基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧工地的構(gòu)建探索

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的改進與完善，城市建設(shè)也由“數(shù)字化”轉(zhuǎn)向“智能化”，在此背景下，智慧工地應(yīng)運而生。以此為切入點，對物聯(lián)網(wǎng)和智慧工地進行基本概述，論述構(gòu)建智慧工地的意義，同時對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工地構(gòu)建進行探索，并提升智慧工地建設(shè)水平相關(guān)策略，以期為從業(yè)人員提供參考價值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智慧工地；構(gòu)建；智能化

中圖分類號：TU71" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）03-0060-03

0 引言

得益于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷完善與優(yōu)化，我國智慧城市建設(shè)已逐漸步入正軌，智能化已然成為現(xiàn)代城市的主流發(fā)展趨勢，智慧建設(shè)理念受到各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。建筑行業(yè)作為推動城市建設(shè)的主力軍，也開始朝著智慧建設(shè)的方向不斷前進，智慧工地構(gòu)建體系已初具雛形。 智慧工地以生命周期為管理理念，有效整合了物聯(lián)網(wǎng)、通信工程以及云計算等先進技術(shù)，在信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過裝置各種傳感設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備構(gòu)建了一套智能化施工防范體系。與傳統(tǒng)建筑施工相比，智慧工地在現(xiàn)場監(jiān)管方面更具前瞻性，在一系列新型技術(shù)的支持下，能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場進行實時監(jiān)控與管理，將傳統(tǒng)施工管理的“被動監(jiān)督”轉(zhuǎn)為“主動監(jiān)控”，是貫徹落實安全生產(chǎn)的關(guān)鍵抓手[1]。

現(xiàn)階段，智慧工地建設(shè)理念已在國內(nèi)一線城市得到廣泛應(yīng)用，建筑行業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下逐漸實現(xiàn)管理智能化和信息化，在長效發(fā)展的道路上越走越遠。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧工地的基本概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)主要是利用感應(yīng)器、掃描器、GPS以及射頻識別等傳感設(shè)備，依據(jù)工程項目協(xié)議在建筑要素及物品間建立有效連接，同時借助云計算技術(shù)來實現(xiàn)信息資源的實時交互與共享。主要包含跟蹤定位、視頻監(jiān)控、智能化識別以及操作管理等系統(tǒng)，以實時直播的形式呈現(xiàn)出現(xiàn)場作業(yè)情況，從而為管理人員提供決策依據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，幫助人們突破了傳統(tǒng)發(fā)展思維的禁錮，在智能化建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用，是發(fā)展智慧城市、構(gòu)建智慧工地的核心技術(shù)。

1.2 智慧工地

智慧工地是建筑行業(yè)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)雙向融合發(fā)展的必然產(chǎn)物，是虛擬技術(shù)和實體經(jīng)濟有機結(jié)合的全新建筑施工管理理念[2]。智慧工地以物聯(lián)網(wǎng)強大的感知功能為基礎(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對施工項目的資源信息進行處理與分析，借助云計算來優(yōu)化施工現(xiàn)場人力資源和物資的配置，有效彌補了傳統(tǒng)施工管理模式的短板，將“安全生產(chǎn)”、“綠色節(jié)能”、“智能建設(shè)”在建筑工地中貫徹落實，從而為項目施工提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

智慧工地主要包括兩個模塊：一是圖紙立體化：這一模塊主要是利用BIM技術(shù)對施工圖紙的信息數(shù)據(jù)進行專業(yè)處理，將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具有空間結(jié)構(gòu)的立體圖形。這種直觀地呈現(xiàn)方式不僅可以幫助施工人員從多方位觀察整個項目的建造結(jié)構(gòu)，而且還能夠確保相關(guān)技術(shù)人員更加全面、準確地了解項目設(shè)計構(gòu)架和其他細節(jié)，進而為現(xiàn)場施工作業(yè)提供科學指導，有利于提高建設(shè)質(zhì)量和建筑物的使用壽命，同時還能夠在一定程度上降低建設(shè)成本[3]。二是人員智能化。這一模塊主要是通過智能APP來完成的，一線管理人員可借助終端設(shè)備，利用智能APP集中采集并處理項目施工過程中的海量數(shù)據(jù)。同時將各項施工流程集成至APP中，在云計算和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的支持下實現(xiàn)施工信息的動態(tài)共享。這樣管理人員可以對現(xiàn)場的施工進度、人員配置、執(zhí)行狀態(tài)等進行實時監(jiān)管，以便其及時發(fā)現(xiàn)并解決突發(fā)問題，從而最大限度地降低安全事故的發(fā)生概率。

2 構(gòu)建智慧工地的重要意義

2.1 減少安全隱患，落實安全生產(chǎn)

建筑行業(yè)的工作環(huán)境和作業(yè)方式危險系數(shù)較高，導致施工現(xiàn)場安全事故頻繁發(fā)生，一旦出現(xiàn)人員傷亡，必定會給受害者的家庭幸福、施工企業(yè)的聲譽形象以及社會穩(wěn)定帶來一定的負面影響。因此，積極采取安全防范措施，將安全生產(chǎn)落實于施工現(xiàn)場的方方面面是建筑行業(yè)亟待解決的問題。

在信息時代，各建筑企業(yè)應(yīng)充分意識到科學技術(shù)在提升施工安全性方面的重要價值，利用先進技術(shù)和智能設(shè)備對生產(chǎn)全程進行實時監(jiān)控，并加強事故多發(fā)環(huán)節(jié)的監(jiān)管力度[4]。如構(gòu)建污染物監(jiān)控與預警系統(tǒng)、塔機碰撞預防系統(tǒng)、建材堆積監(jiān)管系統(tǒng)等，通過全方位的監(jiān)測來掌握現(xiàn)場狀況，做到防患于未然，從而提升施工現(xiàn)場的安全性，為施工人員的生命安全提供基礎(chǔ)保障。

2.2 減輕環(huán)境污染，打造綠色工地

建筑行業(yè)的揚塵和噪聲給生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性帶來較大威脅，施工污染已成為影響生態(tài)平衡和居民身心健康的關(guān)鍵因素之一。

在企業(yè)內(nèi)部貫徹綠色環(huán)保理念，并在施工現(xiàn)場做好環(huán)保工作，是建筑企業(yè)主動承擔并履行社會職責的主要體現(xiàn)，也是國家和政府對企業(yè)提出的硬性要求。智慧工地發(fā)展理念的出現(xiàn)，有效解決了施工污染問題，智能設(shè)備不僅能夠提升施工效率，而且還能夠達到節(jié)能減排的效果，從而減輕施工作業(yè)對生態(tài)環(huán)境的破壞程度，在極大程度上推動了企業(yè)的長足進步[5]。

以降塵除霾系統(tǒng)為例，基于物聯(lián)網(wǎng)的感知功能，降塵除霾系統(tǒng)在運作期間能夠?qū)υ肼暋貪穸纫约癙M2.5等因素進行智能感應(yīng)，并將感應(yīng)數(shù)據(jù)實時輸入中心數(shù)據(jù)庫，開啟全天候監(jiān)管模式。若數(shù)據(jù)超過安全值上限，則系統(tǒng)會第一時間發(fā)出預警，同時啟動降塵噴淋模式來進行污染防治。

2.3 落實精細化管理，建設(shè)智能工地

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地主要是利用智能傳感設(shè)備來構(gòu)建智能化安全防控體系，從而對作業(yè)現(xiàn)場的人力、物料、機械設(shè)備及施工流程進行全方位、動態(tài)化監(jiān)管，為各層級管理者提供精準的決策參考依據(jù)，從而確保現(xiàn)場的協(xié)同化管理、安全化管理以及精細化管理水平得以全面提升。同傳統(tǒng)的人力監(jiān)管比較，這種智能化管控在改善項目質(zhì)量、控制成本預算、協(xié)調(diào)施工進度方面的優(yōu)勢更為明顯，對工程項目的順利完工有積極影響，是促進建筑企業(yè)管理精細化的主要途徑[6]。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工地構(gòu)建體系

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)賦予了施工設(shè)備強大的感知功能，在大數(shù)據(jù)、通信工程及云計算等技術(shù)的輔助下，工程項目各參與主體能夠以全新的交互方式進行資源共享，從根本上轉(zhuǎn)變了建筑工地的管理模式，切實提升了工地管理的智能化、標準化、信息化水平。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工地構(gòu)建體系主要包括以下6方面。

3.1 勞務(wù)人員管理體系

以終端設(shè)備為載體，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立數(shù)字化平臺，在建筑工地推行實名制考勤，構(gòu)建一套用于管控建筑企業(yè)勞務(wù)人員的管理體系，以便為企業(yè)管理層提供建筑工人的個人信息及其出勤數(shù)據(jù)。這不僅有助于優(yōu)化施工現(xiàn)場的人員配置，而且還可以避免勞務(wù)糾紛，大幅度提升管理質(zhì)量和管理效率，對企業(yè)自身綜合實力的增強有現(xiàn)實意義[7]。

3.2 施工車輛監(jiān)管體系

工地施工車輛是造成安全事故的主要危險因素之一，常見施工車輛有混凝土攪拌車、自卸車、鏟車等，這些施工車輛的負載量、行駛速度與工地安全生產(chǎn)息息相關(guān)。在物聯(lián)網(wǎng)自動化調(diào)控功能的支持下，利用定位系統(tǒng)和裝載反饋系統(tǒng)，可搭建一個用于實時監(jiān)控施工車輛的網(wǎng)絡(luò)平臺，并通過感知設(shè)備和傳輸技術(shù)將車輛行駛狀態(tài)實時傳輸至監(jiān)管平臺。當系統(tǒng)探測到車輛超載或者超速時會自動預警，一線管理人員可根據(jù)預警信息來發(fā)出相應(yīng)的控制指令，從而降低施工現(xiàn)場交通事故的發(fā)生率。

3.3 塔式起重機安全監(jiān)控體系

塔機是用于建筑施工的大型起重設(shè)備，然而相關(guān)報道稱，八成以上的塔機在施工期間存在違章作業(yè)的問題，我國每年因塔機操作不當而引發(fā)的施工不良事故時有發(fā)生，加強塔機的安全監(jiān)管是降低施工事故率的關(guān)鍵舉措[8]。塔機安全監(jiān)控體系的構(gòu)建原理與施工車輛監(jiān)管體系較為相似，均是利用定位技術(shù)和傳感器來完成實時監(jiān)控和預警提示。在具體應(yīng)用時，塔機安全監(jiān)控體系的感應(yīng)對象是塔機的高度、角度、起重以及環(huán)境風速。除了預防超重超載之外，還需對其碰撞風險進行評估，從而確保高空作業(yè)的安全性，為施工人員的生命健康及施工項目的順利進展提供技術(shù)保障。

3.4 環(huán)境監(jiān)測體系

生態(tài)建設(shè)是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，綠色環(huán)保是新時代長期發(fā)展戰(zhàn)略，生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定與否對經(jīng)濟發(fā)展有決定性影響。隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，工地環(huán)境已然成為環(huán)保局的監(jiān)管重點。工地揚塵、噪聲以及碳排放是破壞周邊生態(tài)環(huán)境的主要因素，在智慧工地理念逐漸普及的時代，建筑企業(yè)唯有主動加強環(huán)境污染監(jiān)管，才能減少輿論壓力，實現(xiàn)企業(yè)的持續(xù)性發(fā)展[9]。工地環(huán)境監(jiān)測體系以物聯(lián)網(wǎng)為構(gòu)建技術(shù)，可對施工現(xiàn)場與環(huán)境因素相關(guān)的信息數(shù)據(jù)進行采集、輸送、分析及處理，其預警機制可在系統(tǒng)監(jiān)測到污染物即將超標時自動啟動，從而避免污染進一步擴大，確保工程項目能夠按規(guī)劃合理進展，同時可減輕施工過程對生態(tài)環(huán)境的不利影響。

3.5 安全教育體系

利用物聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建安全教育體系，充分發(fā)揮其感知性、交互性及自主性等功能，通過三維動態(tài)模式打造仿真施工場景。定期組織一線作業(yè)人員參與安全教育，使其在場景模擬中體驗違章操作的危害性，從而增強其對安全生產(chǎn)的理解度和認知度，促使其由被動接受安全知識灌輸轉(zhuǎn)為主動維護自身安全，確保其能夠在實際施工中嚴格遵守工地規(guī)章制度。

3.6 遠程監(jiān)控體系

遠程監(jiān)控技術(shù)突破了時空限制，使得管理人員無需到達工地便可全面掌握現(xiàn)場作業(yè)進度、人員及物料狀態(tài)等信息[10]。通過遠程監(jiān)控體系，管理者可借助遠程語音功能對現(xiàn)場進行指揮調(diào)度，從而幫助其更好地應(yīng)對復雜惡劣的工地環(huán)境，對管理效率的提升和降低管理成本有積極作用。

4 提升智慧工地建設(shè)水平的策略探究

4.1 以循序漸進為建設(shè)原則

通過前文分析可知，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，通常需要采用成熟的技術(shù)來開發(fā)各子系統(tǒng)。因此，智慧工地體系的構(gòu)建應(yīng)以工地的實際狀況為決策依據(jù)，以循序漸進為建設(shè)原則，逐步推進整個體系的開發(fā)進程。

4.2 加強科研合作

以物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)支撐的智慧工地建設(shè)具有復雜性、多樣性等特點，為了推動工地智能化建設(shè)有序開展，須加強科研合作，使科研部門在技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用方面的價值，和施工企業(yè)在現(xiàn)場管控與調(diào)度方面的優(yōu)勢，得以充分發(fā)揮并有效融合，從而達到提升建設(shè)水平、共擔建設(shè)風險、共享建設(shè)效益的目的[11]。在此過程中，行業(yè)人才能夠在互動學習中開闊眼界、提升專業(yè)能力，為智慧工地建設(shè)貢獻源源不斷的新思路。

4.3 完善管理制度

建設(shè)智慧工地涉及多個利益主體，其中存在較多阻礙項目進展的不可控因素，施工企業(yè)在受到監(jiān)管部門嚴格管控的情況下很可能會對智慧工地的構(gòu)建產(chǎn)生抵觸情緒，從而增加建設(shè)難度。為規(guī)避上述問題，政府部門應(yīng)把智慧工地的建設(shè)進程作為施工企業(yè)的考核項目，并制定相關(guān)制度來規(guī)范其行為，推動智慧工地項目工程的有序落實。

5 結(jié)語

智慧工地是建筑行業(yè)與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)融合發(fā)展的產(chǎn)物，是實現(xiàn)我國建筑行業(yè)智能化建設(shè)、信息化管理的有效方式。建筑企業(yè)應(yīng)加大對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究力度，不斷挖掘其價值和潛能，使其在智慧工地的建設(shè)中發(fā)揮出更大的作用，為建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展保駕護航。

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