物聯(lián)網(wǎng)技術在土木工程施工中的應用分析

江南大學 環(huán)境與土木工程學院 邢 雨 梁 慧 連俊英

物聯(lián)網(wǎng)技術在土木工程施工中的應用分析

江南大學 環(huán)境與土木工程學院 邢 雨 梁 慧 連俊英

一、物聯(lián)網(wǎng)概念的引入

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大的網(wǎng)絡，其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡連接在一起，使系統(tǒng)可以自動、實時地對物體進行識別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應的事件。物聯(lián)網(wǎng)技術的基礎是RFID技術，通過帶有多種傳感器的RFID電子標簽，組成一個巨大的傳感網(wǎng)，實現(xiàn)全球物品信息的實時共享。隨著科技的不斷進步和信息化程度的不斷加強，物聯(lián)網(wǎng)有著十分廣闊的發(fā)展空間，對實現(xiàn)智能化生產(chǎn)、交通和家庭起居具有重大的現(xiàn)實意義。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術在土木工程施工中的應用分析

1.有利于實現(xiàn)施工作業(yè)的系統(tǒng)管理。土木工程的產(chǎn)品是固定的，而生產(chǎn)活動是流動的，這就構成了建筑施工中空間布置與時間排列的主要矛盾。加上又受建筑施工生產(chǎn)周期長、綜合性強、技術間歇性強、露天作業(yè)多、受自然條件影響大和工程性質(zhì)復雜等方面的影響，施工任務往往由不同專業(yè)的施工單位和不同工種的工人、使用各種不同的建筑材料和施工機械來共同完成，其協(xié)作配合關系亦較復雜，這就進一步增加了建筑施工矛盾的復雜性。要想順利地進行施工，就必須強化施工的組織工作。建設項目的組成如圖1所示。

圖1 建設項目的組成

一個大型的建設項目往往由很多的分項工程組成。進行施工的組織管理時，如能采用物聯(lián)網(wǎng)技術制定并實施網(wǎng)絡計劃，既可以充分利用空間，又可以爭取時間，保證各工作隊能夠連續(xù)作業(yè)，不至于產(chǎn)生“窩工”等現(xiàn)象。網(wǎng)絡計劃技術是指用網(wǎng)絡圖表示計劃中的各項工作之間的相互制約和依賴關系，在此基礎上，通過各種計算和分析尋求最優(yōu)化計劃方案的實用計劃管理技術。將網(wǎng)絡計劃技術運用于工程建設活動的組織管理中，不僅要解決計劃的編制問題，而且更重要的是要解決計劃執(zhí)行過程中的各種動態(tài)管理問題?；谏漕l識別技術（RFID）以及無線感應網(wǎng)絡（WSN）的物聯(lián)網(wǎng)技術一方面可以廣泛地收集信息，并通過傳感網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)輸送到計算中心綜合處理，以達到構建網(wǎng)絡和統(tǒng)籌全局安排的目的；另一方面，又能及時地獲得施工現(xiàn)場人員、機械和施工環(huán)境的動態(tài)信息，對網(wǎng)絡進行優(yōu)化，并及時進行指導和控制，使人員和機械的配置更加合理，從而達到管理的優(yōu)化。其中，單代號網(wǎng)絡計劃如圖2所示。

圖 2 單代號網(wǎng)絡計劃

2.有利于提高施工質(zhì)量。土建施工規(guī)模大、工期長，整體施工質(zhì)量很難得到保證，一旦出現(xiàn)失誤，就會造成重大的經(jīng)濟損失。運用物聯(lián)網(wǎng)技術能夠把各種機械、材料、建筑體通過傳感網(wǎng)和局域網(wǎng)進行系統(tǒng)處理和控制，同步監(jiān)控土建施工的各個分項工程，嚴格保證了施工質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術對施工質(zhì)量的意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）精確定位。定位和放線工作是進行施工的首要步驟，其精確程度直接決定了施工質(zhì)量能否達標。傳統(tǒng)的施工定位主要是使用一些光學儀器和簡單的測量設備，其精度較低，容易產(chǎn)生累加誤差。通過物聯(lián)網(wǎng)定位技術，可以快捷測得待定位點附近事物的局域坐標，并依此進行定位。

（2）保證材料質(zhì)量。材料（包括原材料、成品、半成品、構配件）質(zhì)量是整個工程質(zhì)量的保證，只有材料質(zhì)量達標，工程質(zhì)量才能符合標準?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的建筑原材料供應系統(tǒng)以微電子芯片作為數(shù)據(jù)載體，將其安裝到建筑原材料包裝上，可以通過無線電波進行數(shù)據(jù)通信。微電子芯片可以對任何物品給予唯一的編碼，并且，射頻技術可突破條形碼必須近距離直視才能識別的缺點，無需打開商品包裝或隔著障礙物即可識別，并可進行批量識別，商品一旦進入射頻識別的有效區(qū)域，就可以立即被識別并轉化成數(shù)字化信息。同時，還能可對基于物聯(lián)網(wǎng)技術的建筑原材料供應鏈全過程進行實時監(jiān)控和透明管理，隨時獲取商品信息，提高自動化程度，使供應鏈管理更加透明，并實現(xiàn)智能化供應鏈管理。

（3）環(huán)境控制。影響工程質(zhì)量的環(huán)境因素主要有溫度、濕度、水文、氣象和地質(zhì)等，各種環(huán)境因素會對工程質(zhì)量產(chǎn)生復雜多變的影響。散布于施工場地的各種傳感器能將這些環(huán)境因素的變化及時傳輸?shù)教幚碇行模⑾蚬芾砣藛T提供警示，為管理人員采取防御措施爭取寶貴的時間。

（4）對受損構件進行修復補救。在施工時將RFID標簽安裝到構件上，可以對各個構件的內(nèi)部應力、變形、裂縫等變化實時監(jiān)控。一旦發(fā)生異常，可及時進行修復和補救，最大限度地保證施工質(zhì)量。

3.有利于保證施工安全。改革開放以來，隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展，施工事故也頻繁發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，我國每年建筑施工的傷亡人數(shù)在各個行業(yè)中僅次于采礦業(yè)和交通業(yè)，位居第3。施工傷亡事故的頻繁發(fā)生，無情地奪去了無數(shù)建設者的生命，也給國家和企業(yè)造成了重大的經(jīng)濟損失，對建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和社會穩(wěn)定構成了不小的壓力，造成了不良的影響。安全問題貫穿于工程建設的整個過程，影響施工安全的因素錯綜復雜，管理的不規(guī)范和技術的不成熟等問題都有可能導致施工安全問題。物聯(lián)網(wǎng)技術主要可以從以下幾個方面減少事故的產(chǎn)生，保證施工安全：

（1）生產(chǎn)管理系統(tǒng)化。即通過射頻識別技術對人員和車輛的出入進行控制，保證人員和車輛出入的安全。通過對人員和機械的網(wǎng)絡管理，使之各就其位、各盡其用，防止安全事故的發(fā)生。

（2）安防監(jiān)控與自動報警。無線傳感網(wǎng)絡中節(jié)點內(nèi)置的不同傳感器，能夠對當前狀態(tài)進行識別，并把非電量信號轉變成電信號，向外傳遞。通過集成不同模式的無線通信協(xié)議，信息可以在無線局域網(wǎng)、藍牙、廣播電視、衛(wèi)星通信等網(wǎng)絡之間相互漫游，從而達到更大地域范圍的網(wǎng)絡連接。云計算技術的發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模化相得益彰。自動報警系統(tǒng)網(wǎng)絡逐步規(guī)?；瑪?shù)據(jù)會變得異常龐大，通過運用云計算技術，可以在數(shù)秒之內(nèi)達成處理數(shù)以千萬計甚至億計信息的目的，可對物體實現(xiàn)智能化的控制和管理。

（3）設備監(jiān)控。即把感應器嵌入到塔吊、電梯、腳手架等機械設備中，通過對其內(nèi)部應力、振動頻率、溫度、變形等參量變化的測量和傳導，從而對設備進行實時監(jiān)控，以保證操作人員以及其他相關人員的安全。

4.具有可觀的經(jīng)濟效益。當前，建筑市場十分火熱，越來越多的企業(yè)投入到施工建設行業(yè)當中。提高企業(yè)的經(jīng)濟效益不僅意味著盈利的增加和企業(yè)競爭力的提高，也有利于國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術在建筑行業(yè)的應用，必將大大提高生產(chǎn)效率，進而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

（1）材料成本的降低。材料成本在工程預算中占有很大的比重。通過采用RFID技術對材料進行編碼，實現(xiàn)建筑原材料的供應鏈的透明管理，可以便于消費單位選取最合適的材料，省去中間環(huán)節(jié)，減少材料的浪費。在物聯(lián)網(wǎng)技術的支持下，材料成本可以達到最大限度的控制。

（2）提高效率，節(jié)約時間。物聯(lián)網(wǎng)技術可以實現(xiàn)對人和機械的系統(tǒng)化管理，使得施工過程井井有條，有效地縮短了工期。另外，管理的優(yōu)化可以大大地節(jié)約人力成本和租用機械的費用，對提高經(jīng)濟效益也有很大的幫助。

（3）及時補救和維護?；谖锫?lián)網(wǎng)的監(jiān)控技術，可以從源頭上發(fā)現(xiàn)建筑構件的錯誤和缺陷并及時補救，從而避免造成更大的經(jīng)濟損失。