5G物聯(lián)網(wǎng)在施工管理過程中的應(yīng)用前景分析

赫志東

（中鐵十一局集團(tuán)第六工程有限公司，上海 200000）

根據(jù)最新調(diào)研統(tǒng)計，在施工過程中，一個工地平均將產(chǎn)生至少10TB的管理數(shù)據(jù)。同時由于建筑行業(yè)自身信息數(shù)據(jù)量大、網(wǎng)絡(luò)布線難、施工復(fù)雜、不確定因素多等特點，由此信息化工作推廣相較于其他行業(yè)進(jìn)展緩慢。隨著我國新基建投資力度的加大,建筑施工行業(yè)需要不斷改革創(chuàng)新。

1 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 5G技術(shù)發(fā)展趨勢

在國際舞臺，5G已經(jīng)成為下一波通信產(chǎn)業(yè)的標(biāo)桿技術(shù)。俄羅斯政府預(yù)計在2020年底之前推出或發(fā)布5G商用網(wǎng)絡(luò)；美國四大移動運(yùn)營商在有序開展5G平臺的商用工作；日本大力發(fā)展BEYOND 5G戰(zhàn)略，對超高速通信時代提供支撐；在韓國平昌冬奧會上也應(yīng)用了最新的5G技術(shù)；歐盟和巴西政府都將5G技術(shù)定義為經(jīng)濟(jì)數(shù)字化變革關(guān)鍵使能器。中國的5G發(fā)展技術(shù)在全球領(lǐng)先，擁有多項專利。從2020年5G正式商用起，預(yù)計2020年中國5G連接數(shù)將很快達(dá)到0.04億的規(guī)模，此數(shù)字隨著時間推移將迅速增加，到2025年預(yù)計將超過4億個設(shè)備連接數(shù)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展趨勢

在中國，弱電工程、社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等已經(jīng)形成了一定的規(guī)?；瘧?yīng)用，在智慧城市中有多種體現(xiàn)。在萬物互聯(lián)時代，物聯(lián)網(wǎng)將對工地的管理形成有效助力。在施工現(xiàn)場管理的過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)覆蓋施工安全管理、勞務(wù)管理、環(huán)境管理等多個方面，其中視頻監(jiān)控、塔吊監(jiān)控、升降機(jī)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、視頻會議、人員閘機(jī)監(jiān)控、車輛閘機(jī)監(jiān)控都已經(jīng)逐步形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2012—2020年中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定增長，年均增長超過了20%?！?017—2018年中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報告》顯示，中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模已突破萬億，年復(fù)合增長率超過25%。2020年，隨著中國新基建工作的提速，5G基站部署將助力物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)達(dá)到新的規(guī)模。

2 5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要作用

2.1 有效降低通信網(wǎng)絡(luò)部署成本，打破通信壁壘

采用5G基站和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)工地現(xiàn)場的快速組網(wǎng)工作，并將物理網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)無縫整合。在此硬件基礎(chǔ)上打造智慧工地中心管理平臺，就能實現(xiàn)項目中所應(yīng)用到的BIM建模、智慧工地平臺整合統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)化處理多來源、多類型數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中展示和管理。互聯(lián)互通，打破設(shè)備壁壘、信息壁壘，使資源分配合理化、項目工作效率可視化、質(zhì)量結(jié)果數(shù)字化。加強(qiáng)質(zhì)量管理的主動性，能有針對性地提高工程交付品質(zhì)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一方采集多方應(yīng)用，保證數(shù)據(jù)的唯一性、鮮活性。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為施工項目保駕護(hù)航

在工地，可充分利用智慧工地平臺中物聯(lián)傳感設(shè)備的準(zhǔn)確性、實時性特點，對危險源、項目質(zhì)量、工人生產(chǎn)合規(guī)性情況進(jìn)行實時監(jiān)控，對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，一旦異常及時報警及時介入，從而保障項目的安全進(jìn)行，保障項目的質(zhì)量合格。通過現(xiàn)場的視頻，可幫助項目提供遠(yuǎn)程可視化監(jiān)管渠道；人員實名制能打通人員定位、VR安全教育、智慧AI等系統(tǒng)，形成數(shù)據(jù)互通共享環(huán)境，實現(xiàn)人員信息的不斷豐富。對人員的技術(shù)能力、穿戴、行為等多維度綜合描述，能實現(xiàn)項目人員安全的閉合管理；施工安全管理聚焦設(shè)備安全、環(huán)境安全和操作安全，能最大限度降低機(jī)械安全事故發(fā)生率。從大型機(jī)械設(shè)備的操作人員許可管理到駕駛過程中機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動監(jiān)測，以終端智能感知技術(shù)和云端分析技術(shù)為主要手段，可為管理人員提供數(shù)據(jù)分析、故障報警、行為記錄、設(shè)備異常終止等功能。基于移動物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，能實現(xiàn)對深基坑、高支模、臨邊等危大工程的自動化精準(zhǔn)監(jiān)測，對項目鋼結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性進(jìn)行智能感知。

2.3 信息化手段提高管理效率

利用智慧工地平臺中的物聯(lián)網(wǎng)特性，為項目建設(shè)管理人員提供一套輕量化、基于服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)，它可以為多個管理崗位提供管理支持，并實現(xiàn)多業(yè)務(wù)部門的工作協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)共享。

利用智慧工地平臺的移動化、信息化屬性，能在提高管理人員工作效率的同時，將管理人員從諸如財務(wù)報表、施工日志填寫、集團(tuán)數(shù)據(jù)上報等重復(fù)性的工作中解放出來，使管理人員能將更多的視角投入安全管控、進(jìn)度等全局性事物工作中。

2.4 助力綠色施工

工地中采用智能水表、智能電表、揚(yáng)塵監(jiān)測等系統(tǒng)，可實時監(jiān)控項目現(xiàn)場的日常能耗和環(huán)境情況，為綠色施工管理工作提供有力的數(shù)據(jù)決策支撐。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理平臺能將整個工地的環(huán)境設(shè)備協(xié)同起來，進(jìn)行統(tǒng)一的資源調(diào)配，比如環(huán)境設(shè)備檢查到工地?fù)P塵過大，自動啟動霧炮機(jī)設(shè)備進(jìn)行工地降塵處理。

3 智慧工地5G物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)方案

隨著中國新基建工作的大力發(fā)展，建筑施工人員的安全管理、進(jìn)度管理等都刻不容緩。管理結(jié)構(gòu)的變革如果沒有物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)支撐，將會極大地增加現(xiàn)場管理人員的工作量，因此靈活運(yùn)用好技術(shù)手段成為需要探討的問題，

智慧工地系統(tǒng)核心是以現(xiàn)場實際施工及管理經(jīng)驗為依托，將工地現(xiàn)場應(yīng)用中部署的傳感器設(shè)備、應(yīng)用子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)服務(wù)控制子系統(tǒng)返回給指揮中心。核心數(shù)據(jù)保存在項目部進(jìn)行分析、預(yù)警、應(yīng)答、處理，解決項目上的諸多工作以及管理事項，同時匯總數(shù)據(jù)提供到項目級決策系統(tǒng)，可以讓項目管理人員對目標(biāo)、資金成本、進(jìn)度、質(zhì)量安全以及風(fēng)險有直觀全面的了解，方便做出決策分析。非敏感數(shù)據(jù)和脫敏后的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳至云平臺，利用云平臺數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理挖掘、大數(shù)據(jù)分析，以發(fā)現(xiàn)深層次的管理問題，實現(xiàn)對工地施工現(xiàn)場以及人員、設(shè)備、車輛、環(huán)境信息預(yù)警，預(yù)判風(fēng)險出現(xiàn)的可能性。將整理后的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給各級監(jiān)管以及集成平臺進(jìn)行展示。

根據(jù)工地管理工作的不同側(cè)重點，大致可以將工地物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和相關(guān)子系統(tǒng)拆分如下。

3.1 安全管理類

工地安全管理模塊包含人員安全、設(shè)施安全和環(huán)境安全三方面，通常建設(shè)內(nèi)容包含如下。

智能安全帽系統(tǒng)：整合GPS、GIS、藍(lán)牙通信、溫度控制、紅外、攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)芯片技術(shù)，以勞務(wù)實名制平臺為基礎(chǔ)，通過采集工人佩戴的裝載智能芯片的安全帽的實時數(shù)據(jù)，自動通過后臺程序?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾矶?，便于項目?fù)責(zé)人了解現(xiàn)場作業(yè)情況、個人考勤等信息，并將處理結(jié)果通過語音、短信、微信等形式反饋給工地現(xiàn)場作業(yè)人員。

深基坑監(jiān)測系統(tǒng)：基坑在線監(jiān)測系統(tǒng)是利用傳感器技術(shù)、信號傳輸技術(shù)對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測、深層土體位移監(jiān)測、水位監(jiān)測、土體壓力監(jiān)測等，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以完成實時分析報警，并且可以通過手機(jī)和第三方進(jìn)行對接。

高支模安全監(jiān)測系統(tǒng)：支持架體水平位移、模板沉降、立桿軸力、立桿傾角四類大項的精確至微米級的監(jiān)測，同時具備快速秒級響應(yīng)、同步設(shè)備預(yù)警、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)高速傳輸功能，出現(xiàn)問題及時聲光預(yù)警，便于管理人員排查緊急隱患、及時安全疏散人員，以及滿足移動端查看數(shù)據(jù)以及第三方對接。

鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)：提供對施工過程中關(guān)鍵部位的變形監(jiān)測，通過對結(jié)構(gòu)形態(tài)的偏移狀況、結(jié)構(gòu)跨中的撓度情況分析結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量與工作狀態(tài)；及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的異常、結(jié)構(gòu)損傷或退化，確保結(jié)構(gòu)的正常受力，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，對結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行動態(tài)評估，從而避免隱患發(fā)生，也為決策人員提供了工程整改依據(jù)。

施工安全現(xiàn)場管理工作根據(jù)需要，還可以擴(kuò)展實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、臨水、臨電監(jiān)測系統(tǒng)，大體積混凝土測溫系統(tǒng)，安全巡檢系統(tǒng)，臨邊防護(hù)提醒及報警系統(tǒng)。

3.2 環(huán)境管理類

工地環(huán)境監(jiān)測功能主要包含PM2.5、PM10、溫度、濕度、風(fēng)力、風(fēng)向等數(shù)據(jù)監(jiān)測上報。具體指標(biāo)如下。（1）揚(yáng)塵檢測，對PM2.5、PM10雙通道同步監(jiān)測，每1min檢測1次；（2）噪聲檢測，對30dB～130dB，20Hz～12.5kHz范圍內(nèi)的噪聲測量，最大誤差為0.5dB；（3）氣象參數(shù)擴(kuò)展接入；（4）降塵控制設(shè)備擴(kuò)展接入，支持降塵控制設(shè)備接入(噴淋、霧炮)，在數(shù)據(jù)超標(biāo)情況下，可手動、自動控制降塵設(shè)備啟停；（5）支持高亮LED屏顯示，現(xiàn)場實時查看溫濕度、噪聲、PM2.5、PM10情況。

3.3 人員管理類

現(xiàn)場施工過程中，隨著項目精細(xì)化管理的推進(jìn)，對項目現(xiàn)場的工種類別、各工種的人員數(shù)量都有統(tǒng)計需求，需要對現(xiàn)場勞務(wù)人員數(shù)量、考勤、工時等數(shù)據(jù)進(jìn)行及時統(tǒng)計。在分包或者勞務(wù)班組結(jié)算時，需要將現(xiàn)場勞動力投入數(shù)據(jù)，現(xiàn)場管理人員可以通過移動端設(shè)備進(jìn)行施工隊識別、工種識別、人數(shù)識別，可通過數(shù)據(jù)看板自動匯聚成多種可查詢的人員統(tǒng)計數(shù)據(jù)。當(dāng)施工隊伍完成施工分包任務(wù)后，可以從此系統(tǒng)中獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)，避免勞務(wù)糾紛。

3.4 設(shè)備和車輛管理類

通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器，實時掌控設(shè)備在線、離線、故障狀態(tài)，對于現(xiàn)場車輛進(jìn)出場管理、工程車輛裝卸貨狀態(tài)也進(jìn)行統(tǒng)一的管理，實現(xiàn)對整個工地高價值和危險設(shè)備的自動監(jiān)控、數(shù)據(jù)預(yù)警。

3.5 項目信息類

在項目現(xiàn)場部署放線機(jī)器人、無人機(jī)、網(wǎng)絡(luò)廣播音箱設(shè)備及各種傳感器設(shè)備，可通過平臺自動匯聚成質(zhì)量巡檢、隱患排查，以及作業(yè)面勞動力投入、材料進(jìn)出場、設(shè)備臺班等生產(chǎn)要素信息。通過選擇施工日期，還可以一鍵生成電子施工日志。

3.6 教育培訓(xùn)類

通過利用前沿成熟的VR&AR技術(shù)，可以讓現(xiàn)場管理人員與作業(yè)人員走進(jìn)真實的虛擬現(xiàn)實場景中，更加真實地感受工作工藝，通過沉浸式體驗方式，有效提升人員的學(xué)習(xí)效率。

4 結(jié)束語

智慧工地系統(tǒng)在中國蓬勃發(fā)展，5G技術(shù)為基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)掃清了障礙；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速普及又為工地生產(chǎn)效率、管理能力的提升提供了極大的便利，對建筑施工企業(yè)、政府管理部分提供了行之有效的管理工具?？梢灶A(yù)見，以5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的平臺必將飛速發(fā)展。