浅谈智慧工地中物联网技术应用

田昉

（北京城市轨道交通咨询有限公司）

1 智慧工地概述

智慧工地将更多人工智能、传感技术、虚拟现实等高科技技术植入到建筑、机械、人员穿戴设施等各类物体中，形成“物联网”，实现工程管理干系人与工程施工现场的整合。轨道交通施工周期长、工法复杂、涉及机械设备众多等原因使得需要用以一种“更智慧”的方法来改进工程各干系组织和岗位人员相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度，降低信息传递不畅造成的安全风险隐患，及时收集传输工地人员、设备、物料、环境信息至相关政府机关、建设、监理等单位，积累相关数据，为管理层提供决策依据。

2 物联网概述

物联网(Internet of Things,IoT)包含大量低能耗、低成本、存储与计算能力受限、经常休眠的设备,因此需要保证不同种类的感知设备和控制设备在异构环境下高效互联互通[1]。

传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。由于物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、工业监测等多个领域。相关专家预言：未来10年内，物联网一定会像现在互联网一样高度普及，且有万亿元级的市场空间[2]。

2.1 LPWAN物联网技术介绍

下一代移动通信网络—5G服务的三大应用场景包括：增强移动宽带(enhanced Mobile Broadband,eMBB)、大规模机器类通信(massive Machine Type Communications,mMTC)和超高可靠性低时延通信(ultra-Reliable and Low La-tency Communications,uRLLC)[3]。

eMTC（enhance Machine Type Communication）增强机器类通信与mMTC都是大规模物联网应用场景技术应用。mMTC和eMTC各自侧重点不同，mMTC主要是人与物之间的信息交互，eMTC主要体现物与物之间的通信需求。

2.2 NB-IoT技术特点

广覆盖、低功耗、大连接、低成本的优势使得NB-IoT能够大规模、远距离接入终端设备，适用于轨道交通智慧工地复杂应用场景。

国内现阶段NB-IoT技术研发主要由华为推动，由运营商建网。运营商使用政府下发的FDD-LTE牌照开发NB-IoT，使用NB-IoT技术的终端必须使用运营商的NB-IoT网络，企业无法独立建网，是NBIoT网联网技术在国内应用的特点。

2.3 eMTC技术特点

eMTC相比NB-IoT，有五个优势：

1）速率高

MTC支持上下行最大1Mbs的峰值速率，在保证覆盖和功耗的基础上足以支撑更丰富的物联应用，如低速视频、语音等，智慧工地上视频数据可采用eMTC技术传输。

2）移动性

NB-IoT的移动性差，只支持重选，不支持切换。所以，它一般都用于不怎么需要动的领域，例如水表电表及路灯井盖。但eMTC不同，它支持连接态的移动性，物联网用户可以无缝切换，保障用户体验。因此，在智慧工地中eMTC更适用于智能安全帽、智能巡检设备这样的可穿戴设备。

3）可定位

基于TDD的eMTC，利用基站侧的PRS测量，在无需新增GPS芯片的情况下就可以进行位置定位。这样一来，更有利于eMTC在智慧工地人员定位、机械设备定位、物料跟踪等场景的普及。

4）支持语音

eMTC技术可支持语音传输，而且支持ⅤoLTE。因此，在智慧工地中eMTC可被广泛应用到紧急呼救相关的物联设备中，如智能安全帽可实现语音双向通信功能，可大幅度提高工地应急反应能力，降低安全风险。

5）支持LTE网络复用

eMTC可以基于现有LTE网络直接升级部署，和现有的LTE基站共站址共天馈。这个特点使其可利用到运营商基站快速部署物联网，智慧工地如车辆段、明挖车站等地面施工区域可直接利用运营商基站，向运营商缴纳租用、流量费，施工完成后撤销，可节省硬件成本。

3 智慧工地物联网技术应用

轨道交通智慧工地管理系统按照北京市住建委《智慧工地技术规程》DB11/T 1710-2019要求梳理为八个模块：劳务人员管理、机械设备管理、物料管理、进度管理、环境与能耗管理、安全管理、质量管理、视频监控功能。这八个模块涵盖了工地上人、机、物、法、环这些关键要素，智慧工地逻辑架构从上到下分为应用层、数据层、网联网采集层，前端数据采集设备通过物联网技术连接起来通过工地物联网管理平台上传至数据层，为安全管理、质量管理、机械设备管理、环境监测等模块积累数据，部署在应用层的智慧工地应用模块也通过物联网下发互动指令到前端设备，实现前端与后端的互动。

项目施工建设现状，通过提高数据信息的准确性才能为工程项目建设提供保障。目前，国内轨道交通行业快速发展的同时，将目标定位为根据社会发展需要构建一套集智能、互通互联以及共享于一体的现代管理系统，对工程项目施工全过程加强管控。

3.1 典型物联网应用场景-智能安全帽

智能安全帽系统利用物联网技术实现定位、感知、预警、语音对讲等功能，是智慧工地实现劳工垂直化管理的关键手段。eMTC技术可支持语音传输，可利用基站侧的PRS测量实现人员定位功能，满足工地劳务人员双向对讲、人员所处位置定位两大功能需求。

3.2 机械设备运行状态监测

除了人员管理，机械设备管理也是智慧工地工作的重中之重。轨道交通工地上使用设备复杂，涵盖从大型龙门吊到小型电葫芦、电焊机，设备与设备之间距离较远，很多小型机械不带电使用，这就要求其集成的物联网模块需自身电池供电。NB-IoT以其广覆盖、低功耗、大连接、低成本特点完美解决了上述问题，实现了工地设备运行状态实时监控、即时预警功能。

3.3 高支模、深基坑检测

高支模、深基坑检测是住房城乡建设部办公厅发布《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》中重要检测项之一。以物联网技术为基础的高支模监控利用前端传感器实时监测高大模板的立杆轴力、支架变形和模板沉降,其具有危险报警、超限预警和实时监测等功能系统主要是由监控软件、智能采集仪和前端采集器等共同组成。深基坑检测中传感器可对基坑内部轴力检测、土体内移等关键数据实时检测并传输到后端服务器。

4 智慧工地物联网技术未来展望

智慧工地物联网技术在未来会逐渐与5G关键技术融合，可以从国际、国内两方面来看物联网技术的发展。未来智慧工地一定是基于NB-IoT、4G（Cat1）、5G等关键技术，各项技术标准协同发展的物联网架构体系，不同应用场景使用不同物联网技术，可实现人员、设备、物料等工地关键要素的互联，真正实现轨道交通工地上的“万物互联”。