智能傳感器在高速公路智慧工地的應(yīng)用

針對傳統(tǒng)的建設(shè)管理手段效率低下、信息閉塞、數(shù)據(jù)死角、資源浪費等問題，文章提出將智能傳感器應(yīng)用到高速公路智慧工地中，在高速公路施工管理中植入物聯(lián)網(wǎng)、無線智能傳感器、計算機視覺技術(shù)以及RFID等智能感知設(shè)備，對工程參數(shù)、人員數(shù)據(jù)進行實時采集，實現(xiàn)管理層與工程項目、管理層與施工人員之間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，可充分利用BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對項目和人員的精細化管理管控，促進高速公路施工管理的智慧化和高效化。

智慧工地；物聯(lián)網(wǎng)；高速公路；智能傳感器；BIM+物聯(lián)網(wǎng)

U491.1+16A571863

作者簡介：

羅志高（1985—），碩士，工程師，主要從事高速公路交通機電設(shè)備維護及公路運營管理工作。

0" 引言

當前建筑項目管理面臨項目多、分布廣的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)模式成本高且信息收集不精準。根據(jù)《建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要2016—2020年》的指導(dǎo)，建筑業(yè)需加強信息化技術(shù)應(yīng)用，結(jié)合無線傳輸、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，以提升行業(yè)的智能化和數(shù)字化水平。特別是智能傳感技術(shù)，能顯著提高數(shù)據(jù)采集的及時性和準確性，因此，在高速公路項目中運用智能傳感器至關(guān)重要。智慧工地通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，精準采集項目管理的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)，旨在實現(xiàn)高速公路項目管理的智能化、數(shù)字化和精細化，進而全面提升施工現(xiàn)場的綜合管理水平。

1" 應(yīng)用背景

通過在高速公路施工管理過程中將物聯(lián)網(wǎng)、無線智能傳感器、計算機視覺技術(shù)以及RFID等智能傳感器設(shè)備植入高速公路智慧工地平臺，充分利用BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對項目和人員的精細化管理管控，使高速公路施工管理智慧化和高效化。

為提高工程信息溝通力度，高速公路智慧工地系統(tǒng)要實現(xiàn)信息發(fā)布、信息查閱、歷史記錄查詢等功能，達到以下效果：

（1）加強各方工程進度管理，通過信息化、可視化、遠程查勘的技術(shù)手段實現(xiàn)信息交互確認。

（2）強化施工過程管理標準，強化各分包單位責任意識，通過對各項任務(wù)的分配與追蹤，確保各項事務(wù)分配到具體責任人，可永久性追溯歷史信息。

（3）加強工程成員安全管理意識，加大安全宣傳力度。

通過信息化管理，將整個建設(shè)項目的運行參數(shù)和人員信息處理成為電子資料，綜合分析相關(guān)資料，為項目管理人員做出判斷提供理論支撐。

2" 高速公路智慧工地現(xiàn)狀

高速公路智慧工地是通過對信息進行全面處理，消除信息閉塞，實現(xiàn)信息共享，達到設(shè)備互聯(lián)、統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)互通的目的；通過集中管理，達到智慧工地集中監(jiān)控、統(tǒng)一布局、協(xié)同處理、集成展示的目的。

高速公路智能工地系統(tǒng)由以下部分組成：（1）智能現(xiàn)場管控平臺，主要針對項目現(xiàn)場各項事務(wù)進行管理，如進程安排、機械排班、工程質(zhì)量和工程安全等要素；（2）工程施工管理平臺，主要針對施工生產(chǎn)安排，對各項機械進行數(shù)字化標準化指揮，通過大數(shù)據(jù)分析施工工藝，實現(xiàn)工序升級等目標。

現(xiàn)階段的高速公路智慧工地管理系統(tǒng)主要還是運作在工程事務(wù)上，針對某個任務(wù)或某個特殊部位進行開發(fā)，配以大屏展示的方式，達到對特定方面需求的可視化、精細化管理，尚未形成一套完整的智慧工地管理系統(tǒng)，需不斷地引入新技術(shù)，使其更加全面地覆蓋到項目工地的所有介質(zhì)。此外，高速公路智慧工地管理系統(tǒng)因前期成本投入較高，目前主要在一些大型國有企業(yè)中進行嘗試，還未實現(xiàn)全面普及。

高速公路智慧工地管理系統(tǒng)未來的發(fā)展方向應(yīng)是以安全為切入口，采用軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)對項目工地的全方位管理，實現(xiàn)安全管理、環(huán)境影響、成本管控、進程安排、人員協(xié)同等多方面的結(jié)合，發(fā)揮大數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)分析、環(huán)境影響、進度把控、物資管理、安全生產(chǎn)、人員協(xié)調(diào)等方面的優(yōu)勢。

3" 高速公路項目管理中智能傳感器的多元應(yīng)用

高速公路智慧工地系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)智慧感知層、應(yīng)用系統(tǒng)層、智慧監(jiān)管平臺、分析決策層組成。采用智能傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合，對工地的現(xiàn)場人員、機械設(shè)備、物料調(diào)度等信息進行多維度的采集和監(jiān)測，采用5G傳輸、工業(yè)WIFI、光纖互聯(lián)、電力貓等多種通信技術(shù)對采集信息進行傳輸，將項目現(xiàn)場采集到的原始數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)中心平臺，由中心平臺對原始數(shù)據(jù)進行清洗、整理、存儲、分析，將信息以可視化、參數(shù)化、數(shù)據(jù)化的方式呈現(xiàn)，便于項目管理人員在安全管理、人員協(xié)同、進程安排、投資控制等多方面做出正確的管理決策，以及制定相應(yīng)的特情處理措施，提升項目管理水平。見圖1。

高速公路智慧工地的核心是在傳統(tǒng)施工管理模式的基礎(chǔ)上，以“更智慧”的方式對項目施工現(xiàn)場實施管理的過程，需要避免傳統(tǒng)模式下存在的信息閉塞及數(shù)據(jù)死角的弊端，并且要覆蓋至項目全生命周期。通過把智能傳感器植入到建設(shè)工地、工程設(shè)備、安全機具、場地進出口等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不留死角。

智能傳感器在高速公路智慧工地的應(yīng)用/羅志高

高速公路智慧工地系統(tǒng)主要實現(xiàn)分析決策、整體監(jiān)督、現(xiàn)場監(jiān)控、數(shù)據(jù)中心、標準化管理等方面的職能。分析決策主要根據(jù)大數(shù)據(jù)智慧分析處理平臺對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化分析和運算，將運算結(jié)果提交至決策系統(tǒng)，為分析決策提供強有力的數(shù)據(jù)依據(jù)；整體監(jiān)督主要通過智慧監(jiān)管平臺統(tǒng)一對數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)規(guī)范、數(shù)據(jù)接口以及對項目各個分包單位進行監(jiān)督管理；現(xiàn)場監(jiān)控分為應(yīng)用系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)智慧感知系統(tǒng)兩個部分，應(yīng)用系統(tǒng)主要整合BIM平臺功能以方便管理各個工程子項，物聯(lián)網(wǎng)智慧感知系統(tǒng)主要從環(huán)境影響、設(shè)備排班、人員管理、物料分配方面對高速公路施工現(xiàn)場進行全方位監(jiān)測，確保施工現(xiàn)場安全穩(wěn)定運行；數(shù)據(jù)中心主要存儲整個項目工程的基礎(chǔ)信息，為所有系統(tǒng)平臺提供可靠的數(shù)據(jù)支撐；標準化管理主要是對項目的合法合規(guī)進行管理。

智能傳感器在高速公路智慧工地中主要應(yīng)用在人員管理、工程機械安全管理、質(zhì)量監(jiān)督管理等方面。

3.1" 人員管理

高速公路建設(shè)項目普遍存在勞務(wù)人員數(shù)量多、人員流動性強等特點，如果對人員缺乏有效的監(jiān)督及管控，容易導(dǎo)致人員管理混亂、勞務(wù)糾紛、現(xiàn)場違規(guī)操作等各種問題，給項目的質(zhì)量管控和安全生產(chǎn)埋下隱患，增加管理成本。針對高速公路建設(shè)項目中人員管理所面臨的挑戰(zhàn)，可以采用以下智能傳感器和技術(shù)來解決施工現(xiàn)場人員管理的問題。

3.1.1" GPS定位傳感器應(yīng)用

為施工現(xiàn)場人員配備帶有GPS定位功能的可穿戴設(shè)備，如智能手環(huán)或安全帽上的定位裝置，以解決施工路徑長和人員流動性強的問題。這些設(shè)備可以將工人的位置信息實時傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)，精確追蹤工人在長距離施工路徑上的位置，確保他們處于正確的工作區(qū)域，并實現(xiàn)對人員的有效管理。

3.1.2" 生物識別傳感器（如指紋識別、人臉識別）應(yīng)用

在關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置生物識別驗證系統(tǒng)，如工地的出入口、重要設(shè)備存放區(qū)等。通過生物識別技術(shù)，確保只有授權(quán)人員能夠進入特定區(qū)域，減少非授權(quán)訪問和潛在的安全風險。準確的身份驗證亦可以減少因身份冒用或工時計算錯誤而引起的勞務(wù)糾紛。

3.1.3" 無線通信傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

利用無線通信傳感器（如Zigbee、LoRa等）將各個智能設(shè)備連接起來，形成一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實時監(jiān)控工人的操作行為，及時發(fā)現(xiàn)并糾正違規(guī)操作，且可以實時收集工人的工作數(shù)據(jù)，幫助管理人員優(yōu)化工作流程，減少窩工現(xiàn)象。

3.1.4" 可穿戴健康監(jiān)測傳感器應(yīng)用

為工人配備可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備，如心率監(jiān)測器、體溫監(jiān)測器等，實時監(jiān)測工人的生理指標，及時發(fā)現(xiàn)工人的健康問題，防止因疲勞或疾病導(dǎo)致的安全事故，提高工人的工作滿意度和歸屬感。

3.1.5" 環(huán)境監(jiān)測傳感器應(yīng)用

在施工現(xiàn)場布置溫度、濕度、有害氣體等環(huán)境監(jiān)測傳感器，實時監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，確保工人在安全的環(huán)境中工作，及時發(fā)現(xiàn)潛在的環(huán)境風險，如高溫、有毒氣體泄漏等，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

通過結(jié)合GPS定位、生物識別、無線通信與物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴健康監(jiān)測以及環(huán)境監(jiān)測等多種智能傳感器技術(shù)，可以有效地解決高速公路建設(shè)項目中人員管理所面臨的挑戰(zhàn)。這些技術(shù)不僅提高了施工現(xiàn)場的安全性和管理效率，還有助于降低管理成本并提升項目的整體質(zhì)量。

3.2" 工程機械安全管理

在智慧工地工程機械安全管理方面，可以運用多種智能傳感器來提升安全性和管理效率。以下是一些可應(yīng)用的智能傳感器及其具體應(yīng)用內(nèi)容。

3.2.1" 壓力傳感器應(yīng)用

在工程機械的液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)或輪胎中安裝壓力傳感器，可以實時監(jiān)測機械各部位的壓力變化。當壓力異常時，傳感器會發(fā)出警報，以預(yù)防因壓力過高或過低而導(dǎo)致的機械故障或安全事故。

3.2.2" 加速度傳感器和陀螺儀應(yīng)用

通過安裝加速度傳感器和陀螺儀，可以監(jiān)測工程機械的運動狀態(tài)和穩(wěn)定性。例如，在挖掘機或裝載機的臂架上安裝這些傳感器，可以實時監(jiān)測機械的運動加速度和角速度，當機械操作過快或存在傾覆風險時，傳感器會觸發(fā)警報系統(tǒng)，提醒操作人員減速或調(diào)整操作方式。

3.2.3" 位移傳感器和傾角傳感器應(yīng)用

位移傳感器和傾角傳感器可用于監(jiān)測工程機械的精確位置和傾斜角度。例如，在塔吊或起重機上安裝這些傳感器，可以實時監(jiān)測吊臂的伸展長度和傾斜角度，確保吊裝作業(yè)在安全范圍內(nèi)進行。一旦吊裝作業(yè)超出安全范圍，傳感器會立即發(fā)出警報，防止因超載或傾斜過度而導(dǎo)致的安全事故。

3.2.4" 溫度傳感器應(yīng)用

在工程機械的關(guān)鍵部位，如發(fā)動機、液壓油等處安裝溫度傳感器，可以實時監(jiān)測這些部位的溫度變化情況。當溫度過高時，傳感器會及時發(fā)出警報，以預(yù)防因過熱而導(dǎo)致的機械損壞或火災(zāi)等安全事故。同時，溫度傳感器還可以幫助管理人員及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障點，提高機械的可靠性和使用壽命。

3.2.5" 振動傳感器應(yīng)用

在工程機械上安裝振動傳感器，可以實時監(jiān)測機械的振動情況。當機械出現(xiàn)異常振動時，可能是由于零部件松動、磨損或損壞等原因引起的。振動傳感器可以及時捕捉到這些異常信號并發(fā)出警報，提醒管理人員進行檢修和維護，避免因機械故障而導(dǎo)致的安全事故。

通過運用壓力傳感器、加速度傳感器和陀螺儀、位移傳感器和傾角傳感器、溫度傳感器以及振動傳感器等多種智能傳感器技術(shù)，可以有效地提升智慧工地工程機械的安全管理水平。這些傳感器不僅可以實時監(jiān)測機械的運行狀態(tài)和安全性能，還能及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障點和安全風險，從而確保工程機械的安全、高效運行。

3.3" 質(zhì)量監(jiān)督管理

在智慧工地中，可以利用多種傳感器進行質(zhì)量監(jiān)督管理。以下是一些主要的傳感器及其應(yīng)用內(nèi)容和解決的問題。

3.3.1" 溫度傳感器應(yīng)用

溫度傳感器可以用于監(jiān)測混凝土澆筑和養(yǎng)護過程中的溫度，確?；炷猎谶m宜的溫度條件下硬化，以達到設(shè)計強度。同時，還可以監(jiān)測建筑材料如砂石、水泥等在存儲過程中的溫度，避免混凝土因溫度過高或過低而產(chǎn)生的裂縫或強度不達標等問題，確保建筑材料在存儲過程中保持優(yōu)良的性能。

3.3.2" 濕度傳感器應(yīng)用

濕度傳感器用于監(jiān)測施工環(huán)境以及混凝土等材料的濕度，預(yù)防因濕度過高導(dǎo)致的材料受潮、霉變等問題，確保施工環(huán)境符合規(guī)范要求，提高施工質(zhì)量。

3.3.3" 壓力傳感器應(yīng)用

在施工過程中，壓力傳感器可以監(jiān)測地基承載力、樁基壓力以及混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布等關(guān)鍵參數(shù)，確保地基和樁基的穩(wěn)固性，防止因承載力不足而導(dǎo)致的安全事故。同時，可監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，預(yù)防結(jié)構(gòu)性裂縫和變形。

3.3.4" 位移傳感器應(yīng)用

位移傳感器可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)物的沉降、變形以及橋梁等結(jié)構(gòu)的撓度變化，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物的沉降和變形，確保建筑物的穩(wěn)定性和安全性。

3.3.5" 圖像傳感器（攝像頭）應(yīng)用

圖像傳感器，即攝像頭，可用于實時監(jiān)控施工現(xiàn)場的情況，包括施工進度、工人操作規(guī)范、材料使用情況等，提高施工質(zhì)量的透明度，便于管理人員進行遠程監(jiān)控和管理，及時發(fā)現(xiàn)并糾正施工中的不規(guī)范操作，確保施工質(zhì)量。

3.3.6" 稱重傳感器應(yīng)用

稱重傳感器可以用于監(jiān)測建筑材料的重量，如鋼筋、水泥、砂石等，確保材料用量準確，符合設(shè)計要求。

通過運用溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、圖像傳感器以及稱重傳感器等多種智能傳感器技術(shù)，可以有效地進行智慧工地的質(zhì)量監(jiān)督管理。這些傳感器不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測施工過程中的各種參數(shù)和指標，還能及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的質(zhì)量問題和安全隱患，從而確保建筑施工的質(zhì)量和安全性。

4" 綜述

智能傳感器在高速公路智慧工地系統(tǒng)中的應(yīng)用是由多個子系統(tǒng)互聯(lián)組成，將各類工況參數(shù)采集后進行存儲、分析與應(yīng)用，在不同的項目管理過程中，根據(jù)不同的需求進行靈活搭配，根據(jù)用途不同植入不同的智能傳感器，從多個維度采集項目參數(shù)，形成高速公路智慧工地應(yīng)用的數(shù)據(jù)支撐。

智能傳感器的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)施工現(xiàn)場存在信息閉塞的問題。此外，對智能傳感數(shù)據(jù)的挖掘也解決了大數(shù)據(jù)分析簡單地停留在數(shù)據(jù)堆積層面的問題。通過智能傳感器在高速公路智慧工地的應(yīng)用，打造屬于項目施工現(xiàn)場的“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)，同時與互聯(lián)網(wǎng)相融合，實現(xiàn)工程決策人員和項目現(xiàn)場的互聯(lián)互通，提高信息交互能力和工作效率，以更快更靈活的響應(yīng)速度實現(xiàn)對項目運行狀態(tài)的高效管理。

5" 結(jié)語

隨著國家“十四五”規(guī)劃對智能化技術(shù)的重視，智能傳感器在高速公路智慧工地的應(yīng)用將日益重要。通過智能傳感器獲取關(guān)鍵工程信息，結(jié)合中心平臺的數(shù)據(jù)分析，可精準把控施工現(xiàn)場，構(gòu)建智能監(jiān)控與防范體系。智能化、數(shù)字化的智慧工地體系將推動安全生產(chǎn)，提升管理決策水平，助力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與現(xiàn)代化高速公路施工質(zhì)量的全面提升。

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20240426