5G技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用探究

黃婧 蔡鳳珍 劉雨婷

【摘 要】?為了解決現(xiàn)階段建筑施工中存在的安全監(jiān)管局限性與建筑質(zhì)量難調(diào)控的問題，文章聚焦5G的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀，提出5G+可穿戴技術(shù)，5G+視頻監(jiān)控，5G+BIM可以有效地解決施工中存在的主要問題，以此增加建筑安全監(jiān)管的方式，調(diào)控建筑工程的質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上對(duì)5G在建筑施工中的應(yīng)用進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】5G技術(shù); 建筑施工; 安全監(jiān)管; 建筑質(zhì)量

5G即第五代通信網(wǎng)絡(luò)，相比于其他幾代通信網(wǎng)絡(luò)，它具有大帶寬、萬物互聯(lián)和低時(shí)延的優(yōu)勢(shì)，可以助力建筑施工安全有序的進(jìn)行，在助推智能建造過程中發(fā)揮著重要的作用。由于5G技術(shù)具有間接影響性，要同其他科學(xué)技術(shù)相結(jié)合才能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)?！笆奈濉币?guī)劃明確指出智能建造將是我國(guó)建筑業(yè)整體轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。而被視為智能建造重要組成之一的建筑施工，在現(xiàn)階段仍存在一些問題。近年來，許多學(xué)者對(duì)5G應(yīng)用于整個(gè)建筑行業(yè)進(jìn)行了探索。有學(xué)者提出5G可以應(yīng)用于智慧建筑場(chǎng)景中，提高服務(wù)、會(huì)議、運(yùn)營(yíng)、安防的智慧性[1]。有學(xué)者認(rèn)為5G技術(shù)+AR技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)工程管理的數(shù)字化，助力智慧工地的建設(shè)[2]。有學(xué)者利用5G+BIM收集地震的相關(guān)信息，制作建筑“黑匣子”記錄地震來時(shí)建筑物的詳細(xì)情況，有利于抗震減災(zāi)的研究[3]。也有學(xué)者嘗試將5G通信技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于建筑的其他方面，包括建筑材料的智慧稱重[4]、管線碰撞檢測(cè)[5]?；?G技術(shù)搭建的超級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，相關(guān)人員可以對(duì)整個(gè)建筑過程進(jìn)行精細(xì)化管控[6]。還有學(xué)者探索5G在視頻監(jiān)控、安全管控、質(zhì)量管理、技術(shù)交底等方面發(fā)揮的作用[7]。大多數(shù)學(xué)者都沒有深入分析將5G應(yīng)用于這些場(chǎng)景的可行性。筆者將在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)5G+可穿戴設(shè)備、5G+監(jiān)控設(shè)備、5G+BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

1 當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)施工存在的主要問題

1.1 安全監(jiān)管的局限性

現(xiàn)階段的施工中，由于建筑工程的龐大、施工環(huán)境的復(fù)雜以及安全監(jiān)管方式的單一，使得安全監(jiān)管比較困難。一些學(xué)者認(rèn)為安全事故的發(fā)生是由多種因素控制，其中安全的操作或狀態(tài)被認(rèn)為是導(dǎo)致安全事故的直接原因，其他因素則為間接原因?？梢娨獪p小事故的發(fā)生概率，最根本的解決方法之一就是規(guī)范施工作業(yè)人員的施工操作[8]。然而現(xiàn)階段的施工現(xiàn)場(chǎng)，一些施工作業(yè)人員不夠重視安全施工問題，如：不佩戴安全帽，不規(guī)范佩戴安全帽，高空作業(yè)時(shí)不系安全帶等行為。因此需要一些方法對(duì)他們的行為進(jìn)行監(jiān)督，以此防止安全事故的發(fā)生。但目前看來，在傳統(tǒng)的施工過程中，相關(guān)部門對(duì)施工人員的施工監(jiān)控管理無法達(dá)到一對(duì)一，且安全工作主要由人為控制即安全員的監(jiān)督，加上建筑施工作業(yè)沿著水平和垂直方向展開，使得施工場(chǎng)地范圍較大，這使安全員很難做到時(shí)刻去監(jiān)管每一個(gè)工人。此外，施工作業(yè)人員的身體狀態(tài)也是致使事故發(fā)生的原因之一。建筑施工環(huán)境的艱苦，作業(yè)的繁重，對(duì)施工人員的身體素質(zhì)提出了較高的要求，但是目前在建筑施工中對(duì)施工人員的身體生理信息的監(jiān)測(cè)措施很少，當(dāng)一些施工作業(yè)人員在高強(qiáng)度作業(yè)下出現(xiàn)身體不適，而施工管理人員又對(duì)施工作業(yè)人員的身體狀況一無所知，這就可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

1.2 建筑工程的質(zhì)量問題

1.2.1 建筑材料的質(zhì)量難把控

建筑施工質(zhì)量調(diào)控被視為建筑施工中的核心，但現(xiàn)階段無法對(duì)建筑材料的整個(gè)生產(chǎn)過程、運(yùn)輸過程、裝卸過程及質(zhì)量檢測(cè)過程進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)管。建筑材料的質(zhì)量問題就難以確保。

1.2.2 不規(guī)范操作影響工程質(zhì)量

傳統(tǒng)的施工過程，工程質(zhì)量的降低與施工人員的不規(guī)范操作緊密相關(guān)。再加上施工人員大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷某些構(gòu)件是否滿足要求，定量分析比較少，因此不能對(duì)施工質(zhì)量做出有根據(jù)的判定。而裝配式建筑的規(guī)范化操作則格外重要，在組裝與拼接過程中，會(huì)用到大量的新技術(shù)新設(shè)備，需要施工操作熟練的工人來完成整個(gè)拼裝，只有規(guī)范的操作，才可以保證各連接節(jié)點(diǎn)合格。

2 5G在建筑施工中的應(yīng)用探究

2.1 5G+可穿戴技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

5G+可穿戴技術(shù)可以在建筑施工過程中為施工人員保駕護(hù)航。已經(jīng)有研究人員對(duì)基于可穿戴技術(shù)的安全監(jiān)管報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于某地鐵工程進(jìn)行了測(cè)試，且該應(yīng)用被證實(shí)是有效的?；赪LAN的可穿戴技術(shù)對(duì)施工人員的生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括心率、血壓、體感溫度和加速度進(jìn)行檢測(cè)，再將這些數(shù)據(jù)傳入安全報(bào)警系統(tǒng)[9]。而這項(xiàng)技術(shù)之所以可行，其根本原因在于WLAN（Wireless Local Area Network）無線局域網(wǎng)，它不通過通信電纜，而是使用電磁波將網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)連接，具有很強(qiáng)的移動(dòng)性。但電磁波的傳輸會(huì)受到外物的干擾，建筑物、樹木等都可以在一定程度上阻擋它的傳播而降低網(wǎng)絡(luò)性能。并且WLAN的安全性是比較低，由于它無邊界化，信號(hào)開放，使得在應(yīng)用中安全得不到保障。而5G是屬于廣域網(wǎng)，相比于WLAN的傳播速度更快，在室內(nèi)覆蓋方面，5G也可以做到建立小基站，并且高頻段的5G比起WLAN更易被隔離，使得它有更好的系統(tǒng)共存性。就目前看來，5G蜂窩移動(dòng)通信會(huì)有很大的發(fā)展，也基本會(huì)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋。不難看出雖然WLAN現(xiàn)在應(yīng)用十分廣泛，但5G技術(shù)更優(yōu)的性能、超高的傳播速度、更高的傳播頻段，使得5G+可穿戴技術(shù)更加可靠和智慧。因此5G+可穿戴技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用可行性是較高的。只有施工人員的安全得到更加可靠的保障，建筑施工過程才可以變得更有序，建筑行業(yè)才會(huì)更快地向前發(fā)展。

就目前看來，5G+監(jiān)控設(shè)備在施工中的應(yīng)用探究是較多的。主要是因?yàn)樵谑┕み^程中無法做到一對(duì)一的監(jiān)控管理，很多潛在的危險(xiǎn)就不會(huì)出現(xiàn)在視野之中。因此通過多個(gè)方位安裝攝像頭，會(huì)更有效的避免視野盲區(qū)的出現(xiàn)。同時(shí)5G邊緣化計(jì)算可以使得視頻監(jiān)控更加高清。相較4G無線監(jiān)控，基于5G移動(dòng)邊緣化計(jì)算可以解決網(wǎng)絡(luò)部署復(fù)雜的問題[10]。5G+MEC同其他技術(shù)一起，對(duì)施工安全隱患排查和整改的全流程進(jìn)行閉環(huán)管理，能有效降低安全事故的發(fā)生。同時(shí)也驗(yàn)證了 5G 網(wǎng)絡(luò)、邊緣云的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力與智慧工地場(chǎng)景的適配性，最后取得了較好的效果[11]。在疫情防控期間，網(wǎng)友通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在線監(jiān)督工程進(jìn)度，這得益于5G技術(shù)的發(fā)展。由此可見，在智慧工地的發(fā)展中，5G+監(jiān)控設(shè)施將在施工階段發(fā)揮重要的作用，助力于施工管理的智慧化與標(biāo)準(zhǔn)化。

2.3 5G+BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用

5G+BIM是依靠5G低延時(shí)，高速度來實(shí)現(xiàn)。相較傳統(tǒng)的施工，應(yīng)用BIM的裝配式建筑在施工過程中可以提高建筑質(zhì)量，工業(yè)化生產(chǎn)的構(gòu)件只需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝即可，而5G可以讓構(gòu)件的制作朝著更加精準(zhǔn)的方向發(fā)展。此外，通過BIM可以給每個(gè)構(gòu)件一個(gè)身份信息，這些信息包括構(gòu)件的尺寸大小，材質(zhì)等[12-13]，因此可實(shí)現(xiàn)建筑材料可追溯[14]。這個(gè)可追溯的平臺(tái)，使得建筑材料從制作到被應(yīng)用的整個(gè)過程公開透明?；?G+BIM技術(shù)的建筑材料可追溯平臺(tái)的詳細(xì)搭建過程為：先利用BIM建立一個(gè)信息庫(kù)，這個(gè)信息庫(kù)可以儲(chǔ)存建筑材料的相關(guān)信息，再將此共享信息庫(kù)上傳至云端，相關(guān)部門可隨時(shí)登錄查看建筑材料信息。此平臺(tái)的搭建就主要利用了5G高速度的特點(diǎn)，5G千兆級(jí)別的云端讀取文件速度，讓從前的緩慢加載變得更加流暢，彌補(bǔ)了BIM由于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存過多而加載緩慢的不足，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑材料的時(shí)時(shí)監(jiān)管。

BIM的優(yōu)勢(shì)之一是可視化，即將二維平面轉(zhuǎn)換為三維空間，讓相關(guān)的從業(yè)人員通過施工模擬可以親眼看到整個(gè)施工過程的相關(guān)情況。4G網(wǎng)絡(luò)存在較大的網(wǎng)絡(luò)延遲，而 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將延遲減少了48/50～49/50，因此可以使整個(gè)施工模擬過程變得更加高效，這樣有助于施工過程中問題的及早發(fā)現(xiàn)和及時(shí)處理。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員可以通過RFID技術(shù)、BIM與LiDAR集成技術(shù)、BIM與AR集成技術(shù)分別采集原材料信息、建筑結(jié)構(gòu)位移信息以及施工現(xiàn)場(chǎng)操作信息。利用5G的低延時(shí)、高速率、萬物互聯(lián)的特點(diǎn)，讓這一過程更加高效快捷，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑施工過程中建筑材料質(zhì)量、構(gòu)件強(qiáng)度、現(xiàn)場(chǎng)操作的管控。

3 結(jié)論

基于對(duì)施工階段所存在問題的研究，筆者結(jié)合5G特點(diǎn)，以前輩研究成果為基礎(chǔ)，提出解決這些問題的方法。5G技術(shù)在解決建筑施工中的問題發(fā)揮著重要的作用，增加了安全監(jiān)管的方式，讓建筑施工質(zhì)量變得可控，但5G在建筑施工中的應(yīng)用實(shí)踐還需要依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步使這些應(yīng)用在未來變得更加成熟，因此對(duì)現(xiàn)階段5G在施工中的應(yīng)用提出以下展望：

（1）針對(duì)用于室內(nèi)覆蓋的5G+可穿戴設(shè)備：5G的毫米波頻段能滿足無線通信中對(duì)系統(tǒng)容量以及傳輸速率的要求，但同時(shí)也讓衰減性變大，這使得室外宏站覆蓋室內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，所以需要依靠小基站來加強(qiáng)信號(hào)，但會(huì)加大經(jīng)濟(jì)的投入，這就需要毫米波光載射頻來改變現(xiàn)狀，然而這項(xiàng)技術(shù)目前正處于研究之中。除了繼續(xù)探究5G技術(shù)以外，還可以考慮將小基站的利用率最大化，讓它的使用貫穿整個(gè)建筑物的生命。

（2）5G+視頻監(jiān)控存在著安全問題。目前，我國(guó)在視頻監(jiān)控密碼方面還處于探索狀態(tài)，相關(guān)的研究也比較少。所以怎樣解決視頻監(jiān)控安全的問題是擺在我們面前的難題。

（3）對(duì)于5G+BIM，在現(xiàn)階段BIM未制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并且數(shù)據(jù)共享還未做到真正的實(shí)現(xiàn)[15]。如果想要5G更好的應(yīng)用于施工階段，我們還需要解決許多科學(xué)技術(shù)問題。

相信在不久的將來5G會(huì)對(duì)建筑施工產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響，推動(dòng)建筑施工的智能化，提高施工的安全性，維持施工過程的有序性。

參考文獻(xiàn)

[1] 霍丹陽，白雪濤.5G未來在智慧建筑中的應(yīng)用[J].智能建筑電氣技術(shù)，2020，14（1）：41-43.

[2] 尚超.5G技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（29）：86-87.

[3] 朱爭(zhēng)光，張童，李娜.5G背景下BIM技術(shù)在建筑抗震減災(zāi)中的應(yīng)用[J].陶瓷，2020（12）：98-99+149.

[4] 楊濤，于洋，馬廣生.基于BIM·5G技術(shù)+的建筑工地主材進(jìn)場(chǎng)稱重管理系統(tǒng)應(yīng)用[J].安徽建筑，2021，28（2）：93+99.

[5] 牛云，李娜.5G時(shí)代BIM發(fā)展研究[J].中國(guó)市場(chǎng)，2020（2）：189+196.

[6] 羅振宇，黃建娟，王馨悅，等.5G通信技術(shù)對(duì)施工建造領(lǐng)域管理信息系統(tǒng)的影響探討[J].信息通信，2020（3）：234+236.

[7] 向宇偉，陳新剛，謝永濤，等.5G技術(shù)在智慧工地應(yīng)用探討[J].中國(guó)建設(shè)信息化，2020（15）：64-65.

[8] 李杰，陳偉炯.海因里希安全理論的學(xué)術(shù)影響分析[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，27（9）：1-7.

[9] 李蒙，龔雨潔，余宏亮，等.地鐵施工人員安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用——基于可穿戴技術(shù)[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2018，39（7）：37-41.

[10] 王卿，肖光華.5G移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)在建筑施工管理中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2020，27（9）：66-67.

[11] 魏鴻斌，陳浩源.基于5G+MEC的智慧工地研究測(cè)試[J].數(shù)據(jù)通信，2020（6）：1-4.

[12] 馮明超.基于BIM和WSN技術(shù)的施工安全預(yù)警研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2019.

[13] 祁昕. 基于BIM的新型低層裝配式住宅應(yīng)用研究[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2019.

[14] 劉玉茂.5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時(shí)代建設(shè)工程項(xiàng)目信息管理領(lǐng)域的發(fā)展前景[J].城市住宅，2020，27（6）：118-120.

[15] 鄭一梅. BIM在裝配式建筑信息化管理中的應(yīng)用研究[D].湘潭：湖南科技大學(xué)，2017.

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