基于“5G+物聯網技術”的智慧工地監管平臺方案設計研究

摘要：建筑施工現場的人員、施工物料及機械設備眾多，環境復雜多變，且影響變化的因素繁多，因此，先進的物聯網感知技術和高傳輸速率、低時延的通信技術對于智慧工地建設十分關鍵，而“5G+物聯網技術”將是提升工地智慧化水平的最佳選擇。本文從“5G+物聯網技術”的角度出發，探討智慧工地監管平臺建設方案的設計思路，并提出智慧工地監管平臺建設內容和方案設想。

關鍵詞：5G通信技術；物聯網；智慧工地；質量安全監管；方案設計

一、引言

建筑施工行業是我國國民經濟中重要的物質生產部門和支柱產業之一，同時也是安全生產事故多發的高危行業。如何對其有效管理和監控是急需解決的難題。

智慧工地監管平臺是運用信息化手段，獲取工程施工過程中人的行為、物和機械設備狀態、環境等信息，通過5G的高性能網絡實時上傳到云平臺，并應用大數據和算法構建的智慧大腦。該平臺將后臺數據與前端物聯網感知設備采集到的工地實時信息進行挖掘、比對和分析，并提供全過程的趨勢預測與專家分析預判，通過手機、報警器等終端將重要信息傳遞給監管人員，實現工地可視化智能管理，讓在建工地質量安全監管變得“耳聰目明”。

“5G+物聯網”建設的智慧工地能夠為工地管理者提供可靠且高效的數據交互方式，實現對工地各項狀態的實時監控和管理。

二、智慧工地監管平臺方案設計目標

智慧工地監管平臺建設應著重于建立包含工程建設全過程、全責任方、全核心要素的大數據監管平臺，構建覆蓋“建設主管部門、企業、工程項目”三級聯動的智慧工地監管平臺管理體系，以5G、“物聯感知技術創新+監管創新”推動建筑行業監管模式縱深發展，有效提高建設主管部門在市場信用、工程質量、安全、文明施工、產業工人培養、應急指揮等方面的監管與服務效能。

智慧工地監管平臺建設應深化基礎信息資源的開發利用，結合5G通信技術、物聯網、移動互聯網、云計算、大數據、人工智能等先進技術，持續推進企業庫、項目庫、人員庫和市場信用大數據的關聯融合，充分挖掘數據價值，提升項目監管治理水平，打造社會、企業、政府聯動的協同治理新局面。

三、智慧工地監管平臺方案設計內容

（一）一個平臺

“一個平臺”是指智慧工地監管平臺，將數據和業務能力沉淀到監管單位基礎平臺，實現數據融合共享，并以此為基礎建立工程建設的全生命周期的大數據。工地管理者可以通過大屏可視化平臺，工程項目管理的總覽，并對重點項目、建筑市場、質量安全監督管理進行決策分析，還可以通過可視化大屏接入應急管理資源。

（二）一套數據體系

“一套數據體系”是指依托大數據中心建設為主體的數據服務，通過整合內外部多數據來源的海量異構數據，建立統一的監管基礎數據體系。

（三）集成N個業務系統

智慧工地監管平臺聚合了市場管理、安全管理、質量管理、綠建管理、行業服務、公眾服務等“N個業務系統”，通過數據中心聚合形成“一套數據”，消除系統之間的信息孤島，強化業務協同應用。

（四）三個底層支撐平臺

底層支撐平臺包含：數據中心服務平臺、用戶中心服務平臺、物聯網服務平臺。通過數據中心服務平臺實現對N個業務系統的數據集成；通過用戶中心服務平臺實現統一用戶管理和單點登錄；通過物聯網服務平臺實現對物聯網設備平臺的接入服務統一管理和統一授權。

（五）一套規范體系

咨詢服務建立建設規范和運維規范，包含智慧工地數據中心設計規范、智慧工地底層支撐平臺設計規范、智慧工地監管平臺運維服務體系規范等規范，在為系統運維提供標準規范的同時，為后續其他業務系統建設提供數據標準規范，加強業務系統之間的互聯互通。

四、智慧工地監管平臺總體方案設計

（一）總體設計思路

本方案貫徹落實國家、省、市關于推進智慧城市、政務信息化發展相關文件要求，強化落實創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念，以先進技術和科技創新為支撐，深化建筑行業監管發展方式轉型、深化行業監管模式創新，以加強建筑行業管理能力，鞏固行業支柱產業地位，助力建筑行業高質量發展，不斷提升建筑工程安全生產和質量監管水平，打造領先的智慧工地監管平臺項目。

1.堅持創新思維。積極探索“互聯網+”形勢下建筑業管理新模式，深入研究物聯網、大數據、人工智能等技術的創新應用，發掘先進信息技術的應用價值，以強化對責任主體的行為監管，促使主體責任單位建立起自我約束、持續改進的自律機制。

2.堅持應用導向。信息化建設應當以“降本增效”為基礎需求進行規劃，圍繞監管單位系統的相關業務，打造實用、高效、安全、創新的系統平臺。

3.堅持以人為本。在重視信息化建設的同時，重視在信息技術、物聯網技術、大數據技術方面人才能力建設，培養具有業務能力和信息化能力的復合型人才隊伍。

（二）總體架構

1.業務應用層

業務應用層建設綜合監管平臺，涵蓋可視化大屏、PCWEB端、手機APP，通過上述業務入口可以快速瀏覽項目的風險防控、決策分析數據和基礎數據等。

2.支撐層（服務層）

應用支撐層提供滿足業務應用層所需的平臺服務，包括統一用戶中心、IOT云平臺、數據中心平臺等支撐性平臺服務。

3.數據服務層

數據服務層包括大數據中心的主要內容，如采集清洗子業務系統的數據、獲取大數據平臺數據以及通過IOT云平臺采集感知部分的時序數據等。同時，數據服務層包含系統數據庫，以及在此基礎上建立起來的行業基礎庫、行業監管庫、市場監管庫、政務業務庫。

物聯感知部分主要是為了擴大信息采集源，通過集成工地終端的各種智能設備，采集和分析人員、安全、質量、設備、環境等數據，從而為上層的業務監管提供遠程監管手段。

4.基礎層

基礎層以政務外網作為承載網，所有應用系統部署在政務云上，外部數據及第三方系統需要按照規范要求安全接入到政務外網，物聯網數據通過政務云提供的互聯網統一入口安全接入。

5.技術標準

制定標準規范的系統性研究可以為規劃實施落地提供重要保證。智慧工地監管平臺建設過程是建設和完善標準規范的過程，包括事項目錄、辦事指引、業務流程、信息資源目錄、數據目錄、云計算建設指引等標準和規范。

6.運營保障管理

智慧工地監管平臺運行管理體系包括運營管理和運維管理。其中，運行管理包括對系統建設和應用的績效考核、投資效益評估、運營改善等，運維管理包括對基礎設施、平臺和應用系統進行維護，以及對相關的服務流程進行管理和維護服務評價，從而建立持續改進的服務管理體系。

五、智慧工地監管平臺總體數據流程

根據工程建設監管“數據一個庫”“管理一條線”的建設思路，將各業務系統數據串聯起來，實現從項目立項、工程招投標、工程報監，到工地現場質量安全文明施工監管、工程竣工驗收等各個環節基礎數據互通，并實現共享每個環節產生的基礎數據。

（一）項目信息

項目信息主要包括項目基本信息、項目建設單位、項目負責人信息，由全國投資項目在線審批平臺產生，推送至工程建設項目審批管理系統，提供工程報監、施工許可申報依據。

（二）項目招投標信息

通過公開招投標、邀請招投標、直接發包等方式進行工程招投標，確定工程施工總承包單位、工程監理單位、施工單位負責人、監理單位負責人等信息，為工程報監、施工許可申報提供數據支撐。

（三）企業信息

企業信息包括施工、監理、勘察、設計、工程造價單位和各單位人員的信息，由建筑市場業務管理系統產生，推送至綜合監管平臺。

（四）工程信息

結合項目信息、工程招投標信息，在工程建設項目審批管理系統進行工程報監、施工許可等審批事項辦理，形成工程信息。工程信息包括項目基本信息、施工許可信息、工程責任主體信息，數據推送綜合監管平臺。

（五）行業基礎數據庫

歸集以上項目信息、招投標信息、工程信息、企業及人員信息，在數據中心形成統一共享的工程信息、企業信息、人員信息行業基礎數據庫，通過數據共享為各業務系統提供基礎數據支撐。

六、智慧工地監管平臺總體技術路線

智慧工地監管平臺方案充分考慮系統的先進性、安全性、穩定性和可擴展性，系統整體采用四橫一縱的結構，四橫分為用戶層、業務子系統層、數據中心層、數據來源層，一縱為應用服務支持層。

用戶層：以業務層為基礎，通過Web、PDA、手機等終端設備，為政府、企業、公眾等提供各種數據展示。

數據中心層：數據中心是數據基礎服務，為數據采集提供標準的接口，實現采集業務系統和工地終端等多源數據，通過離線和實時處理的方式進行數據分析，沉淀出監管平臺的數據資產，同時利用數據中心的采集、存儲、分析、輸出等功能實現各系統之間的信息互聯互通，以達到消除信息孤島的目的。

數據來源層：該層主要為數據中心層提供數據。數據主要來源于工地智能終端設備采集的數據、政務系統的數據以及其他業務系統產生的數據。

應用服務支持層：應用服務支持層為應用和管理頂層業務提供基礎的技術支持，包含了統一用戶中心、消息引擎、GIS服務等功能。

七、智慧工地監管平臺設計

智慧工地監管平臺利用5G通信技術、物聯網感知設備和先進技術，實現對建筑工地的統一監管，以減少人力檢查，提高監督效率并降低成本。如圖2所示，該平臺整合物聯網核心芯片、儀器儀表、攝像頭等，并應用于建筑業，集成傳感器、5G通信、RFID、二維碼識別等技術，以便遠程實時監管。此外，該平臺可以采集工地環境數據、視頻流、起重機械數據等，并上傳至監管平臺，以便工地管理人員對超標工地進行現場執法和整改。此外，試點工地監控標準適用于所有工地，能夠有效提升施工質量，實現智能綠色施工。

為了更好地利用物聯網、大數據、人工智能等先進技術提高監管效率，利用IoT平臺可以聯通工地端危險源（起重機械、高支模、深基坑）、人員、環境、水電、運輸車輛、建筑工地環境監控系統（在建）、第三方IoT云等數據，通過數據交換服務將所需要的各個智能終端設備的運行工況數據聚合到智慧工地監管平臺，實現對工地現場的自動化監管和遠程監管，從而提升監督執法效率和行業監管水平，強化執法力度。

八、結束語

本方案通過綜合應用5G、物聯網、云計算、大數據等互聯網技術，整合工程質量、安全各項綜合監管信息，提供各種通訊、物聯感知和信息服務，全面建立覆蓋建筑工地生產安全和工程實體質量等核心要素的信息化平臺，全面、深入、智能、實時監測并采集各項相關的要素數據；同時，通過大數據、人工智能技術進行數據匯總和分析評價，及時研判并預警建筑工地施工安全和工程質量的異常或偏差，以此為建筑行業行政主管部門實有效監管提供科學的決策依據，全面提升建筑工程質量和安全監管效能，并為監管部分采取有效的監管手段和快速實施工程預警響應提供支撐。

作者單位：張鵬 公誠管理咨詢有限公司

參" 考" 文" 獻

[1]張丹.5G網絡下的物聯網通信技術應用[U].電子世界，2021，（24）：51-52.

[2]石志國，王志良，丁大偉.物聯網技術與應用[M].北京：清華大學出版社，2012.

[3]董莉.5G技術與應用[M].北京：北京郵電大學出版社，2021.