隨著建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模和復(fù)雜性加大，參與方增多，工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)及管理難度也不斷加大。智能識(shí)別終端技術(shù)的發(fā)展使得物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）技術(shù)得以在工程安全管理工作中應(yīng)用實(shí)施，以此減少勞動(dòng)力，提高安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)度，有效減少事故發(fā)生。物聯(lián)網(wǎng)主要有自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、定位跟蹤技術(shù)、圖像采集技術(shù)、傳感器與傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，將以上技術(shù)應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)來實(shí)時(shí)監(jiān)控各對(duì)象的安全狀態(tài)，有效預(yù)防安全事故發(fā)生。學(xué)界已有對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)在智慧工地中的具體應(yīng)用點(diǎn)、項(xiàng)目實(shí)踐、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、與BIM等軟硬件的集成設(shè)計(jì)和信息化平臺(tái)的構(gòu)建等方面的研究，但對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在工地安全管理中應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)和框架流程設(shè)計(jì)研究較少。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地安全管控

1.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地總體框架體系

通過關(guān)鍵詞“智慧工地 物聯(lián)網(wǎng)”對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，在現(xiàn)有對(duì)智慧工地框架體系設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸及應(yīng)用流程設(shè)計(jì)等研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地總體框架體系。該框架體系分為三個(gè)層次：1）施工現(xiàn)場(chǎng)利用傳感器、移動(dòng)設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)終端實(shí)時(shí)感知各監(jiān)管要素的所處狀態(tài)，再通過數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理形成管理人員可用的信息，以便施工現(xiàn)場(chǎng)協(xié)同管理；2）企業(yè)通過監(jiān)管信息平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)管理，并通過數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)行經(jīng)營分析和輔助決策；3）行業(yè)主管部門通過數(shù)據(jù)對(duì)建筑相關(guān)企業(yè)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)督和跟蹤改進(jìn)。其框架體系如圖1所示，其相較于傳統(tǒng)施工方式可大大提升施工現(xiàn)場(chǎng)、企業(yè)和政府的管理效率，保障質(zhì)量安全等建設(shè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，最終促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地安全管控體系

通過有關(guān)智慧工地文獻(xiàn)的梳理，總結(jié)其主要應(yīng)用方面如表1：

基于以上文獻(xiàn)，總結(jié)出基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地安全管控體系架構(gòu)。此架構(gòu)依托物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其主要采集終端包括傳感器與傳感網(wǎng)絡(luò)、GPS定位裝置、RFID芯片及讀卡器、身份識(shí)別裝置、視頻攝像頭和移動(dòng)終端等；再通過數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)接口、傳輸協(xié)議將施工現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)料環(huán)等監(jiān)管數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理層，形成視頻、位移、應(yīng)力、位置等數(shù)據(jù)，以完善安全監(jiān)管數(shù)據(jù)庫，對(duì)于預(yù)警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析也可有效預(yù)防安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生；將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與BIM、GIS等數(shù)據(jù)集成展示可實(shí)現(xiàn)更高效的智慧工地協(xié)同管理，包括自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、人機(jī)料監(jiān)管、危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)和環(huán)境能耗監(jiān)測(cè)等模塊，并支持大屏、固定終端和移動(dòng)終端等多平臺(tái)分發(fā)和輕量化展示。其整個(gè)安全監(jiān)管體系架構(gòu)如圖2所示，其中包含了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)資源庫、協(xié)同管理、系統(tǒng)總體功能、多平臺(tái)應(yīng)用5大部分。

2 案例分析

由中建八局承建的山東省科技館新館項(xiàng)目位于山東省濟(jì)南市槐蔭區(qū)，是山東省重要的科技文化基礎(chǔ)設(shè)施，其總建筑面積79997.2m2。新館的建設(shè)大量使用四新技術(shù)，是濟(jì)南市典型的智慧工地試點(diǎn)示范項(xiàng)目。課題組通過深入的實(shí)地調(diào)研，總結(jié)了該項(xiàng)目上基于物聯(lián)網(wǎng)的安全管控應(yīng)用內(nèi)容；梳理其應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用對(duì)象，并以此設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的安全管控系統(tǒng)框架和安全管控應(yīng)用框架；最后以塔機(jī)為例，具體闡述了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸及應(yīng)用。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)在安全管控中的應(yīng)用內(nèi)容

本文通過實(shí)地調(diào)研，總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)在該項(xiàng)目安全管控中的應(yīng)用內(nèi)容，如表2所示。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的安全管控系統(tǒng)框架

本文通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的梳理，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的安全管控系統(tǒng)框架，闡述了物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、傳輸內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)、處理和應(yīng)用方式，其系統(tǒng)框架如圖3所示。

（1）感知層。智慧工地應(yīng)用了自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、圖像采集技術(shù)和定位跟蹤技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并通過物聯(lián)網(wǎng)終端將感知到的數(shù)據(jù)通過內(nèi)網(wǎng)傳遞給數(shù)據(jù)采集分站，由分站通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸統(tǒng)一上傳。

（2）傳輸層。Zigbee無線定位網(wǎng)絡(luò)具有雙向短距離傳輸，功耗低，組網(wǎng)靈活，網(wǎng)絡(luò)自愈能力強(qiáng)等特點(diǎn)，十分適合工地內(nèi)組網(wǎng)。該工地主要利用RJ45RS485/232.光纖環(huán)網(wǎng)、Zigbee無線環(huán)網(wǎng)、WIFI、3G/4G、Internet等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)感知層采集到的各類數(shù)據(jù)通過接口和協(xié)議傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)中間件服務(wù)器，再傳輸?shù)綉?yīng)用軟件系統(tǒng)。

（3）處理層。系統(tǒng)運(yùn)行管理平臺(tái)提供多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入技術(shù)，通過不同類型的感知設(shè)備適配器獲取海量原始數(shù)據(jù)并解析，將解析后的數(shù)據(jù)經(jīng)過云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等智能處理方式形成透明的感知數(shù)據(jù)供上層應(yīng)用。

（4）應(yīng)用層。將各類有價(jià)值的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析后，通過模型、圖表、視頻及超限預(yù)報(bào)警等方式進(jìn)行展示，并能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析和輔助決策，方便管理人員實(shí)施監(jiān)管。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的安全管控應(yīng)用框架

通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)象的梳理，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的安全管控應(yīng)用框架，闡述了智慧工地的物聯(lián)網(wǎng)感知對(duì)象，傳輸數(shù)據(jù)類型，處理過程和應(yīng)用方式，其系統(tǒng)框架如圖4所示。

首先對(duì)人員、機(jī)械、環(huán)境的作業(yè)狀態(tài)，建筑結(jié)構(gòu)的變形、位移和施工過程中的工藝工法等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，再通過內(nèi)網(wǎng)采集和外網(wǎng)傳輸將文檔、圖像、視頻等數(shù)據(jù)運(yùn)送到數(shù)據(jù)處理器中，數(shù)據(jù)經(jīng)過融合、過濾、分組、關(guān)聯(lián)和聚合，可視化的在信息化平臺(tái)、固定和移動(dòng)終端上進(jìn)行集成展示，管理人員可實(shí)時(shí)監(jiān)管各要素的安全狀態(tài)，從而管理工人、指導(dǎo)施工、預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，也可作為措施和方案編制的依據(jù)。該框架體系通過對(duì)感知數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用，有效提升了智慧工地安全管理效率及效果，其應(yīng)用流程如圖4所示。

2.4 塔機(jī)數(shù)據(jù)采集、傳輸及應(yīng)用

2.4.1數(shù)據(jù)采集

該項(xiàng)目上塔機(jī)信息的收集渠道有多種，一是通過傳感器采集其運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行時(shí)間等；二是通過GPS采集其位置和運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)；三是通過視頻監(jiān)控自動(dòng)識(shí)別群塔作業(yè)狀態(tài)和周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；四是安全巡檢人員通過移動(dòng)終端記錄上傳機(jī)械和危險(xiǎn)源的狀態(tài)。塔機(jī)的安全運(yùn)行受到多方面因素的制約，其監(jiān)測(cè)參數(shù)如表3所示。

2.4.2數(shù)據(jù)傳輸

該項(xiàng)目物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸包括通過工地內(nèi)組網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、收集和通過外網(wǎng)傳輸?shù)竭\(yùn)行管理平臺(tái)或是監(jiān)控中心，其傳輸路徑如圖5所示。

2.4.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用

將采集的塔機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理分析，形成管理人員可應(yīng)用的數(shù)據(jù)，由此進(jìn)行塔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)存檔管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，塔機(jī)數(shù)據(jù)的應(yīng)用如圖6所示。

現(xiàn)階段，基于物聯(lián)網(wǎng)的工地?cái)?shù)字化建造監(jiān)管仍處于摸索階段，主要用于重點(diǎn)項(xiàng)目的重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)域，對(duì)于其應(yīng)用的推廣受到多方面制約因素。一是數(shù)據(jù)的交互程度和系統(tǒng)集成度，其根本影響因素為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，數(shù)據(jù)接口、傳輸協(xié)議的規(guī)范，因此數(shù)據(jù)格式、接口、傳輸協(xié)議的統(tǒng)一是下一步研究的重點(diǎn)；二是智慧工地的安全監(jiān)管涉及較多外部性效益，而技術(shù)的研發(fā)、系統(tǒng)平臺(tái)的搭建、設(shè)備的購買會(huì)產(chǎn)生大量費(fèi)用，這會(huì)減少企業(yè)對(duì)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用動(dòng)力，因此，政府對(duì)智慧工地外部性效益補(bǔ)償機(jī)制的研究也是亟待探索的一項(xiàng)課題。

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來源：建筑經(jīng)濟(jì)與管理

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