物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑施工管理中的應(yīng)用

姚康 麻金峰 梁彬 郭振志

中交四公局建筑工程有限公司 江蘇南京 210000

由于中國超高層建筑和一系列復(fù)雜大工程施工管理的需求增加，以及近年國家對揚塵污染的嚴格把控，這導(dǎo)致安全管理、成本控制和綠色施工中的不確定因素增加，致使施工管理問題凸顯，安全風(fēng)險放大，施工管理成本和效益都處在不可控的風(fēng)險中。

本文基于以上背景與問題，在復(fù)雜工程管理、現(xiàn)代安全管理和智慧工地的理論指導(dǎo)下，基于在建項目“中交第四公路工程局有限公司南京海峽兩岸科工園海科新寓保障房D區(qū)項目（以下簡稱浦口項目）”實際使用情況，就信息化環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展進行分析。主要側(cè)重于研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對現(xiàn)場施工管理和施工效率的提升[1]。

本文提供了施工現(xiàn)場管理的新思路，研究了信息化施工管理的關(guān)鍵智能設(shè)備，并將這些信息化設(shè)備納入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。這能提升施工管理的效率，改善施工作業(yè)安全環(huán)境，并極大提高安全管理的可靠性。

本工程的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含智能安全帽、智慧工地管理系統(tǒng)、無人機監(jiān)控設(shè)備等。

1 工程概況

南京海峽兩岸科工園?？菩略⒈Ｕ戏緿區(qū)及基層社區(qū)中心工程，位于南京市浦口區(qū)五華路與嘉義路交叉處。本工程由6棟26～27層高層住宅樓、2棟1層商業(yè)、1棟6層基層社區(qū)中心及配電房、門衛(wèi)室等4棟配套附屬房組成。其中最高建筑高度84.9m。高層住宅區(qū)域下設(shè)一座1～2層整體地下室、基層社區(qū)中心下設(shè)1層地下室。項目住宅樓為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，其余建筑為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。總建筑面積105413.40m2，其中地上建筑面積76763.45m2，地下建筑面積28689.95m2。

2 研究目的

通過對工程施工過程管理的實踐應(yīng)用研究，可以加速工程施工領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)推廣，極大提高工作效率。特別是打破了過去層級式的組織體系，將其改變?yōu)楸馄交M織管理體系。一下就縮短了管理層與一線工人的距離。還可以在實踐過程中根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)通過分析研究，再逐步優(yōu)化施工管理架構(gòu)和組織流程，甚至可以打破過去大多數(shù)只是程序化的管理，變革為非程序化流程和動態(tài)的管理結(jié)構(gòu)，從而最大效率的發(fā)揮出信息化施工管理降低成本，同時優(yōu)化人與物的協(xié)作關(guān)系的作用。為工程施工與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用起促進和推廣作用，建造一個綠色、安全的施工生態(tài)圈。

3 系統(tǒng)組成

浦口項目的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)針對施工現(xiàn)場人的不穩(wěn)定狀態(tài)、物的不穩(wěn)定狀態(tài)、現(xiàn)場的不穩(wěn)定狀態(tài)分為三個部分：智能安全帽系統(tǒng)、智慧工地系統(tǒng)、無人機巡查系統(tǒng)。分別對應(yīng)實名制管理、位置管理、環(huán)境管理、機械設(shè)備管理、遠程現(xiàn)場管理，針對現(xiàn)場無法預(yù)見的復(fù)雜現(xiàn)象進行實時控制、管理[2]。

3.1 智能安全帽

施工現(xiàn)場的人員管理，雖然有實名制通道可以解決工人的進場問題，但實名制卡存在較大的監(jiān)管漏洞，如工人不從實名制通道進出即該卡的功效立即缺失。更不能對現(xiàn)場工人的信息、每天的行動路線、勞動軌跡，現(xiàn)場工作面人員和人數(shù)進行實時跟蹤，雖通過傳統(tǒng)的現(xiàn)場管理人員監(jiān)控和實時匯報可以解決這些問題，但工作量大、數(shù)據(jù)不全面、數(shù)據(jù)傳遞間存在時間差和信息差。

智能安全帽管理系統(tǒng)是基于實名制安全管理，以智能硬件搭配物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過讓工人佩戴帶有智能芯片的特殊安全帽，在現(xiàn)場安裝“工地寶”進行數(shù)據(jù)采集，再通過移動4G技術(shù)進行實時數(shù)據(jù)收發(fā)和現(xiàn)場語音提示。最后在云實時數(shù)據(jù)整理、分析，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，項目管理者通過手機APP、PC端就可以清楚了解工人現(xiàn)場分布、個人考勤數(shù)據(jù)等情況，給項目管理者提供科學(xué)的現(xiàn)場管理和決策依據(jù)。

產(chǎn)品使用流程為：工人進場→錄入工人信息并發(fā)帽子→工人工作→信息收集→信息查看→工人退場退帽子→系統(tǒng)注銷信息→退回的帽子分發(fā)給新進場工人

智能安全帽現(xiàn)場應(yīng)用：

（1）花名冊自動生成。在工人進場后先領(lǐng)取智能安全帽，領(lǐng)取安全帽時需確保工人及時辦理實名制登記。實名制登記工程很簡單，只需要將身份證放在由公安部認證的識別手持設(shè)備上識取完成后即可完成登記。登記過后便可通過“施工隊伍”的批量功能導(dǎo)出各隊伍花名冊和工人照片，用于數(shù)據(jù)上報或數(shù)據(jù)加工?？赏ㄟ^“報表中心”的花名冊報表，自動生成建委、企業(yè)統(tǒng)一格式的報表，也可分工種分隊伍導(dǎo)出，方便快捷。自動生成EXCEL格式的表格，可以對班組的管理精確到人，改變往日不知工人情況，不知工人班組，不知班組內(nèi)人數(shù)和人員的情況，對人員情況了如指掌。

圖2 智能安全帽產(chǎn)品使用流程

（2）清點人數(shù)。通過軟件首頁或手機APP的柱狀圖，隨時掌握各項目、各隊伍的實際用工數(shù)量。通過現(xiàn)場工種餅圖，隨時掌握各工種數(shù)量。通過近7天刷卡率數(shù)據(jù)，掌握近期實際用工數(shù)量。餅狀圖的特點，可以清晰的看出各工種占比，且方便橫向、縱向?qū)Ρ取?/p>

（3）人員定位功能。佩戴安全帽的人員在現(xiàn)場的位置，可以實時在手機APP內(nèi)查看，并可精確查看個人活動軌跡和活動路線。該功能是智能安全帽系統(tǒng)應(yīng)用效果最好，且對現(xiàn)場施工管理最有效的功能?，F(xiàn)場的管理中，由于人和物的不穩(wěn)定性，不易處理的突發(fā)情況隨時都有可能發(fā)生。如何第一時間了解現(xiàn)場情況，確定傷者的位置，推測事故原因，往往是現(xiàn)場實際管理者的第一要務(wù)。通過智能安全帽系統(tǒng)綁定的APP，可以第一時間查看人員位置，施工情況，配合施工現(xiàn)場的攝像頭，就能在第一時間完成事故的評估和判斷，再進行有效處理和救援。

（4）人員考勤功能。可快速查看現(xiàn)場工作人員每日在現(xiàn)場的工作時間，并一鍵生成表格?？梢圆榭疵吭鹿ぷ鲿r長和工作天數(shù)。該功能一方面能幫助管理人員確認現(xiàn)場施工進度，方便制定未來施工計劃。能夠?qū)Ω鞴ば蛐枰臅r間、人力資源等進行有效統(tǒng)計。另一方面結(jié)合實名制功能可按月統(tǒng)計每人的有效工作時間，對工資發(fā)放起幫助作用。同樣，也可以避免惡意討薪。

（5）人員統(tǒng)計功能。實時查看現(xiàn)場各區(qū)域人數(shù)，快速統(tǒng)計各工作面人數(shù)，各樓棟各工種人數(shù)。從終端的面板里以柱狀圖等形式對現(xiàn)場進行表述。

（6）工效統(tǒng)計功能。分析各工程時段各工種工作時間，橫向、縱向?qū)Ρ?，精?zhǔn)找出施工現(xiàn)場的管理漏洞，發(fā)現(xiàn)不足，指明改進方向。

（7）花名冊管理功能。一鍵導(dǎo)出現(xiàn)場人員信息，生成EXCEL表格，包含人員信息、籍貫、考勤信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

（8）其他功能。包括項目分析、安全帽檢測、現(xiàn)場場布圖設(shè)置、工地寶廣播設(shè)置等功能。

3.2 智慧工地系統(tǒng)

智慧工地是“互聯(lián)網(wǎng)+”理念在建設(shè)工程領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。

以往傳統(tǒng)現(xiàn)場管理中，環(huán)境的保護和治理是一大難題。施工作業(yè)普遍存在揚塵污染大，塵土多等環(huán)境不利因素。且在大型機械設(shè)備運行時，缺乏實時的保護。但智慧工地系統(tǒng)，可以解決這個問題。

它基于項目現(xiàn)場的集成管理模式，充分利用移動互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，云計算和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)。在施工現(xiàn)場實時監(jiān)控生產(chǎn)計劃，關(guān)鍵設(shè)備，人員管理和綠色文明施工四個部分等動態(tài)信息，逐步改變傳統(tǒng)施工現(xiàn)場各方現(xiàn)場管理的互動模式，工作模式和管理模式。 在此信息化的基礎(chǔ)上，通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，協(xié)助施工管理實現(xiàn)更安全，更高效，更精益的施工管理[3]。

圖4 智慧工地系統(tǒng)組成

智慧工地系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用：

（1）VR模擬安全教育。VR教育演示系統(tǒng)，利用前沿成熟的VR & AR技術(shù)，配備精良優(yōu)質(zhì)的硬件產(chǎn)品（VR頭盔、眼鏡、手柄、VR服務(wù)器、智能電視），充分考量基礎(chǔ)施工、主體施工、裝飾施工三階段共十八大安全隱患，以純?nèi)S動態(tài)的形式逼真模擬出十八項VR應(yīng)用場景，虛擬元素創(chuàng)造現(xiàn)實世界的極致安全教育沉浸體驗，巨大的刺激迫使施工現(xiàn)場無論是管理人員還是作業(yè)工人正視安全隱患，提升安全意識，預(yù)防安全事故。利用VR技術(shù)的高度沉浸感、現(xiàn)實感的特點，將施工現(xiàn)場無法真實模擬的安全隱患和傷害后果引入虛擬現(xiàn)實中，讓工人在虛擬場景中體會各安全隱患及所帶來的傷害后果，在其心靈上產(chǎn)生觸動，引起其心靈深處對安全的重視，起到安全培訓(xùn)深入人心的效果，從而達到安全生產(chǎn)的目的。目前VR安全體驗館主要包括房屋建筑工程基礎(chǔ)施工、主體施工和裝飾施工階段的高處墜落、物體打擊、機械傷害、坍塌傷害、觸電傷害和火災(zāi)傷害6種典型的傷害類型，共計18個安全教育場景。

（2）塔機監(jiān)測、升降機安全監(jiān)控、卸料平臺監(jiān)測系統(tǒng)。塔機監(jiān)測實現(xiàn)了建筑塔機單機運行和群塔干涉作業(yè)時的實時監(jiān)測和防碰撞。通過聲光預(yù)警、報警實現(xiàn)了對塔機和群塔作業(yè)的安全管理。塔機監(jiān)測還能實時顯示、記錄塔吊的運行狀態(tài)、力矩等，對于大風(fēng)天等惡劣天氣下的塔吊管理起到很大作用。升降機安全監(jiān)控能實現(xiàn)司機身份識別（人臉識別）、升降機運行數(shù)據(jù)采集、開關(guān)天窗提醒等功能，在升降機運行時實現(xiàn)實時監(jiān)測，一旦檢查到異常數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)將進行報警，可立即進行分析并調(diào)整。卸料平臺監(jiān)測系統(tǒng)通過卸料平臺鋼絲繩的力矩監(jiān)測，結(jié)合方案的計算數(shù)據(jù)，設(shè)置閾值預(yù)警。保證在額定荷載下卸料平臺能安全、穩(wěn)定的運行，不發(fā)生傾覆。

（3）揚塵噪音監(jiān)控系統(tǒng)。揚塵噪音監(jiān)控系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于各個施工現(xiàn)場，主要記錄天氣、溫度、濕度、氣壓、PM2.5、PM10、風(fēng)力、噪音等數(shù)據(jù)。但鮮有將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進行實時監(jiān)控的。以往的環(huán)境監(jiān)測還停留在進出工地現(xiàn)場時的環(huán)境監(jiān)測裝置，而在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，你只需通過手機端或PC端，就可以在任何位置了解到現(xiàn)場的實際環(huán)境情況，既節(jié)省人力，又能統(tǒng)籌全局。

（4）自動噴淋系統(tǒng)。自動噴淋系統(tǒng)是與揚塵噪音監(jiān)測系統(tǒng)并行的噴淋噴淋系統(tǒng)。通過系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置PM2.5，PM10的閾值，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)超過閾值后，噴淋系統(tǒng)將進行自動啟動，進行10分鐘的自動噴淋。噴淋分為圍擋噴淋、標(biāo)準(zhǔn)層噴淋、塔吊噴淋。當(dāng)系統(tǒng)報警后，所有噴淋系統(tǒng)將一起啟動進行灑水降塵控制。所有的噴淋系統(tǒng)也可以相互獨立，手動開啟或通過網(wǎng)絡(luò)遠程開啟。當(dāng)某一區(qū)域進行單獨作業(yè)（如土方開挖，混凝土澆筑）后，針對局部區(qū)域的空氣指數(shù)偏高現(xiàn)象，就可單獨控制揚塵進行作業(yè)。

3.3 無人機巡查系統(tǒng)

施工現(xiàn)場的全方位監(jiān)控和整體把控，是現(xiàn)場施工的重點。

無人機巡查系統(tǒng)是通過無人機航拍，在每天下班前進行現(xiàn)場巡查、拍照，能利用極短時間進行一次完整的現(xiàn)場巡查，巡查情況可直接反饋至手機APP。對現(xiàn)場文明施工、重大安全施工節(jié)點進行實時全方位監(jiān)管，且改變了以往通過施工員現(xiàn)場查看帶來的不變，節(jié)省了人力物力[4]。

4 結(jié)語

建筑施工過程十分復(fù)雜，傳統(tǒng)的施工過程管理單憑管理員的現(xiàn)場管控并不能滿足實際施工管理需求，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智慧施工相關(guān)理論應(yīng)用的發(fā)展，本文以施工管理現(xiàn)場必不可少的安全帽為切入點，利用智慧工地系統(tǒng)、無人機技術(shù)和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的有機結(jié)合，構(gòu)建了項目物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場作業(yè)人員、設(shè)備、物料、進度和安全實時的數(shù)據(jù)化管控，及時識別建筑工程項目中的安全風(fēng)險，實時監(jiān)測工程的管理變化并實現(xiàn)危險的自動預(yù)警功能，動態(tài)對項目的進度和質(zhì)量進行管理。

本文研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在浦口項目的實際運用等，主要的研究目的和成果已經(jīng)實現(xiàn)。但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在施工現(xiàn)場管理作用的完善和推廣尚需時日，希望能被推廣應(yīng)用，加以論證。本文只針對現(xiàn)場日常安全、環(huán)境監(jiān)測、進度管理、質(zhì)量控制進行分析，還沒能實現(xiàn)對全部數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和對接，由于數(shù)據(jù)量龐大、算法復(fù)雜，需要相關(guān)軟件技術(shù)的進一步發(fā)展。市場如今仍未完善，雖然各項功能、科技在不斷為未來添磚加瓦，但在具體實踐應(yīng)用方面還需要相關(guān)的設(shè)備制造和現(xiàn)場運行做進一步的調(diào)試研究。