浅析物联网技术在建筑工程施工安全管理中的应用
2021-03-02李宁马妍妍高婷婷
李宁 马妍妍 高婷婷
【摘 要】随着我国社会经济的發展，工程技术的不断进步，越来越多的新技术投入工程施工中来，使得施工安全环境愈加复杂。传统的施工安全管理形式面临严峻挑战。为了应对复杂严峻的挑战，需要新的管理形式。在社会高度信息化背景下，物联网技术正在蓬勃发展，将其引入施工安全管理中恰逢其时。论文讨论了新技术环境下施工安全存在的问题，并探讨了物联网技术在施工安全管理中的应用。
【Abstract】With the development of China's social economy and the continuous progress of engineering technology， more and more new technologies are put into engineering construction， which makes the construction safety environment more complex. Traditional form of construction safety management facing serious challenges. New forms of management are needed to cope with complex and severe challenges. In the context of highly informationized society， the technology of internet of things is booming， and it is the right time to introduce it into construction safety management. This paper discusses the problems existing in construction safety under the new technology environment， and discusses the application of internet of things technology in construction safety management.
【关键词】物联网技术;建筑工程;安全管理
【Keywords】internet of things technology; construction projects; safety management
【中图分类号】TU714;TP391 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2021）02-0175-02
1 物联网技术的概念
物联网技术是正处于蓬勃发展中的互联网技术之一，其概念则是基于物品编码组织EAN.UCC的计算机实践同麻省理工学院共同提出，其本质是基于互联网的信息传输交换系统，即利用各种传感器，使用通信协议，将物体的各种信息及周边环境信息，通过互联网连接起来，实现信息的交换与传输，从而实现自动化识别、定位、监管、控制的网络系统。物联网的基础虽仍然是互联网，但它又是互联网的扩展和延伸，物联网将应用端扩展至物品与物品间，目标是实现万物互联。
2 建筑施工安全管理的现状
建筑施工现场是由人、材料、设备及半成品构成的具有流动性的作业场地，现场的局部无序性和环境复杂性是造成工程事故发生的原因之一，传统的安全管理强调人的主观能动性，期望通过现场管理人员的事无巨细的管理行为，来防止安全事故的发生，其主要障碍是现场信息的不透明和资源配置的不合理，传统安全管理无法实时监控各种危险源，在危险发生时也无法对危险源范围内的作业人员提出预警，由于无法获取详尽的现场信息，所以资源的配置不能及时得到优化，难以协调安排，安全事故的发生率很难降低。
3 物联网技术在施工安全管理中的应用
基于物联网的特点和施工现场的实际情况，将物联网应用在现场施工安全管理中势在必行。对于现场中存在的大量不透明信息源，可以利用无线射频技术（RFID）和无线传感器网络（WSN）来获取，同时还可以实时监控场地作业情况，将电子标签附着在施工场地内各类物品上，通过无线传感器网络来组建一套现场安全管理预警网络，将收集到的各类信息上传至设置在现场监控室的服务器中，实现对现场人员、设备、材料的轨迹监控，危险区域的危险信息的收集与预警。
3.1 安全管理系统的组成
本系统主要由感知层、传输层、处理层、应用层组成，感知层由电子标签、读卡器、传感器（压力、温度、湿度、位移等）、监视器组成，主要作用是感知识别物体和采集捕获信息。系统结构图如图1所示。
传输层是由无线传感器网络（WSN）和有线网络组合而成，主要作用是将感知层获取的信息传输到设置在现场的系统服务器上。处理层由服务器内部数据分析软件构成，主要作用是将获取的信息进行分类处理，用以实现系统的各种功能。应用层由系统客户端和室外显示器、报警器组成，主要功能是将分析数据得到的结果反馈给系统管理人员，协助系统人员实现智能化管理。
3.2 安全管理系统特点
3.2.1 性能优异
本系统所采用的传感器、电子标签都已经广泛应用在物流、化工等行业，性能优异，可靠性较高，电子标签有效识别距离最远可达50m，单台读卡器最多可同时读取50个电子标签，识别正确率在95%以上，可检测到时速最高在100km/h的运动物体，误码率低于万分之一，性能完全满足施工现场监测需求。
3.2.2 安全稳定
由于施工现场作业条件复杂，干扰源较多，系统的安全稳定至关重要，本系统主要室外设备均具备IPX67级防水、防尘性能，完全满足现场室外环境应用要求，同时抗干扰能力较强，能应对现场复杂干扰环境。
3.2.3 操作简单
本系统客户端具有图形化操作界面，操作友好，学习成本较低，便于管理人员快速掌握使用系统。
3.3 安全管理系统实现的功能
安全管理系统实现的功能如图2所示。
3.3.1 考勤管理功能
现场人员身上佩戴电子标签卡，电子标签卡上写入人员信息、所属部门、工种，利用设置在场地入口处的读卡器，读取进、出场的时间，数据上传至服务器，形成人员考勤表，管理人员可以随时查看各个人员的考勤信息，输出各类考勤表，同时可以实时统计进场劳动力数量，便于编制更新劳动力进场计划表。
3.3.2 定位管理功能
电子标签卡在现场可以被附近的读卡器读到，每个读卡器可以同时读取多人信息，管理人员可以在系统中随时掌握各个人员的位置信息，监控各个人员在相应位置的工作时间，安全管理人员可以在人员相对集中的地区，进行更周密的安全管理，及时调整安全管理力量的部署，做到对危险区域的应对自如。
3.3.3 设备、材料进出场监控功能
在大型设备、大宗材料上粘贴电子标签，用以实现对设备、材料进出场的监控，当设备、材料入场时电子标签会被读卡器记入并上传，管理人员可以在系统中查阅设备进场时间、使用时长、出场记录，如果设备是租赁的，租赁费用可以被计算出来，方便管理人员掌握租赁成本，以此调整施工进度计划，如果设备是自有设备，可以根据设备进场监控，编制设备检修计划，防止设备失修损坏。材料进场情况的监控可以帮助管理人员，掌握材料进场时间、数量，并与编制的材料计划相比对，根据比对情况及时修正材料计划，控制材料使用情况，调整后续材料入场时间、数量，实现节约材料防止浪费的目标。
3.3.4 危险源监测功能
在各主要危险源布置大量传感器，实现对危险源的监测，如在高大模板区域布置大量的电子标签和传感器，可以实现对区域模板和脚手架的应力监测，在出现应力超过预设值后发出警报，同样在基坑边缘布置传感器，可以实现对基坑周边环境变化的检测，出现超过限值的变化时，提示管理人员及时处理相应的危险区域，通过各种传感器对施工现场各个区域的不间断监测，将施工现场由信息不透明的黑箱变成能随时感知各类信息的白盒，将检测到危险源的实时变化及时传递至监控室，直接帮助现场安全管理人员及时调整资源配置、更改施工方案消除危险于萌芽状态，防止危险源进一步恶化，造成安全事故。
3.3.5 警报功能
警报功能是基于实时的现场施工环境的检测来实现的功能，在场地入口处设置的读卡器，在无卡人员强行进入场地内时会发出警报，提醒入口处安保人员及时了解情况，设置在场区内的传感器在危险源发生变化时，发出安全警报，及时提醒处于危险源环境中的现场作业人员，立刻离开危险环境，在无法及时处理危险源的状况下，避免出现人员伤亡，最大限度减少事故造成的损害。同时该功能还可以将不同作业区域设为警戒区，当不属于该作业区的人员进入该区域时，对该人员发出警报，并确定该人员身份，要求其立即离开该作业区，从技术上实现了作业区间的人员区隔。
4 结语
物联网技术在不断发展，我们可以应用到施工现场的技术也越来越多，本文提出的系统是一个比较初级的现场安全管理系统，系统功能不完备，还存在大量的局限性，需要在将来进行不断的扩展改进，现阶段的布置成本相对较高，但是将物联网技术应用到现场安全管理中是必然的趋势，这项技术通过大量的传感器的布置極大地消除现场信息盲区，对实现安全透明施工意义重大，同时大量有效的信息的获取，也极大地帮助了管理人员实现资源合理调配，降低了施工成本，当然物联网技术不仅可以应用在施工安全管理上，在施工过程的各个阶段都可以得到广泛应用，希望能在不久的将来看到工程施工全流程的物联网应用成果。
【参考文献】
【1】董大旻，冯凯梁.物联网技术在建筑施工安全管理中的应用[J].建筑，2010（19）：21-23.
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【3】朱健立.安防行业是物联网真正的应用实践[J].中国安防，2017（04）：78-80.
