信電纜，而是使用電磁波將網絡和計算機連接，具有很強的移動性。但電磁波的傳輸會受到外物的干擾，建筑物、樹木等都可以在一定程度上阻擋它的傳播而降低網絡性能。并且WLAN的安全性是比較低，由于它無邊界化，信號開放，使得在應用中安全得不到保障。而5G是屬于廣域網，相比于WLAN的傳播速度更快，在室內覆蓋方面，5G也可以做到建立小基站，并且高頻段的5G比起WLAN更易被隔離，使得它有更好的系統共存性。就目前看來，5G蜂窩移動通信會有很大的發展，也基本會實現室內覆蓋。不難看出雖然WLAN現在應用十分廣泛，但5G技術更優的性能、超高的傳播速度、更高的傳播頻段，使得5G+可穿戴技術更加可靠和智慧。因此5G+可穿戴技術在建筑施工中的應用可行性是較高的。只有施工人員的安全得到更加可靠的保障，建筑施工過程才可以變得更有序，建筑行業才會更快地向前發展。

就目前看來，5G+監控設備在施工中的應用探究是較多的。主要是因為在施工過程中無法做到一對一的監控管理，很多潛在的危險就不會出現在視野之中。因此通過多個方位安裝攝像頭，會更有效的避免視野盲區的出現。同時5G邊緣化計算可以使得視頻監控更加高清。相較4G無線監控，基于5G移動邊緣化計算可以解決網絡部署復雜的問題[10]。5G+MEC同其他技術一起，對施工安全隱患排查和整改的全流程進行閉環管理，能有效降低安全事故的發生。同時也驗證了 5G 網絡、邊緣云的運算和存儲能力與智慧工地場景的適配性，最后取得了較好的效果[11]。在疫情防控期間，網友通過網絡平臺，在線監督工程進度，這得益于5G技術的發展。由此可見，在智慧工地的發展中，5G+監控設施將在施工階段發揮重要的作用，助力于施工管理的智慧化與標準化。

2.3 5G+BIM技術在施工中的應用

5G+BIM是依靠5G低延時，高速度來實現。相較傳統的施工，應用BIM的裝配式建筑在施工過程中可以提高建筑質量，工業化生產的構件只需要到現場進行組裝即可，而5G可以讓構件的制作朝著更加精準的方向發展。此外，通過BIM可以給每個構件一個身份信息，這些信息包括構件的尺寸大小，材質等[12-13]，因此可實現建筑材料可追溯[14]。這個可追溯的平臺，使得建筑材料從制作到被應用的整個過程公開透明。基于5G+BIM技術的建筑材料可追溯平臺的詳細搭建過程為：先利用BIM建立一個信息庫，這個信息庫可以儲存建筑材料的相關信息，再將此共享信息庫上傳至云端，相關部門可隨時登錄查看建筑材料信息。此平臺的搭建就主要利用了5G高速度的特點，5G千兆級別的云端讀取文件速度，讓從前的緩慢加載變得更加流暢，彌補了BIM由于數據儲存過多而加載緩慢的不足，實現了對建筑材料的時時監管。

BIM的優勢之一是可視化，即將二維平面轉換為三維空間，讓相關的從業人員通過施工模擬可以親眼看到整個施工過程的相關情況。4G網絡存在較大的網絡延遲，而 5G移動通信網絡將延遲減少了48/50～49/50，因此可以使整個施工模擬過程變得更加高效，這樣有助于施工過程中問題的及早發現和及時處理。同時，相關技術人員可以通過RFID技術、BIM與LiDAR集成技術、BIM與AR集成技術分別采集原材料信息、建筑結構位移信息以及施工現場操作信息。利用5G的低延時、高速率、萬物互聯的特點，讓這一過程更加高效快捷，實現對建筑施工過程中建筑材料質量、構件強度、現場操作的管控。

3 結論

基于對施工階段所存在問題的研究，筆者結合5G特點，以前輩研究成果為基礎，提出解決這些問題的方法。5G技術在解決建筑施工中的問題發揮著重要的作用，增加了安全監管的方式，讓建筑施工質量變得可控，但5G在建筑施工中的應用實踐還需要依靠科學技術進步使這些應用在未來變得更加成熟，因此對現階段5G在施工中的應用提出以下展望：

（1）針對用于室內覆蓋的5G+可穿戴設備：5G的毫米波頻段能滿足無線通信中對系統容量以及傳輸速率的要求，但同時也讓衰減性變大，這使得室外宏站覆蓋室內難以實現，所以需要依靠小基站來加強信號，但會加大經濟的投入，這就需要毫米波光載射頻來改變現狀，然而這項技術目前正處于研究之中。除了繼續探究5G技術以外，還可以考慮將小基站的利用率最大化，讓它的使用貫穿整個建筑物的生命。

（2）5G+視頻監控存在著安全問題。目前，我國在視頻監控密碼方面還處于探索狀態，相關的研究也比較少。所以怎樣解決視頻監控安全的問題是擺在我們面前的難題。

（3）對于5G+BIM，在現階段BIM未制定統一的標準，并且數據共享還未做到真正的實現[15]。如果想要5G更好的應用于施工階段，我們還需要解決許多科學技術問題。

相信在不久的將來5G會對建筑施工產生更深遠的影響，推動建筑施工的智能化，提高施工的安全性，維持施工過程的有序性。

參考文獻

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