基于5G与大数据技术的物联网智慧工地平台初探

朱玲红 龙一玢 中国联合网络通信有限公司江西省分公司 南昌市 330000

朱浩 南昌市智慧平台建设管理有限公司 南昌市 330000

0 引言

新冠疫情虽还未彻底结束，世界各国已着手重启经济，率先控制住疫情的中国拉开了新基建大幕。建筑行业作为国民经济的支柱产业，伴随行业发展愈渐成熟，传统建筑实施建造在安全实施监管、工程质量监管、工程进度管理、关键人员管理等方面存在的问题时有暴露。在新基建大潮下，经济加速转型升级, 集成了5G、大数据、物联网等一系列最先进技术的智慧工地平台应用，将使得建筑业与通信业进一步紧密结合，这将对未来建筑业产生颠覆性影响，真正解决建筑工地现在的痛点。

1 探究背景

随着我国城市化进程的不断推进,建设工程规模也将继续扩大规模，如果加强施工现场安全管理，降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工，提高建筑工地质量，仍然是摆在各级政府、业界人士面前的一项重要研究课题。

2017年住建部《十三五建筑业信息化发展纲要》（ 建市[2017]98号）文中提到：

◎ 全面提高建筑业信息化水平：着力增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成能力，初步建成一体化行业监管和服务平台。

◎ 建立完善建筑施工安全监管信息系统：实现施工企业、人员、项目等安全监管信息互联共享，提高施工安全监管水平。

◎ 加强信息化基础设施建设：在施工现场建设互联网基础设施，广泛使用无线网络及移动终端，实现项目现场与企业管理的互联互通强化信息安全，完善信息化运维管理体系。

2018年住建部发布《建筑工程施工现场监管信息系统技术标准》，其中指出“智慧工地”建设的指导性标准，是加强对施工现场监管、规范施工现场作业行为的重要规程。

2020年国务院安委会《全国安全生产专项整治三年行动计划》中指出：

◎ 加快安全监管信息化建设：采用“互联网+产业”模式，综合利用电子标签、大数据、人工智能等技术，推进集约化可视化安全监管信息共享平台，推动实现国家、省级、市级平台互联互通、数据同步、业务协同，提升城市综合管理服务智能化水平。

◎ 落实各方主体责任和监管责任：强化政府对工程建设全过程的质量监管，健全省、市、县监管体系，不断推行“互联网+监管”模式，加强工程质量监督队伍建设。

2 建筑工地的痛点分析

建筑项目现场实施一直存在着诸多痛点：

◎ 重点生产过程不规范：工地扬尘污染噪声大。

◎ 工程质量监管：钢筋、混凝土等材料检测无法有效管理、高支模、深基坑质量无法保证。

◎ 工程进度管理：政府巡查人员无法全方位监管，无法第一时间掌握施工动态和进度。

◎ 关键人员管理：项目关键人员、监理到岗无法管理，劳务人员考勤无法管理。

◎ 项目沟通协调：政府、参建方协同沟通效率低、项目管理过程数据不具有可追溯性。

◎ 建设运维管理:政府、建筑企业信息化运维成本高,无法发挥积累的建筑施工过程数据价值。

建筑工地管理亟需借助于现代社会领先的通讯方式、网络技术以及信息资源等，对管理工作的层次重新进行整合，达到通过科学化的方式，最大限度地降低错误情况的出现，提升建筑工程管理效率和管理水平的目的。

3 基于5G与大数据技术的物联网智慧工地平台应用思考

3.1 智慧工地平台功能介绍

围绕质量、安全、环保、进度、文明五大要素，采用5G、物联网、大数据、云计算等新一代技术，构建“5G人机料环协同”为核心的智慧工地平台，为政府监管部门、建设单位、施工单位解决工地安全施工监管、质量监管、关键人员监管、工程进度监管等痛点问题。

图1 智慧工地平台功能

工程管理方面，智慧工地平台建设包括投资管理、项目管理、BIM管理、信息管理等功能模块，工程建设单位可以通过平台准确了解工地现场的状况，有效提高项目管理效率。

智慧工地平台重视建筑工地人-机-环境的关系和人机安全，把人既看成管理对象，又看成管理动力，强化管理的内在逻辑及驱动力。平台具备人员管理、机料管理和环境管理功能，可使管理动作前置，实现从事后被动补救到事前主动预防的转变，并实时对事故预警、报警，防患于未然。

◎ 人员管理方面，通过人员定位,考勤等功能有效管控施工人员的进出场，通过视频监控和危险行为AI分析功能模块掌握现场施工人员和管理人员工作状态，使得工地更加安全。

◎ 材料、机械设备方面，通过塔吊、升降机、高支模、深基坑监测、机械和车辆监测，做到实时管控，对进场物料跟踪管理，合理安排机械进出场，杜绝物料浪费毁损，防范设备安全隐患。

◎ 工地环境检测方面，依靠喷淋联动、沉降监测、混凝土监测、建筑结构监测、渣土车清洗监控等功能模块提升环保治理和管理效率和效果，切实缓解建筑施工并且减少施工项目带来的污染环境问题。

建筑工程监管单位借助智慧工地的监管系统可在任何时间、任何地点根据授权查看施工现场实时情况并进行监管。

3.2 平台架构与技术应用

3.2.1 平台架构

基于5G与大数据技术的物联网智慧工地平台主要由感知层、网络层、平台层、业务层和用户层组成，采用先进的云计算、大数据、物联网、5G等技术，将闸机、门禁、施工升降机、塔吊等设备作业产生的动态情况、工地周围的视频数据、渣土车位置、速度信息及时上传给工地现场管理平台和运营监测平台，实现劳务、安全、环境、材料各业务环节的智能化、互联网化管理。

图2 智慧工地平台架构图

平台对施工现场所采集的各种数据通过专业建模作定性和定量分析，为项目监管科学决策提供数据支撑。

3.2.2 主要技术应用

（1）5G边缘计算

移动边缘计算(MEC) 是5G的关键技术。由于建筑行业的特殊性，工地安全生产中所需的实时的监测技术主要依赖视频监控和无线传感技术来实现，采用有线方式建设大大增加初期建设成本，而借助运营商的无线网络又会造成流量成本的负担以及受到网络传输不稳定因素的影响。为此，MEC 技术提供了计算处理、存储缓存、虚拟交换等功能，也提供了分流、规则管理、DNS解析、第三方应用托管、服务提供等功能，创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的电信级服务环境，加速网络中各项内容、服务及应用的快速下载。

图3 MEC数据传输示意图

（2）数据资源管理系统

建设体系化的数据资源管理系统，实现统一数据采集、统一数据存储中心，统一工地数据标准、统一基础数据模型和加工数据模型、统一数据加工处理，统一ETL管理、元数据管理、统一数据应用系统架构规范等，打通智慧工地平台各功能模块的数据流通渠道,实现施工现场机具、设备、物资材料、环境的全要素数据监测，最终达到采集数据、同进同出数据与施工业务数据的全面融合。

3.3 平台技术创新点及亮点

3.3.1 技术创新点

（1）建筑设施全接入

平台可支持高支模、深基坑、施工升降机、塔吊、物料平台等多种建筑设施5G物联设备全面接入。

（2）数据标准化接入

采用统一数据模型和数据标准，实现跨行业、跨部门、跨平台的数据信息交互，数据与智慧城市无缝对接。

（3）风险快速预警

基于边缘计算技术，采用5G+MEC无线组网，通过高频扫描，实现快速、有效预警，保障工地施工安全，降低建筑工地事故发生机率。

（4）AI智能研判

支持人脸识别、烟火识别、闯入识别等多种算法接入，引入工地评分因子，本平台通过接受工地各类感知数据结合AI算法进行智能分析和评分，研判工地安全、质量等级。

（5）全生命周期数字化管理

以5G、物联网、大数据、云计算等信息技术手段为支撑，通过本平台实现对工程项目的信息化、智能化管理，实现工程项目业务流程和各类数据流的全生命周期数字化管理，提升施工管理、行业监督治理能力和水平。

3.3.2 应用亮点

在应用方面,智慧工地平台的VR安全实训应用，运用先进的VR虚拟建模技术，将工程相关的高空作业安全、火灾安全、用电安全、脚手架垮塌安全、塔吊作业危险源等安全教育培训内容在VR的虚拟现实场景中产生互动，在互动的过程中还原施工场景，让工地人员体验各种违规操作引起的危险情况，结合互动操作安全测试，提升操作者的安全意识。

VR安全实训应用真正的应用价值不仅在于VR震撼的视觉美化效果，而是在于其真实场景下的“实践”试错经验，这个“体验+反思式”学习的过程，更容易被接受，从而培养施工人员的安全意识，减少事故的发生，实现安全生产。

3.4 平台应用的物联网硬件

（1）智能安全帽。通过工人佩戴装载智能芯片的安全帽，现场安装“工地宝”数据采集和传输，实时采集位置信息并上传，同时进行语音安全提示，在移动端进行实时数据整理、分析。

（2）5G+AI高清摄像头。远程监控现场建筑质量、生产安全、施工现场环境及施工人员安全等情况。

（3）特种设备监控。实现塔吊及升降机运行数据实时监测和报警提醒，实现了塔吊在作业过程中的全过程全方位实时监控，达到遏制杜绝塔吊等特种设备安全事故的根本目标。

（4）扬尘噪声监控。由在线监测仪、数据采集和传输系统、视频监控系统、后台数据处理系统及信息监控管理平台五部分组成，可实现了实时、远程、自动监控工地扬尘浓度和噪声管理。

4 智慧工地平台的建设意义

基于5G与大数据技术的物联网智慧工地平台同时兼顾建设方、施工方与监管方的三方诉求，是解决当前工地管理难题的优质方案，目前已在部分建筑工地试点应用。

相比智慧工地建设增加的项目直接成本，通过智慧工地建设，给项目带来的经济效益、社会效益则更为丰富。

◎ 安全生产：建设过程、施工人员的安全得以保障， 建筑物质量提前感知；

◎ 劳务管理：人员的管理和薪酬得以保障，重点操作人员持证上岗、规范作业得以有效监管；

◎ 环保效益：通过扬尘环测等设备在线监测，推动工地扬尘治理，有效管控污染改善环境；

◎ 工期保障：全程可视化管理和多工种协同，确保工程顺利完成；

5 结束语

5G、物联网、大数据等新技术正在驱动新一轮科技革命和产业变革，成为经济社会发展的基石。传统建筑行业总体偏向于高消耗、低技术、高投入、低产出的传统粗放型发展模式，面对以信息化、智能化、数字化为核心的新基建，观念转变面临着巨大的考验和一系列挑战。基于5G与大数据技术的物联网智慧工地平台应用仅仅是冰山一角，只有继续摸索, 尝试和实践,更好地解决建筑工地管理中出现的各种瓶颈和其他问题,才能将5G、物联网、大数据等新技术在建筑行业中的运用发挥到极致，从而加速推进建筑行业数字化转型，根本上实现建筑业节能减排、降本增效的目的。