基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工地構(gòu)建分析

李云濤，楊海成，梁四幺

（核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊 050000）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)與傳感器將建筑工程內(nèi)的事物銜接為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)建筑工地的一體化、智慧化管理，使建筑施工更為規(guī)范可控，繼而完成智慧工地的構(gòu)建。智慧工地的實(shí)現(xiàn)離不開各類傳感裝置及互聯(lián)網(wǎng)，管理人員可通過傳感器數(shù)據(jù)了解建筑工程施工狀況，在建筑工地內(nèi)搭建全面化管理體系，繼而實(shí)現(xiàn)全方位管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧工地建設(shè)中的應(yīng)用方向

1.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)名管理

依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可在建筑工地內(nèi)進(jìn)行智能門禁管理，對(duì)建筑施工相關(guān)承包商、供應(yīng)商展開控制，避免無關(guān)人員與車輛進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，排除一切不穩(wěn)定因素。人作為建筑工程施工期間最關(guān)鍵、最復(fù)雜的管理因素，可通過智能門禁管理使對(duì)施工人員的實(shí)名制管理，將施工人員姓名、性別、年齡、照片、崗位/工種、職務(wù)、工號(hào)、聯(lián)系方式及車輛所屬單位、車牌號(hào)輸入到智能門禁系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)車輛與員工進(jìn)場(chǎng)時(shí)，在物聯(lián)網(wǎng)RFID射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用下即可完成實(shí)名登記，同時(shí)還可按月、季、年為單位輸出實(shí)名管理報(bào)表，詳細(xì)記錄智慧工地在特定時(shí)間段內(nèi)的員工數(shù)量、員工工時(shí)與出勤、車輛類型、所屬單位等數(shù)據(jù)信息，采用柱狀圖、餅狀圖的方式輸出數(shù)據(jù)，以此規(guī)范建筑工地人員與車輛的出入管理。

1.2 全景視頻監(jiān)控

為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑工程中的全面滲透，構(gòu)建全面化的智慧工地，應(yīng)搭建視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)工地周界、施工區(qū)、現(xiàn)場(chǎng)道路等關(guān)鍵位置安裝高清實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦建筑工地內(nèi)發(fā)生緊急事件，可通過視頻監(jiān)控了解緊急事件細(xì)節(jié)，繼而及時(shí)處理，避免問題持續(xù)惡化。三維實(shí)景模型為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧工地中的主要應(yīng)用體現(xiàn)，可與全面視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)銜接，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面監(jiān)督監(jiān)管，控制施工進(jìn)度及安全、物料，確保建筑工程規(guī)范化進(jìn)行。在實(shí)際建筑工程中，可將鷹眼全景攝像機(jī)布設(shè)在施工現(xiàn)場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控全覆蓋，以此為基礎(chǔ)形成鳥瞰圖，以此幫助管理人員掌握建筑工地整體態(tài)勢(shì)。全景視頻監(jiān)控為智慧工地建設(shè)的主要內(nèi)容，可用以準(zhǔn)確表現(xiàn)建筑工地實(shí)際生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)建筑工地全局回溯、細(xì)節(jié)盯控、信息增強(qiáng)、全景監(jiān)看，在球機(jī)、槍機(jī)聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)應(yīng)用下實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景目標(biāo)鎖定與自主追蹤，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理。全景視頻監(jiān)控可巡航工地路徑，顯示工地現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域的關(guān)聯(lián)，并對(duì)安全帽未佩戴等情況進(jìn)行抓拍，在技術(shù)幫助下加強(qiáng)建筑工地管控效果。在實(shí)際管理期間，可借助算法對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，借助離查標(biāo)準(zhǔn)化方式計(jì)算數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值，計(jì)算方式如下：

式中，X為當(dāng)前數(shù)據(jù)；min為數(shù)據(jù)最小值；max為數(shù)據(jù)最大值，借助式（1）可消除數(shù)據(jù)變量差異，使所得數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

1.3 搭建現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)

（1）強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全。為實(shí)現(xiàn)智慧工地全方位管控，應(yīng)搭建現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)，對(duì)各類智能系統(tǒng)及北斗定位基站進(jìn)行組網(wǎng)通訊，通過搭建“無線傳輸+光纖環(huán)網(wǎng)”模式的方式，在建筑工地內(nèi)建立局域網(wǎng)，以此確保數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)無縫漫游，為建筑工程順利施工奠定基礎(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)為智慧工地物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深入應(yīng)用的結(jié)果，為確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可切實(shí)發(fā)揮出其原有作用，應(yīng)注意強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全，做好安全設(shè)計(jì)，嚴(yán)格部署網(wǎng)絡(luò)防火墻，根據(jù)建筑工地區(qū)域劃分情況進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全域劃分，展開針對(duì)性安全防護(hù)。

（2）北斗定位傳輸。智慧工地分為廣域網(wǎng)傳輸、LTE網(wǎng)絡(luò)傳輸兩部分，其中廣域網(wǎng)傳輸依托于“L2TP VPN+廣域網(wǎng)”方式完成數(shù)據(jù)封裝，進(jìn)一步應(yīng)用IPSEC、CHAP加密手段提升數(shù)據(jù)安全性，而LTE網(wǎng)絡(luò)傳輸可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)雙向鑒權(quán)，主要運(yùn)用隧道技術(shù)完成數(shù)據(jù)保密。物聯(lián)網(wǎng)在智慧工地中的關(guān)鍵功能之一則為人員、車輛定位，而該功能的實(shí)現(xiàn)主要取決于物聯(lián)網(wǎng)與北斗系統(tǒng)，而上述所提到的廣域網(wǎng)傳輸、LTE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式具有較強(qiáng)安全性，可對(duì)北斗定位數(shù)據(jù)進(jìn)行保密，因此在智慧工地構(gòu)建期間，可運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)傳輸最大化提升北斗定位數(shù)據(jù)的安全性，避免數(shù)據(jù)在傳輸期間出現(xiàn)數(shù)據(jù)外泄的情況。

（3）內(nèi)外網(wǎng)隔離?，F(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)的構(gòu)建可在確保專網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全的基礎(chǔ)上完成內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)的高效傳播，借助局域網(wǎng)完成內(nèi)外網(wǎng)隔離，使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)更為穩(wěn)定有序。圖1為智慧工地局域網(wǎng)內(nèi)外網(wǎng)隔離方案，通過數(shù)據(jù)接口完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換傳輸，在廣域網(wǎng)專線支持下構(gòu)建智慧工地專用防火墻，隔絕IP地址，以此完成互聯(lián)網(wǎng)與智慧工地?cái)?shù)據(jù)間的有效隔離，同時(shí)，應(yīng)用單向網(wǎng)閘完成數(shù)據(jù)到內(nèi)網(wǎng)邊界的傳輸，經(jīng)內(nèi)部路由器傳輸后接入智慧工地服務(wù)器，在保障數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全完整輸入。

圖1 智慧工地局域網(wǎng)內(nèi)外網(wǎng)隔離方案

2 智慧工地在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)例分析

2.1 工程概況

某建筑工程總面積約29.8萬(wàn)平方米，其中地上面積為20.5萬(wàn)平方米，主要為辦公樓、居民樓、公共設(shè)施建筑，地下建筑面積為9.3萬(wàn)平方米，主要建設(shè)庫(kù)房、地下車庫(kù)、儲(chǔ)藏室、設(shè)備間等。該工程項(xiàng)目組意識(shí)到了前沿技術(shù)對(duì)建筑領(lǐng)域的影響，在本次建筑施工期間，借助物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建智慧工地，以此強(qiáng)化建筑施工現(xiàn)場(chǎng)管理效果。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)智慧工地建設(shè)情況

（1）審批信息化。該建筑工程項(xiàng)目將智慧工地落實(shí)到各個(gè)方面，在實(shí)際施工期間，為補(bǔ)充物聯(lián)網(wǎng)智慧工地管理方式，各項(xiàng)文件均采用線上傳方式進(jìn)行傳遞，縮短文件審批間隔，在文件傳輸與審批期間做好信息留痕，以此實(shí)現(xiàn)審批信息化，并在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化不同部門間的業(yè)務(wù)表單管理，搭建工程項(xiàng)目業(yè)務(wù)審批平臺(tái)，繼而強(qiáng)化建筑工程文件審批的管理。審批信息化不局限在智慧工地管理系統(tǒng)內(nèi)，工程項(xiàng)目管理人員可通過企業(yè)微信處理文件并審批，將處理、審批完成的文件上傳至智慧工地管理系統(tǒng)，下屬員工現(xiàn)場(chǎng)查詢，并開展工作，極大提高文件審批效率，并可在智慧工地管理系統(tǒng)應(yīng)用下完成業(yè)務(wù)流程動(dòng)態(tài)跟蹤審批。

（2）質(zhì)量管控。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可增強(qiáng)建筑工地智能化水平，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)搭建智慧工地質(zhì)量問題庫(kù)，并分級(jí)管控，為建筑工程質(zhì)量控制工作奠定基礎(chǔ)。

（3）物料驗(yàn)收。傳統(tǒng)化物料驗(yàn)收主要采用人為記錄、地磅稱重的方式進(jìn)行，易出現(xiàn)人為失誤，不利于工程項(xiàng)目建設(shè)。在案例工程中，借助物聯(lián)網(wǎng)展開物料驗(yàn)收管理，使物料驗(yàn)收過程更為高效智能。驗(yàn)收物料時(shí)，完成拍照取證與地磅稱重后，將傳輸至智慧工地服務(wù)器，系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)接收后出具驗(yàn)收表單，驗(yàn)收人員將表單打印并簽字確認(rèn)后即可完成物料驗(yàn)收工作。

（4）揚(yáng)塵噪聲監(jiān)測(cè)。建筑施工期間易造成粉塵污染，為降低建筑工程對(duì)環(huán)境的破壞，案例工程依托于智慧工地物聯(lián)網(wǎng)搭建了揚(yáng)塵噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，輔以噴淋控制系統(tǒng)，在施工期間，將自動(dòng)化監(jiān)測(cè)PM10、PM2.5、有毒有害氣體及噪聲，若發(fā)現(xiàn)工地范圍內(nèi)揚(yáng)塵超標(biāo)，則會(huì)自動(dòng)觸發(fā)噴淋控制系統(tǒng)，通過霧化噴淋方式進(jìn)行降塵，若檢測(cè)到噪聲超出標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)發(fā)揮預(yù)警，提醒管理人員加以調(diào)控。

（5）機(jī)械動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。機(jī)械動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要是對(duì)施工設(shè)備的監(jiān)測(cè)，尤其是升降機(jī)、塔機(jī)等機(jī)械設(shè)備，將振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等植入機(jī)械設(shè)備內(nèi)，若設(shè)備運(yùn)行參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)，或設(shè)備操作人員操作不當(dāng)，則會(huì)通過智慧工地管理系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警，提醒技術(shù)人員技術(shù)查看，避免設(shè)備故障引發(fā)安全事故。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑工地中的運(yùn)用應(yīng)從強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全、全景視頻監(jiān)控、搭建現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)3個(gè)方面進(jìn)行，加強(qiáng)對(duì)建筑工地現(xiàn)場(chǎng)的管控。在某建筑工程中，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智慧工地管理體系，從審批信息化、質(zhì)量管控、物料驗(yàn)收、遠(yuǎn)程監(jiān)控、揚(yáng)塵噪聲監(jiān)測(cè)、機(jī)械動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面入手，極大提升了工程管理效果。