智慧工地基于物联网和云计算技术的智慧工地施工信息化管理平台的研发和应用.docx

智慧工地基于物联网和云计算技术的智慧工地施工信息化管理平台的研发和应用.docx

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智慧工地基于物联网和云计算技术的智慧工地施工信息化管理平台的研发和应用

基于物联网和云计算技术的智慧工地施工信息化管理平台的研发和应用

1、引言

随着我国国民经济生产总值的持续增长和宏观经济的持续健康发展，国内建筑行业也呈现出蓬勃发展的势头。

建筑行业生产总值快速增长的同时，建筑项目的数量和规模也在不断的增加，项目施工过程中人身安全问题逐渐凸显，项目管理的重要性日益显现。

在传统的项目生产过程中，由于信息技术和远程监控技术的匮乏，相关部门无法对施工中潜在的危险进行预警和监控，特别是对遇险人员的搜索过程，只能靠图纸进行定位，导致施工人员的安全得不到有效的保障，因施工事故导致的人员伤亡现象屡见不鲜。

另外，在项目的日常管理过程中大多采用专人管理项目电子文档和纸质文档的方式，劳动量大，工作繁琐，工作效率低，出错率高。

而项目管理过程中的任何一个小的疏漏都有可能造成大的事故发生，为项目各方带来重大损失。

随着物联网、云计算、大数据、移动互联网等信息技术的发展应用，国内外关于建设项目的“数字化建设”、“信息化管理”和“信息技术应用”研究由来已久，也取得了一定的成果。

如建筑信息模型（BIM）、建筑全生命周期管理（BLM）、智慧城市等。

这些研究促进了建筑业信息化发展和信息技术进步，提升了技术创新、管理创新水平。

然而，我国在建设项目管理理论研究和信息技术应用上与国外的差距仍然很大，迫切需要依托新兴信息技术，对传统建设项目管理理论与方法进行创新，研发全新的、综合的建设项目管理信息化平台，提高各参与方之间信息交流的效率。

2、智慧工地施工信息化管理平台的建设内容

“智慧工地”是一种崭新的工程全生命周期的管理理念，即指工地信息化建设。

基于当前日异月新的信息技术手段，在“云+大数据”支撑下，充分利用物联网、互联网以及云计算机等先进的信息化技术，将施工的现场一线业务与项目的综合管理深度融合，围绕施工现场管理、项目综合管理，建立互联协同、安全监控、智能化生产等项目信息化生态圈，开发一个完整的、综合的施工项目信息化管理平台，并将后台的数据在虚拟现实环境下与物联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析，提供过程趋势预测及专家预案，实现工程可视化智能管理，以提高工程管理的信息化水平，在保障安全生产的前提下，能够提高生产效率、项目管理效率，智慧工地施工信息化管理平台的建设内容如图1所示。

图1智慧工地施工信息化管理平台的建设内容

基于智慧工地的施工信息化管理平台主要从施工现场管理和项目综合管理两大角度对项目实现全方位的远程监管。

项目综合管理主要倾向于是对施工现场之外的项目的一些综合管理，根据项目部的实际需要，开发特定功能模块的软件系统，如安全质量管理系统、物资闭合管理系统、大型设备管理系统、项目经营管理系统等软件系统，是项目管理人员对项目生产过程中的一种“软”管理，是对项目的内页资料整理、后台数据进行集中管理和归档，并形成相应的统计报表和报告，便于管理人员做出相应的决策，提高项目管理效率，降低消耗，节约成本，实现无纸化办公。

施工现场管理主要包括三个子系统的建设：

一是施工信息化管理系统，二是远程自动化监测系统，三是预制构件生产智能管理系统（如：

地铁盾构管片生产）。

施工现场管理系统侧重于对施工现场的人员设备、生产工艺、施工风险因素、安全隐患等内容进行全方位的远程监管，使管理人员能够随时随地掌控施工现场情况，保障安全生产。

对施工现场的信息化建设更能凸显“智慧工地”的本质，因此，接下来对施工现场管理涵盖的子系统建设的内容进行简单介绍。

2.1施工信息化管理系统

施工信息化管理系统集施工现场人员及物资设备进出管理、人员区域定位、施工视频监控、现场环境监测、安全预警、质量监控管理等功能于一体，达到及时的安全预警和高效的指挥调度的目的，满足安全生产管理需求。

系统主要功能的拓扑图如图2所示。

图2施工信息化管理系统主要功能拓扑图

2.2远程自动化监测系统

远程自动化监测系统根据常见施工监测内容采用的传感器及其自动监测方法，建立一套基于物联网技术、云计算技术和移动互联网技术的施工监测管理云平台，并对云平台的架构进行系统构建，研发可提供监测配置、数据采集、计算分析、智能报警等服务接口的开放式系统平台的技术实现。

系统建设内容如图3所示。

图3远程自动化监测系统的建设内容

2.3盾构管片生产智能管理系统

盾构管片生产智能管理系统集管片ERP子系统、生产现场管理子系统、管片流水线、物流管理环节功能于一体，主要的建设内容如图4所示。

图4盾构管片生产智能管理系统主要功能

通过在管片生产现场安装一定数量的传感器，组建生产现场的通讯网络，借助于物联网和云计算技术，通过后台数据的挖掘和系统开发，实现对生产现场的远程监管和物流产品的远程追溯。

3、工程应用与实践

3.1青岛轨交R3线地铁隧道概况

青岛市红岛—胶南城际（井冈山路—大珠山段）轨道交通工程（R3线）PPP项目位于青岛市西海岸经济新区，总体呈东北—西南走向。

传统的地铁隧道施工主要面临四大问题：

一是项目管理层通常不能及时掌握施工现场的人员和设备的具体情况、运动轨迹和就位信息等，加之隧道内施工网络信号的屏蔽，一旦遇到紧急情况，无法及时采取措施，存在较大的安全风险。

二是地铁隧道施工场所是一个相对密闭的空间，地下岩层往往富含各种对施工人员设备的安全构成危险的有毒或易燃易爆气体，轻者妨碍施工的正常进行，严重时会引发爆炸，直接危险施工人员的生命。

三是地铁隧道施工监测的周期长、数据量大、数据来源众多，涉及大量的数据汇总、分析、存储、管理和查询。

将这些数据资料以传统的纸质形式提交至项目管理部门，在一定程度上造成数据共享不及时、数据查询借阅繁琐、沟通不通畅。

四是现场施工质量、施工现场情况，如钢筋绑扎质量等无法远程实时监控，生产管理效率低。

基于物联网和云计算技术建设的青岛R3线轨交施工智能化管理系统，根据工程进度逐步推进，首先可完成工程人员的信息管理、对隧道内各类人员数量和身份等相关信息的实时精确管理；接下来随着隧道施工的推进，逐步完善隧道内人员及设备的区域定位，隧道内环境监测等功能，并根据工程需要及时推进施工视频监控系统的建设。

系统可实现将工程现场的管理信息，通过网络通信在Web和移动终端APP上实时呈现，辅助管理决策，实现隧道工程施工的智能化管理。

3.2施工信息化管理系统平台的开发部署和成果展示

青岛R3线施工信息化系统平台根据工程特点和业务流程，采用B/S结构进行设计开发，定制开发符合施工管理业务需求的线上施工管理平台，并开发了下位机数据采集系统和手机端APP应用以及OA办公系统，实现办公文件分类管理和归档、无纸化办公的目的，节约成本，降低消耗。

3.2.1门户网站

门户网站是对外宣传的窗口，互联网是强有力的工具，能以低代价却很方便的把产品或服务的信息发向全世界的每个角落。

通过门户网站，将在建工程项目展示全世界的面前，可以大大提高工程的知名度，进而增强工程项目的社会影响力。

图5门户网站页面展示

3.2.2施工信息化管理平台

施工信息化管理平台包括两个方面内容的管理，一方面是对安装在施工现场的视频监控子系统、人员进出管理子系统、人员定位子系统、环境监测子系统进行远程监控和相关参数的远程设置，从而保障施工现场安全、有序地进行，使管理人员能够在任何时间、任何地点实时全盘掌控施工现场情况，达到高效的指挥调度和安全预警。

另一方面是对青岛轨交R3线工程总经理部下辖的各个部门的一些内页资料进行归档和管理，便于数据资料的查询、浏览和共享。

图6施工信息化管理平台页面展示

进出管理系统通过在作业井口分别安装闸机和道闸控制系统，利用无线射频技术，实现对出入作业的人员和车辆进出远程监管和电子考勤，具有高速、稳定、不漏检的特点，并且能够将工种、姓名、入井时间等信息实时显示在施工现场的LED大屏上面。

图7进出管理系统效果展示图8LED大屏人员信息实时展示

通过在施工现场一些重要的或者风险因素较多的区域安装监控摄像头，组建通讯网络，将施工现场的视频信号传输至总经理部服务器并解析投放在拼接大屏、信息化管理平台上面，便于管理人员能够多渠道的对施工现场进行远程监管。

图9拼接大屏浏览现场施工状况图10信息化管理平台浏览施工现场情

借助于传感器和数据采集卡以及组建的施工现场的通讯网络，将施工现场的有害或易燃易爆气体的原始数据远程采集，然后传输至总经理部的服务器中，再经过工程标定即可远程掌控隧道内的环境质量

图11隧道内气体监测查询

通过在隧道内安装一定数量的定位基站，组建zigbee无线网络，借助于无线射频技术和物联网技术，并通过后台程序的开发，实现将隧道内作业人员分布情况进行远程的区域定位。

图12区域定位效果展示

3.2.3APP客户端

手机APP应用的开发提供了一个现场施工人员与项目部管理人员关于现场施工信息共享的媒介，有效提高现场管理的即时性，能够随时随地对施工现场情况进行远程监管。

图13APP首页图14人员出入数据查询图15监测报告浏览

3.2.4OA办公系统

为满足组织日常办公需求，提高办公效率，保障关键信息在决策层、管理层、基层信息迅速、准确的传递，并对资源高效地收集、传输、存储和共享，因而建设内部办公自动化网络应用平台，加强协作，提高整体工作效率。

图16移动客户端图17PC端办公流程审批

4、结论与展望

“十三五”时期，全球信息技术革命持续迅猛发展，“互联网+”和大数据上升为国家战略，物联网、互联网成为智慧工地的重要基础设施，信息化是实现智慧工地的重要载体和手段，对行业治理体系和服务模式必将产生广泛而深刻的影响。

虽然以青岛轨交R3线为背景展开的施工信息化管理系统平台的研发和应用只是建设智慧工地、建设综合的项目信息化管理平台其中一个方面的建设，存在一定的不足和缺陷。

但是，在保障安全生产建设的前提下，能够大大减少管理人员的压力，提高生产建设效率，带来了较为深远的经济、社会效益。

在建设R3线施工信息化管理系统平台过程中所积累的经验、积淀的技术必将在未来的大型建筑工程项目中推广应用，对于打造“智慧城市”、“智慧未来”具有借鉴和指导意义。