物联网技术在建筑施工管理中的应用

姚康 麻金峰 梁彬 郭振志

中交四公局建筑工程有限公司 江苏南京 210000

由于中国超高层建筑和一系列复杂大工程施工管理的需求增加，以及近年国家对扬尘污染的严格把控，这导致安全管理、成本控制和绿色施工中的不确定因素增加，致使施工管理问题凸显，安全风险放大，施工管理成本和效益都处在不可控的风险中。

本文基于以上背景与问题，在复杂工程管理、现代安全管理和智慧工地的理论指导下，基于在建项目“中交第四公路工程局有限公司南京海峡两岸科工园海科新寓保障房D区项目（以下简称浦口项目）”实际使用情况，就信息化环境下物联网技术的应用和发展进行分析。主要侧重于研究物联网技术对现场施工管理和施工效率的提升[1]。

本文提供了施工现场管理的新思路，研究了信息化施工管理的关键智能设备，并将这些信息化设备纳入物联网系统中。这能提升施工管理的效率，改善施工作业安全环境，并极大提高安全管理的可靠性。

本工程的物联网系统包含智能安全帽、智慧工地管理系统、无人机监控设备等。

1 工程概况

南京海峡两岸科工园海科新寓保障房D区及基层社区中心工程，位于南京市浦口区五华路与嘉义路交叉处。本工程由6栋26～27层高层住宅楼、2栋1层商业、1栋6层基层社区中心及配电房、门卫室等4栋配套附属房组成。其中最高建筑高度84.9m。高层住宅区域下设一座1～2层整体地下室、基层社区中心下设1层地下室。项目住宅楼为全现浇钢筋混凝土剪力墙结构，其余建筑为全现浇钢筋混凝土框架结构。总建筑面积105413.40m2，其中地上建筑面积76763.45m2，地下建筑面积28689.95m2。

2 研究目的

通过对工程施工过程管理的实践应用研究，可以加速工程施工领域的物联网系统推广，极大提高工作效率。特别是打破了过去层级式的组织体系，将其改变为扁平化组织管理体系。一下就缩短了管理层与一线工人的距离。还可以在实践过程中根据实时采集的数据通过分析研究，再逐步优化施工管理架构和组织流程，甚至可以打破过去大多数只是程序化的管理，变革为非程序化流程和动态的管理结构，从而最大效率的发挥出信息化施工管理降低成本，同时优化人与物的协作关系的作用。为工程施工与物联网技术的应用起促进和推广作用，建造一个绿色、安全的施工生态圈。

3 系统组成

浦口项目的物联网管理系统针对施工现场人的不稳定状态、物的不稳定状态、现场的不稳定状态分为三个部分：智能安全帽系统、智慧工地系统、无人机巡查系统。分别对应实名制管理、位置管理、环境管理、机械设备管理、远程现场管理，针对现场无法预见的复杂现象进行实时控制、管理[2]。

3.1 智能安全帽

施工现场的人员管理，虽然有实名制通道可以解决工人的进场问题，但实名制卡存在较大的监管漏洞，如工人不从实名制通道进出即该卡的功效立即缺失。更不能对现场工人的信息、每天的行动路线、劳动轨迹，现场工作面人员和人数进行实时跟踪，虽通过传统的现场管理人员监控和实时汇报可以解决这些问题，但工作量大、数据不全面、数据传递间存在时间差和信息差。

智能安全帽管理系统是基于实名制安全管理，以智能硬件搭配物联网技术，通过让工人佩戴带有智能芯片的特殊安全帽，在现场安装“工地宝”进行数据采集，再通过移动4G技术进行实时数据收发和现场语音提示。最后在云实时数据整理、分析，通过网络传输，项目管理者通过手机APP、PC端就可以清楚了解工人现场分布、个人考勤数据等情况，给项目管理者提供科学的现场管理和决策依据。

产品使用流程为：工人进场→录入工人信息并发帽子→工人工作→信息收集→信息查看→工人退场退帽子→系统注销信息→退回的帽子分发给新进场工人

智能安全帽现场应用：

（1）花名册自动生成。在工人进场后先领取智能安全帽，领取安全帽时需确保工人及时办理实名制登记。实名制登记工程很简单，只需要将身份证放在由公安部认证的识别手持设备上识取完成后即可完成登记。登记过后便可通过“施工队伍”的批量功能导出各队伍花名册和工人照片，用于数据上报或数据加工。可通过“报表中心”的花名册报表，自动生成建委、企业统一格式的报表，也可分工种分队伍导出，方便快捷。自动生成EXCEL格式的表格，可以对班组的管理精确到人，改变往日不知工人情况，不知工人班组，不知班组内人数和人员的情况，对人员情况了如指掌。

图2 智能安全帽产品使用流程

（2）清点人数。通过软件首页或手机APP的柱状图，随时掌握各项目、各队伍的实际用工数量。通过现场工种饼图，随时掌握各工种数量。通过近7天刷卡率数据，掌握近期实际用工数量。饼状图的特点，可以清晰的看出各工种占比，且方便横向、纵向对比。

（3）人员定位功能。佩戴安全帽的人员在现场的位置，可以实时在手机APP内查看，并可精确查看个人活动轨迹和活动路线。该功能是智能安全帽系统应用效果最好，且对现场施工管理最有效的功能。现场的管理中，由于人和物的不稳定性，不易处理的突发情况随时都有可能发生。如何第一时间了解现场情况，确定伤者的位置，推测事故原因，往往是现场实际管理者的第一要务。通过智能安全帽系统绑定的APP，可以第一时间查看人员位置，施工情况，配合施工现场的摄像头，就能在第一时间完成事故的评估和判断，再进行有效处理和救援。

（4）人员考勤功能。可快速查看现场工作人员每日在现场的工作时间，并一键生成表格。可以查看每月工作时长和工作天数。该功能一方面能帮助管理人员确认现场施工进度，方便制定未来施工计划。能够对各工序需要的时间、人力资源等进行有效统计。另一方面结合实名制功能可按月统计每人的有效工作时间，对工资发放起帮助作用。同样，也可以避免恶意讨薪。

（5）人员统计功能。实时查看现场各区域人数，快速统计各工作面人数，各楼栋各工种人数。从终端的面板里以柱状图等形式对现场进行表述。

（6）工效统计功能。分析各工程时段各工种工作时间，横向、纵向对比，精准找出施工现场的管理漏洞，发现不足，指明改进方向。

（7）花名册管理功能。一键导出现场人员信息，生成EXCEL表格，包含人员信息、籍贯、考勤信息等关键数据。

（8）其他功能。包括项目分析、安全帽检测、现场场布图设置、工地宝广播设置等功能。

3.2 智慧工地系统

智慧工地是“互联网+”理念在建设工程领域的具体体现。

以往传统现场管理中，环境的保护和治理是一大难题。施工作业普遍存在扬尘污染大，尘土多等环境不利因素。且在大型机械设备运行时，缺乏实时的保护。但智慧工地系统，可以解决这个问题。

它基于项目现场的集成管理模式，充分利用移动互联网，物联网，云计算和大数据等新一代信息技术。在施工现场实时监控生产计划，关键设备，人员管理和绿色文明施工四个部分等动态信息，逐步改变传统施工现场各方现场管理的互动模式，工作模式和管理模式。 在此信息化的基础上，通过大数据处理技术，协助施工管理实现更安全，更高效，更精益的施工管理[3]。

图4 智慧工地系统组成

智慧工地系统现场应用：

（1）VR模拟安全教育。VR教育演示系统，利用前沿成熟的VR & AR技术，配备精良优质的硬件产品（VR头盔、眼镜、手柄、VR服务器、智能电视），充分考量基础施工、主体施工、装饰施工三阶段共十八大安全隐患，以纯三维动态的形式逼真模拟出十八项VR应用场景，虚拟元素创造现实世界的极致安全教育沉浸体验，巨大的刺激迫使施工现场无论是管理人员还是作业工人正视安全隐患，提升安全意识，预防安全事故。利用VR技术的高度沉浸感、现实感的特点，将施工现场无法真实模拟的安全隐患和伤害后果引入虚拟现实中，让工人在虚拟场景中体会各安全隐患及所带来的伤害后果，在其心灵上产生触动，引起其心灵深处对安全的重视，起到安全培训深入人心的效果，从而达到安全生产的目的。目前VR安全体验馆主要包括房屋建筑工程基础施工、主体施工和装饰施工阶段的高处坠落、物体打击、机械伤害、坍塌伤害、触电伤害和火灾伤害6种典型的伤害类型，共计18个安全教育场景。

（2）塔机监测、升降机安全监控、卸料平台监测系统。塔机监测实现了建筑塔机单机运行和群塔干涉作业时的实时监测和防碰撞。通过声光预警、报警实现了对塔机和群塔作业的安全管理。塔机监测还能实时显示、记录塔吊的运行状态、力矩等，对于大风天等恶劣天气下的塔吊管理起到很大作用。升降机安全监控能实现司机身份识别（人脸识别）、升降机运行数据采集、开关天窗提醒等功能，在升降机运行时实现实时监测，一旦检查到异常数据，监控系统将进行报警，可立即进行分析并调整。卸料平台监测系统通过卸料平台钢丝绳的力矩监测，结合方案的计算数据，设置阈值预警。保证在额定荷载下卸料平台能安全、稳定的运行，不发生倾覆。

（3）扬尘噪音监控系统。扬尘噪音监控系统已被广泛应用于各个施工现场，主要记录天气、温度、湿度、气压、PM2.5、PM10、风力、噪音等数据。但鲜有将这些数据通过网络进行实时监控的。以往的环境监测还停留在进出工地现场时的环境监测装置，而在物联网系统中，你只需通过手机端或PC端，就可以在任何位置了解到现场的实际环境情况，既节省人力，又能统筹全局。

（4）自动喷淋系统。自动喷淋系统是与扬尘噪音监测系统并行的喷淋喷淋系统。通过系统预先设置PM2.5，PM10的阈值，当环境数据超过阈值后，喷淋系统将进行自动启动，进行10分钟的自动喷淋。喷淋分为围挡喷淋、标准层喷淋、塔吊喷淋。当系统报警后，所有喷淋系统将一起启动进行洒水降尘控制。所有的喷淋系统也可以相互独立，手动开启或通过网络远程开启。当某一区域进行单独作业（如土方开挖，混凝土浇筑）后，针对局部区域的空气指数偏高现象，就可单独控制扬尘进行作业。

3.3 无人机巡查系统

施工现场的全方位监控和整体把控，是现场施工的重点。

无人机巡查系统是通过无人机航拍，在每天下班前进行现场巡查、拍照，能利用极短时间进行一次完整的现场巡查，巡查情况可直接反馈至手机APP。对现场文明施工、重大安全施工节点进行实时全方位监管，且改变了以往通过施工员现场查看带来的不变，节省了人力物力[4]。

4 结语

建筑施工过程十分复杂，传统的施工过程管理单凭管理员的现场管控并不能满足实际施工管理需求，随着物联网和智慧施工相关理论应用的发展，本文以施工管理现场必不可少的安全帽为切入点，利用智慧工地系统、无人机技术和数据处理等技术的有机结合，构建了项目物联网管理系统，实现对施工现场作业人员、设备、物料、进度和安全实时的数据化管控，及时识别建筑工程项目中的安全风险，实时监测工程的管理变化并实现危险的自动预警功能，动态对项目的进度和质量进行管理。

本文研究了物联网技术在浦口项目的实际运用等，主要的研究目的和成果已经实现。但物联网技术应用在施工现场管理作用的完善和推广尚需时日，希望能被推广应用，加以论证。本文只针对现场日常安全、环境监测、进度管理、质量控制进行分析，还没能实现对全部数据的转换和对接，由于数据量庞大、算法复杂，需要相关软件技术的进一步发展。市场如今仍未完善，虽然各项功能、科技在不断为未来添砖加瓦，但在具体实践应用方面还需要相关的设备制造和现场运行做进一步的调试研究。