物聯(lián)網(wǎng)智能建筑施工技術(shù)探討

王春暉 中核四達(dá)建設(shè)監(jiān)理有限公司

建筑行業(yè)是我國(guó)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中起到了巨大推動(dòng)性作用。近些年中我國(guó)城市化建設(shè)腳步提速，建筑企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)壓力也明顯增加，建筑企業(yè)為提升自身的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，在建筑市場(chǎng)內(nèi)有一片立錐之地，就應(yīng)加強(qiáng)建筑工程施工過(guò)程及質(zhì)量控制力度，一改過(guò)往粗放式管理格局，真正實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、最智能化、整體化管理，創(chuàng)造出更理想的工程效益。使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和建筑施工現(xiàn)場(chǎng)管理相結(jié)合，能及時(shí)處理各種實(shí)際問(wèn)題，最大限度地提升現(xiàn)場(chǎng)管理水平[1]。

一、概念分析

（一）物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是以電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)科技為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，技術(shù)核心是以電子芯片為支撐把實(shí)物體接進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，進(jìn)而打造出物物相互關(guān)聯(lián)的大格局。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，互聯(lián)網(wǎng)中也可以利用平板電腦或手機(jī)向一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)跨越。在這個(gè)過(guò)程中，需要把計(jì)算機(jī)和電子芯片規(guī)范化的接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有關(guān)操作調(diào)控。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)把不同物體接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中心，促進(jìn)數(shù)據(jù)信息的有效交互進(jìn)程，及時(shí)整合有關(guān)信息，達(dá)到真正意義上的智能化操作。從這個(gè)角度上分析，網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)有十分廣闊的應(yīng)用前景。

（二）物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑

新時(shí)期下，我國(guó)智能建筑內(nèi)設(shè)置了30多個(gè)子系統(tǒng)，以安防設(shè)備監(jiān)測(cè)、智能家居控制、智能機(jī)器人等，并且在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上已建設(shè)出十分完善的融合子體系，其也是互聯(lián)網(wǎng)科技下智能化建筑的重要構(gòu)成，進(jìn)而更有效的滿足廣大建筑業(yè)務(wù)及物業(yè)的多樣化應(yīng)用需求[2]。在高端科技的引領(lǐng)下，系統(tǒng)的使用功能呈現(xiàn)出持續(xù)拓展趨勢(shì)，其潛移默化地影響著智能建筑的發(fā)展進(jìn)程。盡管一些技術(shù)持續(xù)更新，但嚴(yán)格上將其并不是真正意義上的智能建筑。后期我們要持續(xù)探究物聯(lián)網(wǎng)和智能建筑領(lǐng)域有效融合的途徑，需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題是整個(gè)體系為是動(dòng)態(tài)的還是靜態(tài)的，為達(dá)成以上目標(biāo)，要積極思考有效結(jié)合系統(tǒng)和人類生產(chǎn)生活活動(dòng)，建造不同系統(tǒng)之間密切關(guān)聯(lián)性等實(shí)際問(wèn)題。

二、中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

眾所周知，當(dāng)前尚未無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)城鄉(xiāng)地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了整體覆蓋，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是“物聯(lián)網(wǎng)”功能實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要基礎(chǔ)設(shè)施，將其組裝在動(dòng)植物、實(shí)物體或者設(shè)備設(shè)施上，那么電子介質(zhì)生成的數(shù)字信號(hào)能基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)施傳送到外界。合理應(yīng)用“云計(jì)算”技術(shù)，能動(dòng)態(tài)管理成千上萬(wàn)的多類物品，為滿足IP地址需求量急劇增加的實(shí)際情況，加速下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用進(jìn)程，那么將會(huì)給物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造更優(yōu)良的條件。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，多把公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為載體，基于4G、5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，也有一些運(yùn)用了固定光纖接入形式，在近距離通信范疇，主流技術(shù)逐漸支持IPv6的應(yīng)用進(jìn)程，Bluetooth、UWB等均是當(dāng)下常用的近距離無(wú)線通信技術(shù)。

早在1999年時(shí)中科院就投身到傳感網(wǎng)研究領(lǐng)域，其在智能傳感器的網(wǎng)絡(luò)通信、移動(dòng)基站等諸多方面均取得優(yōu)異成績(jī)，當(dāng)前已經(jīng)構(gòu)建了由材料、技術(shù)到網(wǎng)絡(luò)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。2010年，我國(guó)工信部將物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展設(shè)定成我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的一大發(fā)展目標(biāo)據(jù)稱，中國(guó)已經(jīng)規(guī)劃于2020年前投入3.86億元資金用在物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)領(lǐng)域[3]。

三、智能建筑施工中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

（一）建材進(jìn)場(chǎng)與庫(kù)存管理

當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和建筑工程施工過(guò)程相結(jié)合，建材進(jìn)場(chǎng)時(shí)，各類材料的包裝表面均會(huì)張貼

一個(gè)電子芯片作為相關(guān)信息載體，這種芯片最大的特點(diǎn)是能為建筑商品提供特殊的數(shù)據(jù)編碼，且能夠利用無(wú)線電波信號(hào)機(jī)實(shí)時(shí)傳輸該編碼的數(shù)據(jù)，當(dāng)部分編號(hào)信息被整合至射頻辨識(shí)范疇時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將會(huì)即可開啟自身功能，即可將其轉(zhuǎn)型成數(shù)字化信息，隨后將其完整的儲(chǔ)存在建筑工程信息管理平臺(tái)上。材料存儲(chǔ)時(shí)，因?yàn)槠渥陨韼в须娮訕?biāo)簽，會(huì)明顯降低材料盤點(diǎn)工作的難度，應(yīng)用閱讀器便能直接精準(zhǔn)的閱讀電子標(biāo)簽，其還能快速整理出材料的尺寸大小、品類、屬性等列表，并將其和領(lǐng)用表進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)探查到材料在數(shù)目、規(guī)格大小等方面出現(xiàn)的異常改變，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的日清日結(jié)，并動(dòng)態(tài)檢測(cè)材料的實(shí)際庫(kù)存情況，一方面規(guī)避因材料短缺引起的停工和誤工情況，另一方面也減少大量材料囤積的情況。如果部分材料被盜，若工區(qū)周邊的智能信息閱讀器檢測(cè)到相應(yīng)的電子標(biāo)簽時(shí)，則將會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警裝置，借此方式使現(xiàn)場(chǎng)材料的安全性得到更大保障[4]。

和傳統(tǒng)的人力開展材料管理工作相比較，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)助下，任何建材進(jìn)場(chǎng)及庫(kù)存環(huán)節(jié)具有更強(qiáng)的針對(duì)性、系統(tǒng)性，在這樣的工況下，材料管理的精準(zhǔn)度也得到保障，為建筑工程施工活動(dòng)高效提供可靠支撐。

（二）施工圖預(yù)算制定

制定施工圖預(yù)算是現(xiàn)代建筑施工管理工作的重要構(gòu)成，編制質(zhì)量對(duì)工程造價(jià)高低起著決定性作用。不管是預(yù)算編制說(shuō)明、單位工程計(jì)價(jià)、程序表等均屬于預(yù)算編制的重要構(gòu)成部分，另外其還囊括單位項(xiàng)目?jī)r(jià)差表、預(yù)算表、施施工要素用量匯總表等內(nèi)容。當(dāng)以上內(nèi)容的合理性、系統(tǒng)性均達(dá)到保障時(shí)，工程預(yù)算編制的實(shí)用性將會(huì)明顯體現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而更科學(xué)合理地控制項(xiàng)目成本。建筑施工活動(dòng)中合理應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能用信息管理平臺(tái)完整的呈現(xiàn)出工程設(shè)計(jì)規(guī)劃、建設(shè)施工、各類資源消耗等內(nèi)容，使預(yù)算編制工作的規(guī)范性、系統(tǒng)性得到更大保障，進(jìn)而為工程數(shù)據(jù)分析及整理等方面體現(xiàn)出較高價(jià)值，為工程建設(shè)提供更科學(xué)指導(dǎo)。

（三）人員管理

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于建筑人員管理中，主要涉及如下兩個(gè)方面[5]：其一是在計(jì)算機(jī)實(shí)名管理系統(tǒng)的協(xié)助下，完整的錄入項(xiàng)目建設(shè)人員內(nèi)的姓名、樣貌與體態(tài)特征等信息，利用其實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人的精細(xì)化管理，規(guī)避外來(lái)閑雜人員隨意進(jìn)入工程場(chǎng)區(qū)，使建筑現(xiàn)場(chǎng)施工安全性、有序性得到更大保障；其二是在物聯(lián)網(wǎng)后臺(tái)分析及云服務(wù)的支持下，能有效分析施工隊(duì)伍的規(guī)模大小、具體數(shù)目，進(jìn)而為人力資源管理、調(diào)配及項(xiàng)目質(zhì)量進(jìn)度管理等提供可靠依據(jù)，會(huì)明顯提升工程參建人員管理的科學(xué)化、智能化水平。

（四）物聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)控

質(zhì)量管理是建筑管理工作的核心內(nèi)容，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面。實(shí)際施工中，時(shí)常要對(duì)隱蔽工程進(jìn)行抽樣檢測(cè)檢驗(yàn)，分析檢驗(yàn)結(jié)果并判斷其是否符合工程質(zhì)量設(shè)計(jì)要求，以上這種傳統(tǒng)方法最大的不足是無(wú)法檢測(cè)出所有的隱蔽工程項(xiàng)目。另外，一些隱蔽工程質(zhì)量管理時(shí)應(yīng)用的是破壞性檢測(cè)辦法，對(duì)項(xiàng)目自身質(zhì)量就構(gòu)成一定損害。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)把能反映項(xiàng)目質(zhì)量參數(shù)的傳感器安置在隱蔽工程局部，用于采集相關(guān)信息，再參照BIM系統(tǒng)內(nèi)的三維信息就能準(zhǔn)確定位到各個(gè)隱蔽工程的關(guān)鍵位置，進(jìn)而判斷出實(shí)際建設(shè)質(zhì)量是否符合相關(guān)要求。既往有大量的實(shí)踐表明[6]，一套完整的感應(yīng)器采集系統(tǒng)配合BIM的三維信息報(bào)警系統(tǒng)，能夠下注提升工程質(zhì)量缺陷問(wèn)題的檢出效率，把質(zhì)量問(wèn)題帶來(lái)的損失降到最低。

（五）監(jiān)控管理

連續(xù)監(jiān)測(cè)事物狀態(tài)及作業(yè)過(guò)程，對(duì)突發(fā)事件及時(shí)作出響應(yīng)，這是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域中的一個(gè)重要應(yīng)用方面，也能充分地體現(xiàn)出該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。光纖傳感器有反應(yīng)靈敏度高、體積微小、便于埋設(shè)、對(duì)被檢測(cè)場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生干擾、抗電磁及抗干擾能力強(qiáng)、能夠?qū)崿F(xiàn)分布測(cè)量等諸多特點(diǎn)，將其用在智能建筑施工管理領(lǐng)域?qū)?huì)表現(xiàn)出巨大效能。并且還可以規(guī)劃設(shè)計(jì)出一些外供工作活動(dòng)必需的事實(shí)信息去協(xié)助作業(yè)人員形成過(guò)程意識(shí)的智能化工具，比如選擇壓縮工期作為原動(dòng)力的氣動(dòng)式路面破碎設(shè)備，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在工效高、穩(wěn)定性強(qiáng)、反沖力弱、耐磨損等方面，能快速執(zhí)行鋼筋砼、巖石或者瀝青路面的破碎任務(wù)，使用范圍較廣，包括道路、橋梁、建筑物、市政給排水管網(wǎng)等養(yǎng)護(hù)、搶修等[7]。

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能科學(xué)預(yù)測(cè)高層建筑、道橋、水壩等主體結(jié)構(gòu)的荷載情況，針對(duì)突發(fā)事件作出緊急響應(yīng)?？梢試L試把光纖光柵傳感器張貼在建筑結(jié)構(gòu)的表層或者事前埋進(jìn)結(jié)構(gòu)內(nèi)，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊檢測(cè)、外形控制及振動(dòng)阻尼測(cè)試實(shí)驗(yàn)等，進(jìn)而更全面的監(jiān)測(cè)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量缺陷，及時(shí)修補(bǔ)或完善。

（六）施工安全管理

大部分建筑施工活動(dòng)是在露天環(huán)境下進(jìn)行的，安全隱患因素隱匿在各個(gè)角落，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全是當(dāng)前工程各大承包商及有關(guān)部門急切要落實(shí)的工作內(nèi)容，將以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)用于工程安全管理實(shí)踐中，能夠顯著改善以上情況。例如，在臨邊洞口、出入口防護(hù)棚、電梯井口防護(hù)等上應(yīng)用無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)，并把相應(yīng)的編號(hào)、防護(hù)級(jí)別、報(bào)警儀器等載進(jìn)標(biāo)簽芯片內(nèi)，且要使其和工程安全管理中心的BIM系統(tǒng)之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)因素的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[8]。也可以嘗試把無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)用在高空作業(yè)工人的安全帽、安全帶等上，在BIM系統(tǒng)內(nèi)也能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，若其操作行為不符合相關(guān)規(guī)定時(shí)，那么身份識(shí)別牌和BIM系統(tǒng)內(nèi)的有關(guān)定位就會(huì)同時(shí)報(bào)警，幫助管理人員準(zhǔn)確定位隱患所處方位，快速采用相應(yīng)辦法以規(guī)避發(fā)生危險(xiǎn)事故。

（七）成本控制

建筑工程施工時(shí)出現(xiàn)實(shí)際工程量的改變及部分工程返工是導(dǎo)致工程建設(shè)成本改變的主要原因。結(jié)合使用BIM系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能結(jié)合施工時(shí)間、位置、工序等要素差異去統(tǒng)計(jì)信息，編制周密的物資采購(gòu)計(jì)劃，并且為物料批次標(biāo)注無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽，進(jìn)而更加精準(zhǔn)的控制物料的進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間與質(zhì)量。以防因管理不規(guī)范而導(dǎo)致部分物料損耗量顯著增加，或者由于物料短缺而出現(xiàn)停工或者誤工等不良情況[9]。

復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)裝配實(shí)踐中，可以應(yīng)用無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)把芯片分類組裝在各鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，再把相應(yīng)的讀取器布置在BIM信息模型內(nèi)。裝備施工時(shí)要確保所有構(gòu)件一定和BIM模型內(nèi)代碼相互匹配，反之將會(huì)以報(bào)警方式將相關(guān)信息傳遞給工程技術(shù)人員，力爭(zhēng)將裝配操作錯(cuò)差率降到最低。

四、以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的施工現(xiàn)場(chǎng)處理方案

（一）人員車輛管理

1.數(shù)據(jù)信息的原始化：包括為工程現(xiàn)場(chǎng)管理、參建工人及其他臨時(shí)工制作并發(fā)放人員身份卡；針對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)常駐車輛，為其發(fā)放車輛身份卡；為施工用安全裝備，比如安全帽、安全帶等，張貼無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽；

2.全面采集數(shù)據(jù)：當(dāng)有工人或車輛進(jìn)出施工場(chǎng)區(qū)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)采集身份信息及安全帽信息等；快速抓拍圖像[10]。

3.數(shù)據(jù)校對(duì)：系統(tǒng)能自動(dòng)校對(duì)驗(yàn)證，判斷人員是否準(zhǔn)許進(jìn)出，安全防護(hù)是否準(zhǔn)確到位。

4.結(jié)果反饋：針對(duì)最后所得處理結(jié)果，系統(tǒng)自動(dòng)將其反饋到控制門閘，門閘自動(dòng)放行或傳遞出錯(cuò)誤、告警信號(hào)。

（二）施工過(guò)程監(jiān)控

1.在基坑局部布置網(wǎng)絡(luò)攝像頭。

2.特定位置安置壓力或松動(dòng)、透水傳感器，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)壓力或濕度或水分值抵達(dá)臨界點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)把相關(guān)信息傳送到后臺(tái)，并作出警報(bào)。精準(zhǔn)記錄壓力變化情況，為后期分析創(chuàng)造便利性[11]。

（三）動(dòng)態(tài)追蹤

1.預(yù)構(gòu)模型：即在系統(tǒng)內(nèi)建設(shè)建筑整個(gè)區(qū)域分布狀況。

2.于各樓層出入口布置控點(diǎn)，用于收集樓層出入數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.圖表顯示：結(jié)合ID選出最適宜的顯示路徑，參照控點(diǎn)查閱路徑信息、遠(yuǎn)程桌面呈現(xiàn)。

（四）物資管理

1.入庫(kù)：包括數(shù)據(jù)信息的初始化；自動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)比較分析；結(jié)果反饋。

2.出庫(kù)：結(jié)合施工計(jì)劃領(lǐng)用建材；自動(dòng)收集出庫(kù)物料信息；信息對(duì)比；反饋結(jié)果，即結(jié)合對(duì)比結(jié)果開展出庫(kù)或者異常處理工作[12]。

（五）施工進(jìn)度管理

1.完整的錄入施工進(jìn)度計(jì)劃信息；

2.自動(dòng)采集、分析、處理轉(zhuǎn)換每日采集的人員、物資信息等。

3.結(jié)合本日進(jìn)度執(zhí)行情況動(dòng)態(tài)做出反饋。

五、結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)智能建筑施工是新時(shí)期下建筑行業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)，其對(duì)施工質(zhì)量及管理工作效率均會(huì)形成較大影響。不管是施工技術(shù)人員還是管理人員，一定要充分認(rèn)識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合工程實(shí)況規(guī)范化應(yīng)用，只有這樣才能持續(xù)提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平，為我國(guó)建筑行業(yè)壯大發(fā)展保駕護(hù)航。