面向智能工地的移動(dòng)折展指揮調(diào)度室設(shè)計(jì)研究

李彥錦 彭 瑜，2 覃文波 周 誠(chéng)

(1.華中科技大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，武漢 430074； 2.中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200120)

引言

近年來(lái)，建筑業(yè)向集成管理和智能建造方向發(fā)展的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。為適應(yīng)未來(lái)要素資源數(shù)字化、建模規(guī)范化、交互網(wǎng)絡(luò)化、認(rèn)知可視化，決策智能化[1]的發(fā)展趨勢(shì)，施工過(guò)程和建造設(shè)備將會(huì)不斷地更新?lián)Q代。在這樣的背景下，指揮調(diào)度室也需要更加專業(yè)化、智能化的工作環(huán)境，需要能夠適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)多變的環(huán)境。

目前，已經(jīng)有許多關(guān)于在復(fù)雜環(huán)境下搭建臨時(shí)設(shè)施的探索和實(shí)踐。這些內(nèi)容按照研究側(cè)重點(diǎn)的不同可以分為硬件載體的開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)功能的研究?jī)蓚€(gè)方面。上述臨時(shí)設(shè)施的載體一般應(yīng)具備靈活機(jī)動(dòng)、節(jié)省成本的特點(diǎn)。早在2015年，北京崔氏德門科貿(mào)有限公司[2]就開(kāi)發(fā)出了一種可以大量運(yùn)輸、快速布置的折疊房屋。該房屋折疊后形似板材，與活動(dòng)板房方案相比之下，其運(yùn)輸成本和存儲(chǔ)成本都減少為原本的1/2左右； 隨后，徐嘉誠(chéng)[3]等在自己的研究中明確了折疊房屋的有關(guān)定義，指出了折疊房屋用金屬液壓伸縮的方式代替固定承重結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)和存儲(chǔ)體積的最小化來(lái)節(jié)省成本和提高機(jī)動(dòng)性； 而為了實(shí)現(xiàn)靈活部署的目的，馬馨等[4]則基于現(xiàn)有廂型車進(jìn)行了移動(dòng)通信平臺(tái)的改裝設(shè)計(jì)，拓展了通信指揮平臺(tái)的機(jī)動(dòng)性； 在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方面，許多學(xué)者也對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景下的功能體系進(jìn)行了設(shè)計(jì)，他們的設(shè)計(jì)思路可以為本文的設(shè)計(jì)提供一定的參考； 夏江濤等[5]以突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)處置為背景，將其功能具體闡述為平臺(tái)架構(gòu)、系統(tǒng)組網(wǎng)、終端會(huì)議和網(wǎng)絡(luò)安全驗(yàn)證四個(gè)方面，通過(guò)這套功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的及時(shí)協(xié)商與智能決策； 李鐘等[6]在對(duì)滅火救援指揮調(diào)度的研究中，就受理警情、組織響應(yīng)、輔助決策和實(shí)時(shí)監(jiān)控四個(gè)方面設(shè)計(jì)功能，分別涵蓋不同的主體，形成了一種全面的體系。參照上述的兩種思路，智能工地指揮調(diào)度室的功能和設(shè)備也必須要形成完整的體系，使得指揮調(diào)度室可以將工地管理工作全面涵蓋。

對(duì)于智能工地這樣一個(gè)工種多、現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜、環(huán)境多變[7]的應(yīng)用場(chǎng)景，現(xiàn)有資料對(duì)其指揮調(diào)度方面的研究十分有限。因此，本文設(shè)計(jì)了一種面向智能工地的移動(dòng)折展指揮調(diào)度室。該指揮調(diào)度室在可快速部署的載體上搭設(shè)基于工程物聯(lián)網(wǎng)的各項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)，具有完善的使用功能，以集成的方式有效地提高現(xiàn)場(chǎng)指揮工作的效率，對(duì)智能工地上的指揮工作提供了一定的參考意義。

1 面向智能工地的指揮調(diào)度室設(shè)計(jì)方法

1.1 指揮調(diào)度工作的要求

在智能建造的背景下，未來(lái)建筑施工過(guò)程主要面向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展[8]。從數(shù)字化來(lái)看，智能工地應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所有要素和資源信息的數(shù)字化； 從網(wǎng)絡(luò)化來(lái)看，即在獲取數(shù)字信息的基礎(chǔ)上，智慧工地要能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與實(shí)時(shí)更新，通過(guò)建模和交互來(lái)提高整個(gè)工地的一體化集成程度； 從智能化來(lái)看，則意味著與傳統(tǒng)的工地相比，智能工地需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中繁雜的信息加以分析，同時(shí)也要完成交互和高性能計(jì)算的工作。這是一個(gè)將智能設(shè)備終端、信息集成管理系統(tǒng)與管理者管理方案進(jìn)行有機(jī)融合的整套體系。

指揮調(diào)度室的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以滿足上述智能工地的需求為準(zhǔn)，同時(shí)也要適應(yīng)整個(gè)工地上人員數(shù)量多、工種多、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境易變以及所涉因素關(guān)系的復(fù)雜性等特點(diǎn)。因此，指揮調(diào)度室需滿足以下要求：

(1)能夠靈活應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的現(xiàn)場(chǎng)條件，保證良好的指揮調(diào)度環(huán)境。從這點(diǎn)出發(fā)，就需要對(duì)現(xiàn)有的指揮調(diào)度室結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良；

(2)能夠形成順暢的作業(yè)流程，處理不利的影響因素，保證指揮調(diào)度高效運(yùn)轉(zhuǎn)。從這點(diǎn)出發(fā)，就需要形成一套完整流暢的工作體系，搭載充足的能夠支持這套體系工作的先進(jìn)設(shè)備；

(3)能夠適應(yīng)智能工地的應(yīng)用場(chǎng)景及其發(fā)展趨勢(shì)，適應(yīng)工地多工種的工作環(huán)境，從這點(diǎn)出發(fā)，就要具備全面的功能，做到不同場(chǎng)景、不同需求與不同主體所對(duì)應(yīng)功能的全面覆蓋。

以靈活的可移動(dòng)的折展艙為載體，通過(guò)各類傳感和智能設(shè)備進(jìn)行信息收集并與系統(tǒng)交互，搭載具有相當(dāng)計(jì)算能力的分析系統(tǒng)和一定集成化水平的信息管理系統(tǒng)輔助決策，這樣的方案能夠更加適應(yīng)智能工地的工作環(huán)境，為指揮調(diào)度工作提供巨大的幫助。

1.2 指揮調(diào)度室設(shè)計(jì)原則

移動(dòng)折展指揮調(diào)度室的設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 指揮調(diào)度室設(shè)計(jì)原則與要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)內(nèi)容和滿足需求的不同，分成移動(dòng)折展機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)、指揮調(diào)度室系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)三個(gè)部分。

1.2.1 移動(dòng)折展機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

移動(dòng)折展機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)目的主要在于控制施工成本、擴(kuò)大工作空間、簡(jiǎn)化并加快前期準(zhǔn)備工作。

按照思路，移動(dòng)指揮調(diào)度室的設(shè)計(jì)原則就在于“可移動(dòng)、可折疊、可快速部署”。將指揮調(diào)度室搭載在移動(dòng)平臺(tái)上，使其可以靈活移動(dòng)； 添加折展機(jī)構(gòu)則解決了工作與移動(dòng)兩者之間的矛盾； 內(nèi)部設(shè)備隨著展開(kāi)工作而布置就位。這樣的指揮調(diào)度室就可以在工地的應(yīng)用場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)快速部署、節(jié)省成本。

1.2.2 設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

設(shè)備與室內(nèi)布置則主要基于各種智能設(shè)備和指揮調(diào)度工作流程，對(duì)調(diào)度室內(nèi)需要具備的功能分區(qū)和布置情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足其高效順暢地開(kāi)展工作的要求。

按照思路，移動(dòng)指揮調(diào)度室的設(shè)計(jì)原則就在于“可控制、可感知、可靈活布置”。指揮調(diào)度室要處理現(xiàn)場(chǎng)收集傳輸來(lái)的各類數(shù)據(jù)和信息，并輸出指令。設(shè)計(jì)一種分區(qū)合理且內(nèi)含多種設(shè)備的指揮調(diào)度室，可以確保指揮調(diào)度工作在指揮調(diào)度室內(nèi)高效完成，達(dá)到按工程需求去服務(wù)的目的。

1.2.3 系統(tǒng)與功能設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)和功能體系的設(shè)計(jì)，則是主要基于工程物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)調(diào)度室內(nèi)所需要搭載的配套系統(tǒng)進(jìn)行組合，構(gòu)建其完整功能，以期形成多個(gè)子系統(tǒng)綜合支持決策調(diào)度的高效工作方法。

目前的指揮調(diào)度工作，大多是依據(jù)分散的系統(tǒng)各司其職，在功能方面并未進(jìn)行集成和整合，容易導(dǎo)致不同的管控目標(biāo)之間產(chǎn)生沖突，也存在對(duì)工程不能全過(guò)程全要素覆蓋的情況。構(gòu)建“一張圖、一塊屏、一張網(wǎng)”的服務(wù)功能體系，可以有效地減少不同功能之間的沖突和數(shù)據(jù)的冗余，實(shí)現(xiàn)多個(gè)維度相互影響與協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)工地價(jià)值最大化。

2 移動(dòng)折展機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 可移動(dòng)指揮室

工地上常見(jiàn)的可以充當(dāng)房屋設(shè)施的單元就是集裝箱。以集裝箱為活動(dòng)房的概念已經(jīng)不是首次提出，在之前的研究中就已經(jīng)有研究人員對(duì)集裝箱式活動(dòng)房的使用情況和監(jiān)管措施進(jìn)行了研究[9]。在新冠病毒肆虐武漢之時(shí)，以集裝箱為基礎(chǔ)的模塊化復(fù)合建筑也為疫情防控貢獻(xiàn)了巨大的力量[10]。將集裝箱作為指揮調(diào)度室本身，再為其添加移動(dòng)所必須的移動(dòng)平臺(tái)，例如將其設(shè)置在拖車底盤上，或是直接設(shè)置在較大的廂型車、小型貨車后進(jìn)行牽引，就可以避免重復(fù)搭建重復(fù)拆除。有工作需要時(shí)駛?cè)氍F(xiàn)場(chǎng)，工作完成后駛離現(xiàn)場(chǎng)，以這樣的方式節(jié)省時(shí)間、控制成本，其示意圖如圖2所示。

圖2 建立在拖車底盤上的移動(dòng)折展集裝箱示意

2.2 折展機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

空間折展機(jī)構(gòu)是一種具有展開(kāi)和折疊功能并在展開(kāi)后能夠滿足使用者使用需求的一類裝備，此類裝備通常應(yīng)用于解決有限的運(yùn)載空間與較大的使用空間之間的矛盾[11]。

在施工調(diào)度室中使用的折展機(jī)構(gòu)其主要目的是在于擴(kuò)展使用空間、方便運(yùn)輸。因此，采用一種可以在一維方向拓展空間的折展方式即可。

選定折展形式主要為伸展臂展開(kāi)后，以此折展機(jī)構(gòu)為基準(zhǔn)，按照其伸展特性將指揮調(diào)度室設(shè)計(jì)為矩形的長(zhǎng)邊側(cè)墻打開(kāi)，因?yàn)檫@樣的方式可以在伸縮同樣寬度的前提下擴(kuò)展更大的使用空間，如圖3所示。

圖3 不同展開(kāi)方案的拓展面積對(duì)比

按照指揮調(diào)度的工作需求，擴(kuò)展面積部分不僅需要側(cè)墻，也需要地板和屋頂。因此，將整個(gè)折展過(guò)程劃分為三部分：第一部分為副屋頂，第二部分為平移側(cè)墻和地板，第三部分為旋轉(zhuǎn)打開(kāi)的側(cè)墻，其打開(kāi)步驟如圖4所示。

圖4 移動(dòng)折展機(jī)構(gòu)的打開(kāi)過(guò)程

圖4中從左至右依次為a.移動(dòng)就位后副頂板打開(kāi)； b.邊板和地板伸展； c.側(cè)墻旋轉(zhuǎn)打開(kāi)。

對(duì)于其中支持折展的三處機(jī)構(gòu)和動(dòng)力來(lái)源，副屋面采用的是鉸接的連桿，使用電機(jī)傳動(dòng)提供旋轉(zhuǎn)扭力，旋轉(zhuǎn)側(cè)墻與副屋面大體類似； 對(duì)于平移側(cè)墻和地板這部分機(jī)構(gòu)，考慮到墻和地板連接復(fù)雜且地板還要起到承重作用，因而需要選用更加穩(wěn)定復(fù)雜的伸縮機(jī)構(gòu)。

對(duì)于有額外需求的平移側(cè)墻和地板活動(dòng)機(jī)構(gòu)，表1列出了兩種選型時(shí)在ADAMS軟件中模擬的兩種空間折展機(jī)構(gòu)及折疊比[12]等計(jì)算參數(shù)，對(duì)應(yīng)的示意圖如圖5所示。

表1 候選折展機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)比

圖5 不同折展機(jī)構(gòu)的形式示意圖(從上至下依次為A/B)

最終，確定并應(yīng)用在移動(dòng)折展指揮調(diào)度室上的三組折展機(jī)構(gòu)情況如圖6所示。

圖6 三處折展機(jī)構(gòu)的連接方式示意

3 指揮調(diào)度室設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備系統(tǒng)體系架構(gòu)

在智能工地的應(yīng)用場(chǎng)景下，本文構(gòu)建了工程物聯(lián)網(wǎng)，工程物聯(lián)網(wǎng)有全要素感知、信息數(shù)據(jù)傳輸、分析輔助計(jì)算、智能決策控制四個(gè)層次。指揮調(diào)度室主要職能的實(shí)現(xiàn)就是與工程物聯(lián)網(wǎng)的各層次對(duì)接。因此，指揮調(diào)度室的設(shè)備系統(tǒng)也可以分為全要素感知、信息數(shù)據(jù)傳輸、分析輔助計(jì)算及智能決策控制四個(gè)層面，圖7為指揮調(diào)度室設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)架：

圖7 指揮調(diào)度室設(shè)備系統(tǒng)體系構(gòu)架

(1)全面感知

在感知層面，主要目的是獲取工程數(shù)據(jù)。指揮調(diào)度室在這一方面主要采用傳感技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)及非接觸式檢測(cè)等技術(shù)，將相關(guān)設(shè)備如傳感器、高清攝像頭、雷達(dá)等搭載在指揮調(diào)度室外圍、無(wú)人機(jī)、機(jī)器狗以及穿戴設(shè)備上，以完成對(duì)整個(gè)工地信息的感知收集。

(2)網(wǎng)絡(luò)通信

在傳輸層面，指揮調(diào)度室需要適應(yīng)移動(dòng)折展指揮調(diào)度室的靈活機(jī)動(dòng)需求，同時(shí)要優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸手段。因此，構(gòu)建一種有線傳輸技術(shù)與無(wú)線傳輸配合工作的傳輸系統(tǒng)，可以將無(wú)線傳輸?shù)撵`活機(jī)動(dòng)與有線傳輸?shù)姆€(wěn)定高速有機(jī)結(jié)合起來(lái)。隨著新型傳輸技術(shù)的發(fā)展，也可以選擇5G移動(dòng)通信，形成速度快、延遲低、規(guī)模大的傳輸網(wǎng)絡(luò)[13]。

(3)分析處理

在分析層方面，指揮調(diào)度的工作內(nèi)容要求對(duì)回傳數(shù)據(jù)所包含的信息進(jìn)行深度挖掘。指揮調(diào)度室內(nèi)引入云計(jì)算、邊緣計(jì)算等處理手段，從繁雜的數(shù)據(jù)中提取清晰可用、有指導(dǎo)意義的信息。

(4)決策控制

在決策層方面，針對(duì)工程上多變量多目標(biāo)的決策問(wèn)題，指揮調(diào)度室搭載模擬人工智能的智能控制系統(tǒng)，通過(guò)微型化的控制設(shè)施實(shí)現(xiàn)場(chǎng)上智能、自治協(xié)同控制的模式，從而達(dá)到自主決策或輔助決策的目的。

3.2 指揮調(diào)度室系統(tǒng)設(shè)備選型設(shè)計(jì)

指揮調(diào)度室系統(tǒng)設(shè)備選型設(shè)計(jì)分為以下四個(gè)層面：

(1)在感知層面，主要目的是獲取現(xiàn)場(chǎng)的各類數(shù)據(jù)，如圖像數(shù)據(jù)、物理空間數(shù)據(jù)、工作環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)的參數(shù)等。對(duì)于圖像數(shù)據(jù)，選擇使用高清攝像機(jī)進(jìn)行捕獲，將攝像機(jī)搭載在無(wú)人機(jī)上，可以支持實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地測(cè)繪和俯瞰監(jiān)控； 將攝像頭裝載在四足移動(dòng)平臺(tái)(機(jī)器狗)上可以采集場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)、采集人的動(dòng)作數(shù)據(jù)，用于支持圖像數(shù)據(jù)的處理； 溫度、風(fēng)速、噪聲等現(xiàn)場(chǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)主要由固定在各處的傳感器進(jìn)行采集； 場(chǎng)上移動(dòng)的設(shè)備和人員也可以攜帶一些微型傳感器； 其他諸如雷達(dá)檢測(cè)和射頻識(shí)別等采集技術(shù)也會(huì)用在各自的終端上。

(2)在傳輸層面，按照前面所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的要求，需要搭載有線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線與配套接口； 搭建用于無(wú)線傳輸和網(wǎng)絡(luò)共享的服務(wù)器和標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)。若要搭載傳輸能力更強(qiáng)、接入速率更快的5G網(wǎng)絡(luò)，也需要相應(yīng)的信號(hào)發(fā)生和接收器。

(3)在分析層面，進(jìn)行大數(shù)據(jù)相關(guān)的計(jì)算除了需要穩(wěn)定快速的傳輸存儲(chǔ)，也需要強(qiáng)大算力的計(jì)算機(jī)硬件。

(4)在控制層面，除了算法和數(shù)據(jù)的支持，設(shè)備也同樣重要。使用例如MEMS等微型設(shè)施，使控制系統(tǒng)便于嵌入智能化的工程設(shè)備； 使用數(shù)字大屏等輸出終端，將信息和系統(tǒng)分析結(jié)果集成并可視化呈現(xiàn)，輔助決策人員進(jìn)行決策。

綜上所述，移動(dòng)折展指揮調(diào)度室搭載的設(shè)備如表2所示。

表2 指揮調(diào)度室內(nèi)搭載設(shè)備一覽

4 指揮調(diào)度室系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

指揮調(diào)度工作需要對(duì)整個(gè)工地的全壽命期全方位進(jìn)行管理，因此，指揮調(diào)度室的功能設(shè)計(jì)也必須涵蓋工地管理的全要素。而想要在有限的指揮調(diào)度室空間和資源內(nèi)將管理工作做到全面嚴(yán)謹(jǐn)，就必須實(shí)現(xiàn)集成化、自主化和可視化。

4.1 系統(tǒng)功能體系設(shè)計(jì)

搭載在指揮調(diào)度室中的集成化管理平臺(tái)，應(yīng)該集成領(lǐng)導(dǎo)決策、實(shí)時(shí)監(jiān)控、隱患識(shí)別、安全預(yù)警、應(yīng)急救援、質(zhì)量監(jiān)管、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、物料全過(guò)程跟蹤、人員考勤和出入管理等多種功能，其功能體系如圖8所示。

圖8 指揮調(diào)度室功能體系

在上述功能體系中，各系統(tǒng)相互協(xié)作、相互配合如下所述：

領(lǐng)導(dǎo)決策系統(tǒng)含有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)等智能控制算法，輔助進(jìn)行智能化的決策，決策結(jié)果輸出至人員、設(shè)備和物料管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度指揮。領(lǐng)導(dǎo)決策系統(tǒng)的工作離不開(kāi)其它系統(tǒng)的支持。

監(jiān)控系統(tǒng)作為感知現(xiàn)場(chǎng)的一種重要手段，主要獲取圖片和錄像數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)一方面被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中存儲(chǔ)； 另一方面通過(guò)人臉識(shí)別、姿勢(shì)識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)提取信息，支持人員管理、安全預(yù)警等系統(tǒng)的工作[14]。

隱患識(shí)別系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)來(lái)源是現(xiàn)場(chǎng)回傳的傳感器數(shù)據(jù)以及圖像監(jiān)測(cè)信息,利用這些信息可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的監(jiān)測(cè)[15]。若識(shí)別出工程隱患，隱患識(shí)別系統(tǒng)則及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)決策系統(tǒng)提出警告，同時(shí)將報(bào)警記錄和原因記錄在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。

風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)主要是基于現(xiàn)場(chǎng)回傳的各項(xiàng)實(shí)時(shí)參數(shù)，對(duì)可能發(fā)生的安全事故進(jìn)行預(yù)測(cè)。與隱患識(shí)別相比，風(fēng)險(xiǎn)分析更注重那些有可能發(fā)生或也有可能不發(fā)生的損害。當(dāng)其發(fā)生的概率設(shè)定閾值時(shí)，將向領(lǐng)導(dǎo)決策系統(tǒng)發(fā)送警告。

質(zhì)量管理系統(tǒng)主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)或即將完成的建筑產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。質(zhì)量監(jiān)控并非僅進(jìn)行局部驗(yàn)收，而是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)期的追蹤監(jiān)測(cè)。其數(shù)據(jù)主要用于隱患識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)分析，也同時(shí)存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。

人員管理系統(tǒng)主要面向人員行使管理職能。工程物聯(lián)網(wǎng)使得場(chǎng)上人員的信息和狀態(tài)都能夠被實(shí)時(shí)獲取。通過(guò)人臉識(shí)別、身份認(rèn)證等手段，人員管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位、準(zhǔn)入(出)管理、出勤考核等功能。人員管理相關(guān)記錄，如出勤情況、出入記錄等也將被記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。

設(shè)備狀態(tài)系統(tǒng)主要面向機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控指揮。管理系統(tǒng)通過(guò)設(shè)備自帶的無(wú)線傳輸手段和現(xiàn)場(chǎng)的傳感設(shè)備與之相連，并由此可以獲取到設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境、狀態(tài)、位置[16]等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以為機(jī)械設(shè)備的調(diào)度、檢修等提供依據(jù)，也可以用于支持風(fēng)險(xiǎn)分析等其他工作系統(tǒng)。設(shè)備管理的數(shù)據(jù)也記錄在大數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。

物料跟蹤設(shè)備主要面向場(chǎng)內(nèi)的各類材料進(jìn)行管理。在工程物聯(lián)網(wǎng)的背景下，材料的生產(chǎn)信息、存儲(chǔ)狀況、安全質(zhì)檢狀況全都實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。系統(tǒng)經(jīng)由RFID射頻識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)存的管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料從入場(chǎng)開(kāi)始的全過(guò)程跟蹤[17]，相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

進(jìn)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)獲取的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的原定計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比，為領(lǐng)導(dǎo)決策系統(tǒng)的指揮調(diào)度工作提供宏觀的依據(jù)。

大數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)則用于存儲(chǔ)上述各系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)、操作記錄以及分析的結(jié)果。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可用于計(jì)算分析，深度挖掘其中可用的信息。

包含大數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在內(nèi)的所有系統(tǒng)互相協(xié)助，共同行使指揮調(diào)度室的智能。這是一個(gè)龐大復(fù)雜的協(xié)作體系，相應(yīng)的管理維護(hù)是不可或缺的。綜合管理系統(tǒng)起著對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)權(quán)限管理、數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控、日志記錄、定期自檢以及維護(hù)管理的功能。

指揮調(diào)度室內(nèi)搭載支持系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)硬件，安裝對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)。搭建便于訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使得上述體系能夠在指揮調(diào)度室內(nèi)方便快捷地投入使用。

4.2 系統(tǒng)功能角色設(shè)計(jì)

指揮調(diào)度工作不僅需要有多功能集成的系統(tǒng)來(lái)支持，更需要不同職位的工作人員各司其職，才能將所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功效最大化。集成系統(tǒng)可以按照不同參與主體的任務(wù)需求顯示不同的數(shù)據(jù)和頁(yè)面，以輔助場(chǎng)上工作人員各司其職。圖9展示了指揮調(diào)度不同參與主體的任務(wù)和職能。

圖9 指揮調(diào)度不同主體的任務(wù)與職能

指揮調(diào)度管理系統(tǒng)主界面內(nèi)容包括信息一覽、項(xiàng)目地圖、安全評(píng)級(jí)、留言板以及工作環(huán)境評(píng)價(jià)等信息， 如圖10所示，項(xiàng)目溝通平臺(tái)主要用于公布會(huì)議和日程安排、發(fā)布決策指令和反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題； 現(xiàn)場(chǎng)信息平臺(tái)主要進(jìn)行各類現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的上傳和收集，例如測(cè)量數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、施工日志等。

圖10 指揮調(diào)度管理系統(tǒng)主界面的一種示例

決策者在管理平臺(tái)的主界面可以進(jìn)行相關(guān)信息的查詢、可以通過(guò)溝通窗口向其他人員發(fā)送指令、對(duì)上傳至現(xiàn)場(chǎng)信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)等文件進(jìn)行檢查，對(duì)需要審核的資料進(jìn)行審批； 現(xiàn)場(chǎng)的工作人員則應(yīng)做到及時(shí)更新溝通平臺(tái)和信息平臺(tái)上的信息； 項(xiàng)目管理人員可以在溝通平臺(tái)上反饋問(wèn)題，從信息平臺(tái)上記錄的數(shù)據(jù)獲取信息； 系統(tǒng)還需要系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行定期的檢查維護(hù)與使用追蹤，并在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行提出合理的建議。

5 工程應(yīng)用

在現(xiàn)有的施工現(xiàn)場(chǎng)分別進(jìn)行了集裝箱指揮調(diào)度室的搭設(shè)和軟件系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐。

如圖11所示，即為工地上的集裝箱式智能施工指揮調(diào)度室，內(nèi)部設(shè)有4個(gè)配備計(jì)算機(jī)的工位、2臺(tái)全站儀、高清微型攝像頭、6塊數(shù)字大屏以及其他相關(guān)設(shè)備。

圖11 集裝箱式智能施工指揮調(diào)度室

在實(shí)踐過(guò)程中，指揮人員坐在屏下的工位上； 現(xiàn)場(chǎng)信息由監(jiān)控和傳感器等設(shè)備收集，回傳后錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)其運(yùn)用云計(jì)算等算法進(jìn)行信息發(fā)掘； 獲取的信息和數(shù)據(jù)形成可視化的結(jié)果集成顯示在墻側(cè)的LED屏上，如圖12所示。

圖12 指揮調(diào)度室內(nèi)顯示大屏

集裝箱指揮調(diào)度室室內(nèi)環(huán)境舒適，運(yùn)行穩(wěn)定，各控制器和傳感器等硬件設(shè)備運(yùn)行正常，平臺(tái)系統(tǒng)等軟件設(shè)施由技術(shù)人員定時(shí)維護(hù)，安全評(píng)級(jí)良好。 場(chǎng)上信息能夠清晰匯總在“工程建設(shè)一張圖”上，管理者可以根據(jù)分析得出的信息迅速準(zhǔn)確地掌控現(xiàn)場(chǎng)情況，并在計(jì)算機(jī)輔助下做出科學(xué)決策，形成了清晰的指揮調(diào)度作業(yè)形式，性能可靠。

6 總結(jié)

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是未來(lái)智慧工地的發(fā)展趨勢(shì)。為了適應(yīng)這種趨勢(shì)，提高工程項(xiàng)目的管理水平，本文設(shè)計(jì)了一種面向智能工地的移動(dòng)折展指揮調(diào)度室。指揮調(diào)度室的設(shè)計(jì)工作主要圍繞活動(dòng)機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)備、功能分析三部分來(lái)進(jìn)行：

(1)基于指揮調(diào)度室靈活移動(dòng)部署的需求，本文采用拖車或廂型車底盤完成移動(dòng)動(dòng)作，集裝箱房間設(shè)有3組折展機(jī)構(gòu)。 這樣的設(shè)計(jì)使得指揮調(diào)度室在伸展?fàn)顟B(tài)下面積約為收縮時(shí)的2倍，以兼顧靈活移動(dòng)和舒適使用的需求。

(2)基于智能工地所應(yīng)用的工程物聯(lián)網(wǎng)的4個(gè)層次，本文分別對(duì)指揮調(diào)度室內(nèi)需要搭載的設(shè)備進(jìn)行了探討和分析。感知層設(shè)備獲取數(shù)據(jù)力求全面精準(zhǔn)，傳輸層通道建設(shè)要求快速高效，分析層設(shè)備要能夠支持算法運(yùn)行，控制層設(shè)備要進(jìn)行集成與交互。按照需求配置設(shè)備及其參數(shù)，最終形成完整的設(shè)備系統(tǒng)，達(dá)到了感知控制、靈活部署的目的。

(3)基于功能體系的完整性，本文從結(jié)構(gòu)和主體兩方面對(duì)指揮調(diào)度室功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。在功能體系中，集進(jìn)度、安全、質(zhì)量、人員以及物料等管理于一體，并建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和維護(hù)系統(tǒng)。為工程中涉及的不同主體搭設(shè)信息接口與溝通渠道，形成涵蓋全要素、涉及全主體、管控全過(guò)程的功能體系。 不同功能也對(duì)應(yīng)著許多智能工地的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)相關(guān)的實(shí)踐有一定的借鑒意義。