基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑工程施工進(jìn)度管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著建筑工程規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)進(jìn)度管理面臨諸多挑戰(zhàn)。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了施工進(jìn)度管理系統(tǒng)，并通過仿真測(cè)試驗(yàn)證了其效果。研究表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)顯著提高了施工進(jìn)度完成率，從2025年1月1日的40%提升至2月5日的100%，設(shè)備利用率提高了20%，工人工作時(shí)長(zhǎng)也有所增加。實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度優(yōu)化提升了資源配置與管理效率。盡管安全事故率略有上升，但波動(dòng)幅度可控。結(jié)果表明，系統(tǒng)提供了可靠的進(jìn)度控制與調(diào)度優(yōu)化方案，展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；施工進(jìn)度管理；實(shí)時(shí)監(jiān)控；調(diào)度優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP391" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）17-0108-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，施工進(jìn)度管理已成為確保工程如期交付的關(guān)鍵。傳統(tǒng)管理方式存在信息不對(duì)稱、數(shù)據(jù)滯后等問題，影響施工效率與成本控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為施工提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和精準(zhǔn)監(jiān)控的解決方案，推動(dòng)施工進(jìn)度的可視化與智能化管理。本研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種施工進(jìn)度管理系統(tǒng)，集成實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和智能預(yù)警，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)管理與調(diào)度優(yōu)化。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其效果和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，旨在為建筑工程施工管理提供高效、智能的解決方案。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用概況

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念與發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)（IoT） 是一種通過傳感器、通信和數(shù)據(jù)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間信息交互的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在建筑領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已從簡(jiǎn)單的設(shè)備連接發(fā)展為智能化、自動(dòng)化的系統(tǒng)。通過傳感器，物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崟r(shí)采集建筑施工過程中的溫濕度、設(shè)備狀態(tài)和人員位置等數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至云平臺(tái)或本地服務(wù)器進(jìn)行處理分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)在建筑項(xiàng)目中的應(yīng)用促進(jìn)了數(shù)字化與智能化管理，顯著提高了項(xiàng)目的效率和安全性[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)在建筑工程中的主要應(yīng)用領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)在建筑工程中扮演著重要角色，特別是在施工監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備管理和進(jìn)度跟蹤等方面。通過現(xiàn)場(chǎng)傳感器，物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崟r(shí)獲取建筑材料、設(shè)備狀態(tài)和氣候數(shù)據(jù)，幫助管理者精確監(jiān)控施工進(jìn)度，并優(yōu)化資源調(diào)度[2]。此外，物聯(lián)網(wǎng)亦可對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少設(shè)備故障帶來的工期延誤。在安全管理方面，物聯(lián)網(wǎng)通過實(shí)時(shí)追蹤施工人員并進(jìn)行故障預(yù)警，顯著降低安全事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。通過數(shù)據(jù)傳輸與分析，物聯(lián)網(wǎng)還能夠優(yōu)化資源配置，提升施工效率和安全性。綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)能夠極大地提高建筑工程的施工效率與安全性，為后續(xù)施工進(jìn)度管理奠定基礎(chǔ)。

1.3 建筑工程施工進(jìn)度管理面臨的挑戰(zhàn)

建筑工程施工進(jìn)度管理面臨諸多挑戰(zhàn)。外部因素如惡劣天氣、市場(chǎng)波動(dòng)及突發(fā)事件等常常導(dǎo)致施工計(jì)劃的調(diào)整，進(jìn)而影響項(xiàng)目進(jìn)度。內(nèi)部因素如資源配置不均衡、人員調(diào)配與設(shè)備配合不當(dāng)?shù)龋矔?huì)導(dǎo)致施工延誤，增加管理難度[3]。傳統(tǒng)的進(jìn)度管理方式依賴人工數(shù)據(jù)錄入與經(jīng)驗(yàn)判斷，不僅信息滯后，且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)一步影響項(xiàng)目的順利推進(jìn)。因此，針對(duì)上述挑戰(zhàn)，下文將闡述主要影響因素與關(guān)鍵技術(shù)措施，以及探討如何通過技術(shù)手段提升進(jìn)度管理效率。

2 主要影響因素與關(guān)鍵技術(shù)措施

2.1 施工進(jìn)度管理中的主要影響因素

施工進(jìn)度受到眾多因素的制約，主要可分為外部因素和內(nèi)部因素。

外部因素：如惡劣天氣、突發(fā)事件等，都會(huì)導(dǎo)致施工計(jì)劃的調(diào)整。這些因素常常不可預(yù)測(cè)，增加了施工過程中的不確定性，進(jìn)一步影響工期。

內(nèi)部因素：包括資源配置、人員流動(dòng)、技術(shù)水平差異和設(shè)備故障等。資源緊張或分配不均，人員流動(dòng)性大，設(shè)備故障頻繁等，都直接增加了工期的不確定性，并使得施工進(jìn)度管控難度上升。

因此科學(xué)識(shí)別并及時(shí)應(yīng)對(duì)此類影響因素對(duì)施工進(jìn)度至關(guān)重要，只有通過合理的規(guī)劃與應(yīng)對(duì)措施，才能有效保證工程順利進(jìn)行。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)措施

為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，基于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)手段提供了有效的解決方案，以下是幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)措施。

1） 傳感器采集：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過部署傳感器，實(shí)時(shí)獲取施工現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)。

2） 數(shù)據(jù)分析：通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，幫助決策者及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)度偏差，快速調(diào)整施工策略。

3） 遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警：借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警，系統(tǒng)能夠在施工進(jìn)度出現(xiàn)異常時(shí)迅速做出反應(yīng)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和干預(yù)，確保工程按照計(jì)劃進(jìn)行。

上述技術(shù)措施充分發(fā)揮了物聯(lián)網(wǎng)的核心優(yōu)勢(shì)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸、設(shè)備的遠(yuǎn)程管控以及智能化的調(diào)度手段，極大提升了施工進(jìn)度管理的效率與精度，為后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了有力的技術(shù)保障。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)由四個(gè)核心模塊組成。

數(shù)據(jù)采集：通過傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取施工數(shù)據(jù)，確保準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

數(shù)據(jù)傳輸：使用無線通信技術(shù)高效傳輸數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理：存儲(chǔ)并處理數(shù)據(jù)，支持進(jìn)度優(yōu)化決策。

前端顯示與控制：展示進(jìn)度信息，支持實(shí)時(shí)調(diào)度與決策優(yōu)化。

這些模塊無縫協(xié)作，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的高效管理。數(shù)據(jù)流向?yàn)椋簲?shù)據(jù)采集模塊獲取現(xiàn)場(chǎng)信息，傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳送至存儲(chǔ)和處理模塊，最終由前端控制模塊進(jìn)行決策和調(diào)度優(yōu)化。

3.2 施工進(jìn)度數(shù)據(jù)采集與管理模塊

3.2.1 傳感器布置與數(shù)據(jù)采集

施工進(jìn)度數(shù)據(jù)采集的核心是傳感器的布置。傳感器通過安裝在不同施工環(huán)節(jié)，采集包括設(shè)備狀態(tài)、工人工作時(shí)間等進(jìn)度相關(guān)數(shù)據(jù)。每個(gè)傳感器的采集數(shù)據(jù)量可通過以下公式表示：

[xt=ft，θ]

式中，[xt]表示在時(shí)間[t]采集到的數(shù)據(jù)量，[f]代表采集函數(shù)，[θ]為傳感器的特定屬性。

3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸與處理公式

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與實(shí)時(shí)分析，采集的數(shù)據(jù)需要通過無線傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速度可通過以下公式估算：

[vtrans=dt]

該公式用于評(píng)估每次批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋_保數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)性要求下順暢流動(dòng)。這里[d]為傳輸數(shù)據(jù)量，[t]為傳輸時(shí)間。

3.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊利用云平臺(tái)或本地服務(wù)器存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊采用大數(shù)據(jù)分析方法，處理后的進(jìn)度數(shù)據(jù)可以表示為：

[dbprocessed=gxt，vdata，t]

式中，[dbprocessed]是處理后的數(shù)據(jù)，[xt]為采集的數(shù)據(jù)，[vdata]是數(shù)據(jù)的質(zhì)量指標(biāo)，[t]為數(shù)據(jù)處理時(shí)間。此公式用于支持后續(xù)施工調(diào)度的決策。

3.2.4 進(jìn)度數(shù)據(jù)管理與控制策略

在進(jìn)度管理中，進(jìn)度數(shù)據(jù)控制策略依賴于目標(biāo)進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的差值。設(shè)定目標(biāo)進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的差值（[Δp）]作為進(jìn)度控制的標(biāo)準(zhǔn)：

[Δp=ptarget-pactual]

當(dāng)[Δp]超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，調(diào)度優(yōu)化模塊將啟動(dòng)，進(jìn)行資源配置的調(diào)整。這一差值的變化反映了計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度的偏差，若偏差過大，意味著需要進(jìn)行即時(shí)調(diào)整，以避免工期延誤。

3.3 系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)

表1展示了施工進(jìn)度管理系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)的目標(biāo)值、實(shí)際值和進(jìn)度偏差。

本系統(tǒng)通過進(jìn)度監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析與智能調(diào)度優(yōu)化實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)管理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與目標(biāo)進(jìn)度對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差，并通過調(diào)整設(shè)備和人力等措施進(jìn)行補(bǔ)救，確保按期完成。當(dāng)進(jìn)度偏差超過5%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)整設(shè)備和人力配置。數(shù)據(jù)分析模塊利用大數(shù)據(jù)技術(shù)預(yù)測(cè)進(jìn)度變化并動(dòng)態(tài)調(diào)整，提升管理效率，以實(shí)現(xiàn)資源利用和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)與技術(shù)實(shí)施方案

4.1 施工現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)硬件布置技術(shù)

施工現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)硬件的布局是保證數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)暮诵摹Ｓ布贾眯杩紤]以下幾個(gè)要點(diǎn)。

1） 傳感器布局原則：傳感器應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和需要進(jìn)行合理布置，重點(diǎn)安裝在重要設(shè)備、施工區(qū)域以及材料存儲(chǔ)位置，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)、人員位置及工期進(jìn)度。

2） 環(huán)境適應(yīng)性：考慮到施工環(huán)境的特殊性，傳感器必須具備防水、防塵等特性，以確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3） 網(wǎng)絡(luò)覆蓋要點(diǎn)：施工現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境要求確保傳感器的高效能與低功耗，同時(shí)需要保障網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，避免出現(xiàn)信號(hào)死角。

4.2 數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

數(shù)據(jù)通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵。為確保施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效傳輸，需要選擇合適的無線通信協(xié)議和技術(shù)。表2是幾種常見協(xié)議的比較。

為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，必須采用數(shù)據(jù)加密和抗干擾技術(shù)，如AES加密和TLS協(xié)議，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，并確保施工期間信息的暢通和安全。

4.3 施工進(jìn)度監(jiān)控與智能調(diào)度技術(shù)

施工進(jìn)度監(jiān)控與智能調(diào)度技術(shù)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，結(jié)合大數(shù)據(jù)與人工智能算法，動(dòng)態(tài)分析施工進(jìn)度并進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各任務(wù)的實(shí)時(shí)跟蹤，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差[4]。當(dāng)進(jìn)度偏差[Δp]超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，調(diào)度策略將自動(dòng)調(diào)整設(shè)備和人力資源配置，優(yōu)化施工步驟，確保進(jìn)度按計(jì)劃推進(jìn)。通過智能調(diào)度，施工經(jīng)理可精準(zhǔn)掌握施工任務(wù)的動(dòng)態(tài)，減少人工干預(yù)，提高調(diào)度效率，確保施工進(jìn)度的精確性和工程質(zhì)量，降低工期風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 系統(tǒng)集成與應(yīng)用實(shí)施技術(shù)

系統(tǒng)集成是將硬件、軟件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理模塊有效集成的過程，保證系統(tǒng)高效運(yùn)行[5]。該過程可分為以下幾個(gè)層次。

硬件集成：將傳感器、采集裝置和通信設(shè)備等硬件有效集成，確保數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)母咝院蜏?zhǔn)確性。

軟件集成：結(jié)合數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和監(jiān)控軟件，確保信息流通暢并實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：在施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定制化調(diào)整，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同項(xiàng)目或不同規(guī)模工地的要求。通過系統(tǒng)集成，施工現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與技術(shù)手段能夠形成一個(gè)統(tǒng)一的管理平臺(tái)，從而提升施工進(jìn)度管理的精度與智能化水平，促進(jìn)施工效率和管理水平的提升。

5 控制措施實(shí)施效果與驗(yàn)證

5.1 施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)施效果

為了驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的實(shí)施效果，采用了四個(gè)核心指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)：進(jìn)度完成率、設(shè)備利用率、工人工作時(shí)長(zhǎng)和安全事故率。表3是某施工項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集結(jié)果，分別為不同時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

圖1顯示，進(jìn)度完成率與設(shè)備利用率持續(xù)上升，設(shè)備利用率提升了20%，進(jìn)度完成率從2025年1月1日的40%增加至2月5日的100%，有效驗(yàn)證了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在進(jìn)度管理中的效果。工人工作時(shí)長(zhǎng)的增加反映了工作安排的優(yōu)化。安全事故率略有波動(dòng)，特別是在1月30日的0.5%上升，提示須進(jìn)一步加強(qiáng)安全防護(hù)措施。

5.2 技術(shù)措施的實(shí)施效果評(píng)價(jià)

從表3可以看出，技術(shù)措施顯著促進(jìn)了施工進(jìn)度管理。尤其在后期五天內(nèi)，進(jìn)度完成率穩(wěn)定上升至100%，證明物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和資源調(diào)度提高了施工效率。設(shè)備利用率增加，反映了設(shè)備調(diào)度優(yōu)化；工人工作時(shí)長(zhǎng)的增加促進(jìn)了進(jìn)度按時(shí)完成。盡管安全事故率有所波動(dòng)，但這一波動(dòng)與高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目相關(guān)，提示須加強(qiáng)安全管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)顯著提升了施工效率和安全管理，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化細(xì)節(jié)，確保進(jìn)度管理更加精確與高效。

6 結(jié)論

本研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了施工進(jìn)度管理系統(tǒng)，并通過應(yīng)用驗(yàn)證其有效性。仿真結(jié)果表明，施工進(jìn)度完成率從2025年1月1日的40%提高至2月5日的100%；設(shè)備利用率從70%提升至90%；工人工作時(shí)長(zhǎng)從7小時(shí)/天增至8小時(shí)/天，表明實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度優(yōu)化提升了資源配置與管理效率。盡管安全事故率略有波動(dòng)，但系統(tǒng)有效控制了安全隱患。本文創(chuàng)新性地將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合進(jìn)施工進(jìn)度管理，通過數(shù)據(jù)采集與智能調(diào)度優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)施工過程的精準(zhǔn)控制，提升響應(yīng)速度和管理效率。未來可在多項(xiàng)目協(xié)同調(diào)度、施工安全智能監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)一步拓展研究，優(yōu)化系統(tǒng)功能并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

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