基于物联网的建筑工程纸质资料存储系统设计

谢玮成，刘媛媛，林清阳，陈 宏

（中建海峡建设发展有限公司，福建 福州350001）

建筑工程资料是工程建设从项目的提出、筹备、勘测、设计、施工到竣工投产等过程中形成的文件材料、图纸、图表、计算材料、声像材料等各种形式的信息总和[1]。根据规定，工程资料应由施工企业按有关建筑法规、档案管理法规、质量检验标准的规定和设计要求，随工程进度同步收集、填写、整理、编制[2]。工程资料根据类型可分为电子资料和纸质资料，其中纸质资料具有体量大、保管难度高、使用频繁等特点。本文以物联网技术为基础，针对纸质资料的管理设计了一套建筑工程纸质资料存储系统，以期通过该系统的研发与应用，提高建筑工程纸质资料的管理效率，提高资料存储的安全性。

1 整体结构设计

物联网是基于信息技术形成的一种综合性技术模式，其使互联网与实物间形成了紧密的联系[3]。本文设计的建筑工程纸质资料存储系统是利用物联网技术对传统资料柜进行改造，并配套研发软件平台实现对纸质资料借阅管控的一套信息化解决方案。系统由资料存储装置和存储管理平台2 部分构成。

建筑工程纸质资料存储系统整体结构自下而上分为感知层、网络层和应用层，如图1 所示。感知层由各类传感设备构成，对应本文设计的资料存储装置，具体包含RFID 设备、条形码识别器、人脸识别设备等。网络层由各类网络设备构成，为感知层和应用层进行数据交换提供通道。应用层运行存储管理平台，面向使用者提供人机交互界面。

图1 系统整体结构

2 资料存储装置设计

如图2 所示，资料存储装置由资料柜柜体、中控设备和条形码识别器等组成。

图2 资料存储装置结构

资料柜柜体。柜体由10 个资料箱构成，每个资料箱中包含5 个资料盒。资料箱内配置有电控锁和RFID阅读器，电控锁主要用于控制箱门的开闭，RFID 识别器用于读取资料盒上RFID 芯片数据。资料盒底部嵌入有RFID 芯片，芯片中存储资料盒内具体资料的信息，资料盒表面印刷有一张唯一标识信息的条形码。

中控设备。用于提供面向用户的人机交互界面，显示操作提示和检索反馈等信息，设备由人脸识别设备、拾音器和音频输出设备组成。人脸识别设备用于捕获用户面部图像，将提取到的人脸图像特征值与用户数据库人脸特征值逐一比对，验证访问者的身份。拾音器用于采集用户语音，将其传输给存储管理平台转码解析。音频输出设备用于播放存储管理平台反馈的信息。

条形码识别器。用于读取资料盒上的条形码信息，并提交至存储管理平台识别处理。

3 存储管理平台设计

存储管理平台包含人机交互子系统、资料管理子系统和柜体控制子系统3 部分，如图3 所示。人机交互子系统用于人机交互操作，如识别使用者身份、转义用户语音等。资料管理子系统实现资料的状态查询、位置查询、借阅情况查询等功能。柜体控制子系统用于控制柜体开闭。

图3 存储管理平台结构

3.1 资料借阅

人机交互子系统通过人脸识别技术识别使用者身份，匹配用户信息库获取操作权限，并显示欢迎界面，提示使用者进行具体操作。通过拾音器获取使用者语音信息，将语音信息转换为文本信息，根据语义拆分关键词，传输至资料管理子系统进行检索。资料管理子系统通过关键词模糊检索，定位使用者检索的资料，查询资料状态，若资料未借出，则推送指令给柜体控制子系统请求开启资料所在的资料箱。柜体控制子系统通过RFID 技术定位资料所在的资料箱，联动开启对应资料箱的电控锁，弹出资料盒。待使用者取走资料盒后，资料管理子系统更新资料状态。

3.2 资料归还

人机交互子系统验证使用者身份后，激活条形码识别器，使用者使用条形码识别器扫描资料盒上的条形码，系统将识别结果推送给资料管理子系统。资料管理子系统接收到信息后，查询资料应存放的位置，并推送开启资料箱指令给柜体控制子系统。柜体控制子系统打开对应的资料箱，待使用者放入资料后，系统读取资料盒RFID 芯片信息，核对信息是否与使用者计划归还的资料信息一致，待确认无误后推送信息至资料管理子系统，更新资料状态。

3.3 安全控制

用户权限方面设计有严格的分级访问权限，系统人员按照权限划分为资料总管理员、部门资料管理员和一般用户。资料总管理员拥有新增存储、查询、借阅、归还、追溯借阅人及删除资料等所有操作权限，部门资料员具有新增存储、查询、借阅、归还资料的权限，一般人员仅有查询、借阅、归还资料的权限。当同一用户多次认证失败时，中控设备将锁定，并联动向资料总管理员发出提醒。

借阅追溯方面设计有全流程追踪体系，自使用者访问系统起，至完成借阅离开的全过程录像将被保存在系统中。同时，使用者登录系统执行的相关操作也将被记录，便于追溯和审计。

4 系统实现

建筑工程纸质资料存储系统开发完成后，研发团队使用戴尔R740 机架式服务器（10 核CPU、8 G 内存）作为存储管理平台运行载体，选择搭载Android 10操作系统的平板电脑模拟中控设备进行测试。

4.1 功能验证

用户端功能包含资料查询、资料借阅和资料归还，管理员端功能包含实时监控、审计追溯和系统管理等。本次测试主要校验用户端功能。

资料查询。资料查询页如图4 所示，使用者按住语音图标告知系统检索的内容，系统将采集到的语音转换为文本信息，解析使用者的检索需求，提取关键字，并遍历检索资料存放的位置，反馈处理结果。

图4 资料查询页面

资料借阅。资料借阅页如图5 所示，在定位到使用者要借阅的资料存放的位置后，系统将反馈提示使用者：“是否打开该资料箱”，得到确定的回复后，系统将打开对应的资料箱门。待使用者取走资料并关闭资料箱门后，系统在确认无误后，更新资料借阅状态。

图5 资料借阅页面

资料归还。资料归还页如图6 所示，使用者通过条形码识别器扫描资料盒上的条形码后，点击开启箱门按钮，系统将开启对应资料箱，待资料放入后，系统将校验资料盒信息，并通过中控设备反馈处理结果。

图6 资料归还页面

4.2 性能测试

为测试系统性能，研发团队从语音识别准确率及效率、箱体联动准确性及响应效率方面进行了测试。

语音识别准确率及效率测试方面，测试用例标准名称为G20 幅地连墙检验批，测试设计5 组语句，每组语句由10 名测试人员轮流念出，每人重复2 次，测试结果见表1。由表可知，语音识别准确率为98%，平均响应时间为0.9 s。

表1 语音识别准确率及效率测试结果

资料箱体联动准确性及响应效率测试方面，考虑到单个资料存储装置包含10 个资料箱，共50 个资料盒，因此，测试用例设计为每个资料盒调取5 次。在测试前，从1—50 为每个资料盒标记编号，重复4 轮，即第一个档案盒有1、51、101、151 和201 五个编号，再通过随机函数调取1—250编号对应的档案盒进行开箱测试。经测试，箱体联动开启的准确率为99.2%，平均响应时间为1.7 s。

由测试可知，建筑工程纸质资料存储系统运行良好。

5 总结

本文提出了一种建筑工程纸质资料存储系统设计方案，方案依托物联网技术实现了纸质资料的快速检索、精确定位和自动调取。经测试，系统运行稳定，整体性能良好，其应用能够提升纸质资料借阅和使用效率，提高资料存储安全性，为项目管理提供便利。