0 引言

智慧工地是指利用信息技术（例如物联网、大数据、机器学习等）围绕工程管理全过程建立相互协作，智能管控的项目信息系统，以此实现工程建设的可视化和智能化管理，提高参建各方交互的效率、清晰度、灵活性和响应速度。

1 基于物联网的智慧工地集成系统框架

智慧工地集成系统的物联网架构基于感知层、网络层和应用层三个层次进行设计搭建，各层采用信息资源共享和协同运行的架构形式。感知层通过各类型的传感器、RFID标签及相应的读写设备等获取建筑的有关信息，例如沉降、倾斜、关键钢筋的形变及应力大小。网络层通过Zigbee、LoRaWAN、NB-IoT等通信技术把物与物从物理上进行连接通信，通信协议则负责设备通过互联网进行数据交换及通信，建立通信的规则和统一格式，常见的有REST/HTTP、MQTT等。应用层是在各种物联网通信协议的支持下，对物联网形成的数据在智慧工地管理平台上进行分析并反馈到感知层执行特定控制功能，包括控制物与物之间的协同，例如建筑机器人搭接钢筋；物与环境的自适应，例如根据环境调节混凝土的养护温度及湿度；人与物的协作，包括塔吊危险预警、基坑沉降预警等。

建立可推广的智慧工地集成系统，需对各个构件模块化进行生产。由各个建设项目按照各自需求进行组合拼装，采用统一架构，统一信息接入输出端口，对异构的应用数据进行建模，并将其转化为通用的数据格式；在具有通用数据格式的不同模型间进行数据映射，并建立不同模型间的数据映射关系，实现数据互通；打通与BIM软件之间的联系，将关键数据进行可视化展示，并分析处理；实现各个智慧工地管理系统间联动，全面整合系统信息，共享调度各类施工资源。

2 智慧工地布置

智慧工地有别于传统建筑工地，在建过程中集成了各类先进技术，包括各类传感器、自动识别装置、网关、路由器、服务器等设备及软件技术平台相关集成设施，以此实现劳务管理数字化，安全监控常规化，资料教育信息化，推动建设工程高质量发展，提高施工现场管理水平。

2.1 劳务管理

在工地增设智能化门禁（见图1），保障并提高务工人员的积极性、安全性。闸机的设置应当便于安装，免安装布线，免终端运维。识别准入采用人脸+超高频RFID技术保证准确性，能通过重新绑定进行修正；通过“智能网关”，对接各种硬件设备。在基建施工条件下，手工绘制电子考勤区域，通过GPS、蓝牙等技术，实现线性工程的移动考勤，并支持在册工人数、在场工人数、日累计进场数、现场实时人数、现场工人工种分布等分析和统计功能。同时，系统对班组长进行权限设置，方便班组长对工人进行退场、考勤等操作。通过差异化的数据分析，从静态拓展到项目进展、预测、管控等。建设项目实名制登记流程为：供应商资格预审登记→项目部维护→项目部管理人员维护→管理人员入场登记→分包分供单位维护→劳务班组登记→劳务人员入场登记→劳务人员退场登记。

图1 智能化门禁

2.2 环境监测管理

建筑在施工过程中，会产生大量粉尘，破坏空气环境。集成系统可实现对工地的24小时连续自动监测，并上传到数据平台。监测数据包括温度、湿度、风力、噪音、PM2.5、PM10等，同时加入喷淋控制，当检测到施工现场环境实时值超出许可时，喷淋控制系统自动开启，对现场环境进行雾化喷淋降尘。本系统可提供对工程建设现场的实时监控，方便项目部、公司、政府进行统一管理与数据调用。

2.3 智慧监控管理

系统的智慧监控可覆盖工地各个方位，项目管理人员在监控室即可对整个工地状况进行管理。监控摄像头宜布置在工地出入口清洗设备处、施工现场、办公区、生活区大门及工人食堂，物料加工棚，高危作业区域，重点作业面及塔吊上，场区内十字路口等位置，做到场区内监控无盲点，拍摄数据通过互联网传输和统一接口协议上传到系统平台，通过RFID技术对违规人员身份信息进行识别，并上传至企业系统后台。企业管理人员根据后台信息对相关人员采取相应的惩罚措施，实现企业对文明施工的智慧管控。

2.4 智慧物资管理

部分施工企业物资管理流程不规范，库存管理与材料计划落实不到位，材料短缺而停工的现象时有发生，施工进度计划无法得到有效的保证，容易造成非常大的建设资源浪费。智慧物资管理利用物联网技术，在工地物资进场时，即对物料进行分类编码，称重计量，并上传到系统平台。管理人员通过移动设备点验，并自动生成电子物资台账。工人可通过手机端APP提出领用申请，后台自动更新库存台账。现场废料也可进行统计分析，建立台账，对浪费点管理人员、多次浪费人员提供警告标记。

2.5 智慧塔机管理

塔机、升降机由于施工作业面较高，如果发生故障，极易造成群死群伤。通过对塔吊司机实行 IC 卡/人脸识别/指纹识别实名制管理，进行有效监管。在塔机和升降机的使用中，应用物联网技术，在塔机吊钩处安置高清摄像头，以便在塔机操作室实时显示吊钩图像，杜绝盲吊和降低隔山吊安全隐患。安装重量传感器，进行智能力矩监控，自动采集每吊重量，在司机室内实时显示每吊重量，司机随时可看。每塔均安装防碰撞监控设备，对塔吊作业状态（转角、半径、塔高等）进行实时监控，塔吊具备智能识别和判断碰撞危险区域的功能。大臂进入碰撞危险区域时，系统立即开始声光预警，距离越近，报警越急，及时提醒塔吊司机停止危险方向的操作。

2.6 深基坑支护智能监测

深基坑工程施工事故一旦发生，后果十分严重，极易造成大规模伤亡。究其原因，主要是施工方大多数开挖时不按设计工况开挖，或者未及时排水进行超挖，各种安全预控措施不到位。应用各类监测传感器，对支护进行24小时连续变形监测，防止这一事故的发生。

2.7 BIM集成信息化

BIM 技术可以集成工程项目生命全周期数据，并直观展示。它是一种基于三维数据建筑模型的建设工程信息集成和管理技术，能够全方面描述工程特性。运用BIM技术将建设、管理及运维阶段的各种建筑参数、结构参数、设备参数等进行一体化整合，并进行可视化3D展示。在初始阶段，施工方可利用BIM技术进行虚拟施工演示并优化各项工法步骤，将最终方案进行可视化交底，让业主方更加直观地了解；另一方面，利用BIM技术结合物联网技术实现对劳务、机械、成本、进度、安全、质量等的施工信息集成化管理，并绘制柱状图、饼状图，3D模型等直观表达，方便监管者实时3D化查看各类数据。

3 结束语

现阶段，基于物联网的建筑工地智慧化施工仍处于探索与试点应用阶段。它的推广和应用受到很多限制。一是数据交互和系统集成的程度，各类传感器、各个施工企业采用的数据标准，数据接口规范和传输协议各不相同，亟需政府提供标准化的智能建造规范。其次，智慧工地的技术研发，系统平台建设和设备采购将提供工程的建设成本，一定程度上影响了企业应用物联网技术的动力。因此，政府对物联网、施工企业等的补贴模式探索也是十分重要的一项课题。

参考文献

[1]马凯，王子豪.基于“BIM+信息集成”的智慧工地平台探索[J].建设科技，2018（22）：26-30+41.

[2]吴亮. 智慧工地企业级管理系统研究[D].湖北工业大学，2020.