智能監(jiān)控系統(tǒng)在綠色工業(yè)建筑施工中的應(yīng)用

摘 要：將智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于汽車工業(yè)廠房建設(shè)過程中，通過對施工現(xiàn)場安全文明施工管理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和能源消耗等方面的實(shí)時監(jiān)測和智能控制，實(shí)現(xiàn)了綠色施工目標(biāo)。系統(tǒng)采用多層分布式架構(gòu)，構(gòu)建了施工安全、設(shè)備運(yùn)行和能源管理三大子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全過程智能化管控。研究表明，智能監(jiān)控系統(tǒng)在施工安全、能源效率和環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮重要作用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)使工程設(shè)備運(yùn)行效率提升28.0%，能源利用率提升28.8%，安全隱患處置率提升19.5%。系統(tǒng)的應(yīng)用不僅保障了施工安全，也為綠色工業(yè)建筑施工提供了技術(shù)支撐和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控系統(tǒng)；綠色工業(yè)建筑；施工安全；能源效率；設(shè)備管理

1 前言

隨著工業(yè)化進(jìn)程加快和環(huán)保要求提高，綠色工業(yè)建筑施工已成為建筑業(yè)發(fā)展的重要方向。在汽車工業(yè)廠房建設(shè)中，如何實(shí)現(xiàn)施工過程的智能化管理和綠色化施工，是當(dāng)前面臨的重要課題。智能監(jiān)控系統(tǒng)作為新一代信息技術(shù)的重要應(yīng)用，將其引入綠色工業(yè)建筑施工中，可以有效提升施工質(zhì)量、保障施工安全、優(yōu)化能源利用。通過對某汽車制造廠房建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)踐研究，深入探討智能監(jiān)控系統(tǒng)在綠色工業(yè)建筑施工中的具體應(yīng)用及其效果。

2智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建與功能實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)采用多層分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層組成。感知層通過布設(shè)各類傳感器、攝像頭、智能儀表等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能源消耗等數(shù)據(jù)的采集。網(wǎng)絡(luò)層基于工業(yè)以太網(wǎng)和無線通信技術(shù)搭建通信網(wǎng)絡(luò)，保障數(shù)據(jù)高速穩(wěn)定傳輸[1]。數(shù)據(jù)層設(shè)置分布式數(shù)據(jù)庫集群，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、清洗和分析，同時部署數(shù)據(jù)挖掘模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價值深度挖掘。應(yīng)用層包含智能分析決策平臺、設(shè)備管理平臺、能源管理平臺等功能模塊，通過人工智能算法對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和智能處理。系統(tǒng)設(shè)計遵循模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化原則，各功能單元間接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，支持系統(tǒng)靈活擴(kuò)展。數(shù)據(jù)傳輸采用加密技術(shù)確保信息安全，系統(tǒng)配置雙機(jī)熱備份機(jī)制增強(qiáng)可靠性（如圖1所示）。

2.2監(jiān)控子系統(tǒng)功能劃分

智能監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)功能需求劃分為施工安全監(jiān)控子系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控子系統(tǒng)和能源管理監(jiān)控子系統(tǒng)。施工安全監(jiān)控子系統(tǒng)通過高清攝像頭和智能識別技術(shù)，對施工人員安全違規(guī)行為、危險區(qū)域入侵等情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警。設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控子系統(tǒng)采用多類型傳感器對施工機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、工況狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，建立設(shè)備健康評估模型，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警和維護(hù)優(yōu)化。能源管理監(jiān)控子系統(tǒng)基于智能電表和用能監(jiān)測設(shè)備，對施工現(xiàn)場用電、用水等能源消耗情況進(jìn)行精確計量和分析，結(jié)合施工進(jìn)度及實(shí)際溫度調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行功率，優(yōu)化能源使用效率。各子系統(tǒng)之間信息共享、協(xié)同配合，形成完整的監(jiān)控體系，為綠色施工管理提供全面的數(shù)據(jù)支持。

2.3數(shù)據(jù)采集與處理方案

智能監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，在施工現(xiàn)場關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署溫濕度傳感器、噪聲傳感器、PM2.5檢測儀、用電監(jiān)測設(shè)備等數(shù)據(jù)采集終端。數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過RS485總線、工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議接入現(xiàn)場控制器，按照數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)上傳。系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)可靠性評估模型：

R=（1-α）×β×γ

其中R為數(shù)據(jù)可靠性指標(biāo)，α為數(shù)據(jù)丟失率，β為數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度系數(shù)，γ為時效性系數(shù)。通過該模型對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時評估，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。系統(tǒng)采用“邊緣計算+云計算”的混合架構(gòu)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在邊緣計算層，現(xiàn)場控制器執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)，包括數(shù)據(jù)清洗、異常值檢測、數(shù)據(jù)壓縮等操作。處理后的有效數(shù)據(jù)通過專用網(wǎng)絡(luò)傳輸至云平臺，利用分布式存儲技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與管理[2]。云平臺基于深度學(xué)習(xí)算法對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，建立施工過程數(shù)據(jù)模型。系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測對象特性動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)采集頻率，對關(guān)鍵設(shè)備與重要環(huán)境參數(shù)采用高頻采樣，對變化緩慢的參數(shù)采用低頻采樣，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集實(shí)時性與經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)平衡。通過智能化數(shù)據(jù)采集與處理方案，系統(tǒng)形成了完整的數(shù)據(jù)價值鏈，為施工管理決策提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。

3智能監(jiān)控在施工安全與環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

3.1施工設(shè)備能耗監(jiān)測與效率優(yōu)化

智能監(jiān)控系統(tǒng)通過分布式能耗監(jiān)測傳感網(wǎng)絡(luò)對工業(yè)廠房施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。系統(tǒng)在塔吊、混凝土泵車、升降機(jī)等大型施工設(shè)備上及控制回路上安裝智能電表與功率傳感器，采集設(shè)備啟停頻率、功率變化、負(fù)載狀態(tài)等運(yùn)行數(shù)據(jù)?；诙嗑S度監(jiān)測方法，系統(tǒng)建立了設(shè)備能耗評估模型：

E=P×t×k×η

其中E為設(shè)備能耗（kWh），P為額定功率（kW），t為運(yùn)行時間（h），k為負(fù)載系數(shù)，η為效率修正系數(shù)。通過該模型計算設(shè)備單位時間能耗指標(biāo)，形成能耗基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)采用深度學(xué)習(xí)算法對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識別能耗異常與低效運(yùn)轉(zhuǎn)工況。當(dāng)檢測到設(shè)備空載率過高或能效低于閾值時，系統(tǒng)自動發(fā)出預(yù)警信息。結(jié)合施工進(jìn)度計劃與設(shè)備工況數(shù)據(jù)，系統(tǒng)生成設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化方案，動態(tài)調(diào)整設(shè)備使用時段與負(fù)載分配。

3.2施工資源利用的智能管控

智能監(jiān)控系統(tǒng)采用RFID電子標(biāo)簽與視覺識別系統(tǒng)構(gòu)建施工資源全周期管理平臺。系統(tǒng)通過在鋼材、混凝土等主要建筑材料中植入RFID標(biāo)簽，結(jié)合高清攝像頭布設(shè)實(shí)現(xiàn)材料進(jìn)場、存儲、使用、周轉(zhuǎn)全過程的動態(tài)跟蹤?；跉v史數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)建立了材料需求量預(yù)測模型：

M=Q×（1+α×β）

其中M為材料需求量，Q為理論用量，α為損耗系數(shù)，β為施工工藝修正系數(shù)。通過該模型實(shí)現(xiàn)對材料需求的精準(zhǔn)預(yù)測，優(yōu)化采購計劃與庫存管理。可以進(jìn)行施工材料管理和統(tǒng)計，并結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)度調(diào)整物料進(jìn)場的時間，保證進(jìn)度的同時也可以優(yōu)化資金周轉(zhuǎn)。

3.3施工環(huán)境影響的動態(tài)監(jiān)測與處理

智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用分布式傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建施工環(huán)境監(jiān)控體系，在施工現(xiàn)場關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布設(shè)PM2.5、TSP、噪聲、光照、風(fēng)速、溫濕度等環(huán)境參數(shù)監(jiān)測設(shè)備。系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過高精度微型傳感器進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集，形成多維度環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)流。監(jiān)測點(diǎn)采樣頻率設(shè)定為5分鐘/次，確保數(shù)據(jù)時效性與準(zhǔn)確性[3]。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)邊緣計算節(jié)點(diǎn)預(yù)處理后，采用kriging空間插值算法進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合分析，生成施工現(xiàn)場環(huán)境影響熱力圖。系統(tǒng)設(shè)置分級預(yù)警閾值，實(shí)時監(jiān)控環(huán)境指標(biāo)變化趨勢。當(dāng)檢測到揚(yáng)塵濃度超標(biāo)時，智能噴淋裝置根據(jù)污染程度自動調(diào)節(jié)噴灑范圍與強(qiáng)度；對于噪聲超標(biāo)區(qū)域，系統(tǒng)啟動移動式隔音屏障并優(yōu)化高噪設(shè)備運(yùn)行方案。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時上傳至項(xiàng)目管理平臺，結(jié)合施工進(jìn)度、氣象條件等信息進(jìn)行綜合分析，形成環(huán)境影響評估報告。

3.4施工過程的智能化管理

智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建施工環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，在施工現(xiàn)場布設(shè)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)采用微型傳感器對PM2.5、TSP、噪聲、光照、風(fēng)速、溫濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行持續(xù)采集，采樣頻率為每5分鐘一次。系統(tǒng)采用多點(diǎn)位數(shù)據(jù)融合算法，通過kriging空間插值方法繪制施工現(xiàn)場環(huán)境影響熱力圖，實(shí)時反映環(huán)境質(zhì)量變化趨勢。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)邊緣計算單元預(yù)處理后，傳輸至項(xiàng)目管理平臺云端數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)設(shè)置多級預(yù)警閾值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時，自動觸發(fā)聯(lián)動控制機(jī)制[4]。對于揚(yáng)塵污染，系統(tǒng)啟動智能噴淋裝置進(jìn)行降塵，噴淋范圍和強(qiáng)度根據(jù)污染程度自動調(diào)節(jié)。針對噪聲超標(biāo)情況，系統(tǒng)啟動隔音屏障、限制高噪設(shè)備運(yùn)行等降噪措施。系統(tǒng)將環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)與施工工序、天氣條件等信息關(guān)聯(lián)分析，生成環(huán)境影響評估報告。

4工程應(yīng)用案例及效果分析

4.1項(xiàng)目概況與應(yīng)用背景

本項(xiàng)目總建筑面積達(dá)185000平方米，建筑高度35米。工程由生產(chǎn)車間、倉儲區(qū)及配套用房組成，采用鋼結(jié)構(gòu)建造體系，設(shè)計使用年限50年，抗震設(shè)防烈度7度。項(xiàng)目場地東側(cè)200米為居民區(qū)，西側(cè)300米為居民住宅區(qū)，南北兩側(cè)均為市政道路，區(qū)位條件對施工環(huán)境保護(hù)提出嚴(yán)格要求。工程定位為綠色建筑二星級標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，總投資6.5億元，施工工期18個月。項(xiàng)目面臨施工噪聲控制、揚(yáng)塵治理、能源節(jié)約等多重環(huán)保要求。施工場地緊鄰敏感區(qū)域，對施工過程管理要求高。針對項(xiàng)目特點(diǎn)，施工單位引入智能監(jiān)控系統(tǒng)開展施工過程管控，重點(diǎn)加強(qiáng)施工設(shè)備能耗優(yōu)化、環(huán)境影響控制、資源高效利用等方面的智能化改造。

項(xiàng)目以打造智慧工地樣板工程為目標(biāo)，建立了覆蓋施工全過程的智能監(jiān)控體系。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對施工機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境影響指標(biāo)、資源利用效率等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測與智能管控，推動項(xiàng)目綠色施工目標(biāo)落地。

4.2系統(tǒng)實(shí)施過程與關(guān)鍵技術(shù)

智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施分為前期規(guī)劃、系統(tǒng)部署和運(yùn)行優(yōu)化三個階段。規(guī)劃階段完成施工現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，布置邊緣計算服務(wù)器及5G通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建數(shù)據(jù)采集與傳輸體系。系統(tǒng)部署階段完成86個監(jiān)測點(diǎn)位的設(shè)備安裝，包括智能電表、環(huán)境監(jiān)測儀、高清攝像機(jī)等終端設(shè)備；同步開發(fā)智慧工地管理平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化展示與分析功能。系統(tǒng)運(yùn)行階段重點(diǎn)開展智能算法優(yōu)化，基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)建立設(shè)備能耗預(yù)測模型，開發(fā)施工環(huán)境影響評估模塊，形成完整的智能化監(jiān)控體系。關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在邊緣計算架構(gòu)設(shè)計、多源數(shù)據(jù)融合分析及智能預(yù)警模型構(gòu)建等方面，實(shí)現(xiàn)了施工過程的智能感知、數(shù)據(jù)驅(qū)動決策。

4.3應(yīng)用效果

智能監(jiān)控系統(tǒng)在該工業(yè)廠房項(xiàng)目的應(yīng)用成效顯著體現(xiàn)在施工安全、環(huán)境保護(hù)和設(shè)備管理三個維度。在施工安全方面，借助視頻智能識別與AI分析技術(shù)，系統(tǒng)對高空作業(yè)、臨邊施工、起重吊裝等高風(fēng)險工序?qū)嵤┤^程監(jiān)控，有效預(yù)防各類安全事故。環(huán)境保護(hù)方面，通過多點(diǎn)位噪聲、揚(yáng)塵監(jiān)測設(shè)備的聯(lián)動控制，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場環(huán)境指標(biāo)的達(dá)標(biāo)控制。在設(shè)備管理層面，智能監(jiān)控系統(tǒng)對施工機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時跟蹤與分析，優(yōu)化設(shè)備使用效率，降低能源消耗。各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)在投入使用后顯著改善了施工現(xiàn)場管理水平，具體應(yīng)用效果見表1。

5結(jié)論

通過在汽車工業(yè)廠房建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對施工過程的全方位管理和控制。系統(tǒng)采用多層分布式架構(gòu)，構(gòu)建了完整的數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、分析和應(yīng)用體系。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)在保障施工安全、優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行、節(jié)約能源消耗等方面均取得顯著成效。特別是在設(shè)備能耗管理方面，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)調(diào)控和智能優(yōu)化，為綠色施工提供了有力支撐。這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不僅適用于汽車工業(yè)廠房建設(shè)，也可推廣到其他類型的工業(yè)建筑施工中，對推動建筑業(yè)綠色發(fā)展具有重要的參考價值。

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