5G技術(shù)在智慧工地領(lǐng)域的研究與探索

施曉光 孟宇

摘 要：2020年，5G正式進(jìn)入商用，本文基于5G技術(shù)在智慧工地領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用推廣進(jìn)行了一系列研究，構(gòu)建了全新的5G智慧工地?cái)?shù)字化管理新模式，旨在促進(jìn)5G、AI、AR 、BIM等技術(shù)在智慧建造領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，加快建造數(shù)字化轉(zhuǎn)型，有效提升行業(yè)生產(chǎn)管理效率。

關(guān)鍵詞：5G;智慧工地;數(shù)字化技術(shù)

一、概述

2019年6月6日，工信部正式向中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)廣電發(fā)放5G商用牌照，中國(guó)正式進(jìn)入5G商用元年，移動(dòng)通信及關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。

5G技術(shù)伴隨著人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等高精新技術(shù)的融合與滲透，與垂直行業(yè)中從事專業(yè)技術(shù)服務(wù)的合作伙伴進(jìn)行技術(shù)與資源的對(duì)接與整合，實(shí)現(xiàn)萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能，推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新融合發(fā)展，將會(huì)引領(lǐng)一場(chǎng)新的網(wǎng)絡(luò)革命，給各行各業(yè)帶來全新的發(fā)展。

二、行業(yè)痛點(diǎn)與需求分析

近年來，黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展工作，相繼發(fā)布一系列相關(guān)政策，不斷扶持和引導(dǎo)科技創(chuàng)新，5G技術(shù)作為最新一代移動(dòng)通訊技術(shù)備受關(guān)注，在數(shù)字時(shí)代，建筑業(yè)必須走出一條増強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力、以數(shù)據(jù)資源為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展之路，而5G技 術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用落地，必將會(huì)對(duì)建筑業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和信息化水平的不斷提高，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè)的建筑業(yè)也隨之開始進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。但是由于施工環(huán)境復(fù)雜、露天作業(yè)多、人員流動(dòng)性大等建筑業(yè)自身特點(diǎn)，安全事故仍頻繁發(fā)生。隨著5G時(shí)代的加速到來，具有關(guān)鍵作用的5G憑借其高速率、大帶寬、低時(shí)延、高可靠等特性應(yīng)用于建筑業(yè)各業(yè)務(wù)場(chǎng)景，必將會(huì)大大降低施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故的發(fā)生。

1、項(xiàng)目管理對(duì)技術(shù)創(chuàng)新需求迫切

現(xiàn)代工地項(xiàng)目管理中，涉及管理領(lǐng)域眾多、管理鏈條復(fù)雜、協(xié)同互通頻繁，管理的抓手基本源自于管理者的“經(jīng)驗(yàn)"。項(xiàng)目一旦開始施工，人、材、機(jī)、料、法、環(huán)等 要素就會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)生變化，但管理工作無法全面覆蓋，過程信息無法及時(shí)傳遞，數(shù)據(jù)不能全面分析并有效支撐決策判斷。建筑產(chǎn)業(yè)的快速變革和數(shù)字時(shí)代的到來，工程管理需要引入最新項(xiàng)目管理的現(xiàn)代化方法、工具。

2、人口紅利消失，勞動(dòng)力短缺，勞動(dòng)成本上升

眾所周知，我國(guó)傳統(tǒng)的建筑業(yè)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，吸納了大量的農(nóng)村勞動(dòng)力。近幾年來，由于我國(guó)人口增長(zhǎng)率的下降與人口老齡化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，我國(guó)勞動(dòng)年齡人口的增速已經(jīng)明顯放緩，絕對(duì)數(shù)量也在開始下降，農(nóng)村可轉(zhuǎn)移輸出的剩余勞動(dòng)力數(shù)量逐年下降。受全國(guó)整體用工短缺形勢(shì)的影響，建筑業(yè)也不可避免地遭遇了招工難，尤其是以缺乏技術(shù)工人與勞力工人為主要特征的“結(jié)構(gòu)性短缺”。而勞動(dòng)力的短缺必然造成建筑企業(yè)的建造成本增加。數(shù)據(jù)顯示近幾年來中國(guó)建筑業(yè)人工費(fèi)的上漲幅度已經(jīng)大幅度高于建筑材料。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求方案分析

根據(jù)上述需求分析，本文進(jìn)一步構(gòu)建5G智慧工地?cái)?shù)字化能力平臺(tái)，旨在將前沿技術(shù)與具體應(yīng)用相結(jié)合，形成復(fù)制、可落地、可運(yùn)營(yíng)的數(shù)字化管理體系。平臺(tái)具體內(nèi)容包括：建設(shè)5G、光纖及NB-lot全覆蓋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智慧工地“人機(jī)料法環(huán)”全生命周期的業(yè)務(wù)流程覆蓋;依托聯(lián)通大網(wǎng)及各本地網(wǎng)IDC資源，打造基礎(chǔ)能力平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)下接入AI視頻分析能力、音視頻交互能力、無人機(jī)飛控能力、BIM可視化能力等，對(duì)上可為5G智慧工地提供豐富的行業(yè)解決方案及產(chǎn)品應(yīng)用，包括對(duì)工地的不安全施工行為進(jìn)行AI識(shí)別判斷及危險(xiǎn)告警推送;通過AR眼鏡建立遠(yuǎn)程協(xié)作互助系統(tǒng)，對(duì)工地進(jìn)行日常的管理監(jiān)督;通過BIM可視化輔助施工人員實(shí)時(shí)比對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度;利用VR培訓(xùn)系統(tǒng)，對(duì)上崗工人進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)及考核，并上傳至管理云平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

四、主要應(yīng)用功能方案實(shí)現(xiàn)

1、5G與邊緣計(jì)算、人工智能技術(shù)在安全管理中的應(yīng)用

項(xiàng)目管理從本質(zhì)上說，是在限定條件下， 用有限的生產(chǎn)資源來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的生產(chǎn)目標(biāo)。而對(duì)于建設(shè)工程項(xiàng)目管理而言，大多數(shù)是戶外作 業(yè)，外界環(huán)境復(fù)雜，不可控因素多，同時(shí)涉及業(yè)主方、建設(shè)方、監(jiān)理單位等多個(gè)相關(guān)方，信息量巨大，導(dǎo)致資源分配難、合理決策難。AI最大的特點(diǎn) 是能夠處理海量數(shù)據(jù)，并做出智能化的決策，其在建筑工程項(xiàng)目管理中有巨大的使用空間。 AI與建筑工程項(xiàng)目管理相結(jié)合 [1]，主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

（1）、可以提高決策的水平。在建筑工程項(xiàng)目管理中，很多管理節(jié)點(diǎn)都要靠個(gè)人依據(jù)少量的信息來做出決策，而AI則可以根據(jù)項(xiàng)目整的數(shù)據(jù)，來做出最優(yōu)決策。

（2）、可以提高管理的精度。建筑工程項(xiàng)目中的材料、勞務(wù)等的現(xiàn)場(chǎng)管理，多是靠人力來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)監(jiān)管，容易出現(xiàn)遺漏，而在AI環(huán)境下，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)管，管理精度將得到大幅提升。

（3）、可以提高管理效率。AI的圖像識(shí)別、語音識(shí)別、數(shù)據(jù)處理等能力是傳統(tǒng)人工所無法匹敵 的，在AI的幫助下，未來一個(gè)管理人員可能替代當(dāng)前幾個(gè)甚至幾十個(gè)管理人員，管理效率會(huì)大幅 提高，也解決了人力資源不足的問題。

2、5G賦能無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用

通過將無人機(jī)接入到運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，一方面可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的監(jiān)管，另一方面可以為無人機(jī)提供高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)保障，滿足無人機(jī)新型業(yè)務(wù)對(duì)通信的要求，充分發(fā)揮運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的潛在價(jià)值。

（1）無人機(jī)在工地安全監(jiān)管上的應(yīng)用

建筑工地的安全問題一直以來都是人們關(guān)注的問題，隨著“智慧工地”的概念深入人心，人們?cè)絹碓街匾暯ㄖさ氐陌?全問題。近年來，“智慧工地”風(fēng)靡，人們?cè)絹碓街匾曅畔⒓夹g(shù)在現(xiàn)場(chǎng)管理中的應(yīng)用，逐漸采用遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。施工現(xiàn)場(chǎng)的方式，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行溝通。

這樣的管理方式存在一定的缺陷，因?yàn)槭鹿识酁橥话l(fā)情況，現(xiàn) 在能做的安全防范多為事前和事中防范，上述的管理方式也是 如此，但是施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，對(duì)于監(jiān)控的布置一般選取一些 關(guān)鍵位置，主要用來監(jiān)控材料堆放是否合理，而對(duì)于人員操作 是否違規(guī)、裝備是否齊全等就無法進(jìn)行監(jiān)控，從而存在安全監(jiān) 管不全面的問題 [2]。

（2）無人機(jī)+測(cè)繪

測(cè)繪無人機(jī)，將航測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為包含地面地形、高程、坐標(biāo)信息等數(shù)據(jù)，能進(jìn)行3D實(shí)景建模，還能用于土方施工量計(jì)算。通過無人機(jī)傾斜攝影與 BIM 技術(shù)的無縫融合，實(shí)現(xiàn) 了測(cè)量、建筑與地理空間的互通，將環(huán)境信息與建筑信息 統(tǒng)一起來，形成從戶外到室內(nèi)，從地上到地下空間的一體 化地理空間場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)宏觀與微觀的相輔相成，室外到室內(nèi)的連續(xù)貫通，提高工程管理的信息化水平 [3]。

五、總結(jié)

5G技術(shù)與數(shù)字建造的結(jié)合正是順應(yīng)建筑業(yè)發(fā)展趨勢(shì)而生，借助最新的科學(xué)技術(shù)，以深化新一代信息通信技術(shù)在建筑業(yè)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新和 應(yīng)用為核心，深入實(shí)施融合新型建造模式的發(fā)展。

今后幾年，在5G技術(shù)全面商用化的助推下，建筑業(yè)將全面提高數(shù)字化水平，著力增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、VR、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力，建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化將取得突破性進(jìn)展，更好實(shí)現(xiàn)成熟 的一體化行業(yè)監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)資源利用水平和能力的明顯提升。5G技術(shù)的全面利用，為建筑業(yè)的數(shù)字化發(fā)展提供了機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉剛， 田麗娜. AI助力建筑工程項(xiàng)目管理[J]. 項(xiàng)目管理評(píng)論，2019，（11）

[2]陳志輝，宋艷玉. 無人機(jī)在建筑工地的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)管理信息化，2018，（9）

[3]閆文娟，王水璋. 無人機(jī)傾斜攝影航測(cè)技術(shù)與BIM結(jié)合在智慧工地系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)2019， （10）