物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用分析

江南大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院 邢 雨 梁 慧 連俊英

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用分析

江南大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院 邢 雨 梁 慧 連俊英

一、物聯(lián)網(wǎng)概念的引入

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大的網(wǎng)絡(luò)，其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使系統(tǒng)可以自動、實(shí)時地對物體進(jìn)行識別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)的事件。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)是RFID技術(shù)，通過帶有多種傳感器的RFID電子標(biāo)簽，組成一個巨大的傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全球物品信息的實(shí)時共享。隨著科技的不斷進(jìn)步和信息化程度的不斷加強(qiáng)，物聯(lián)網(wǎng)有著十分廣闊的發(fā)展空間，對實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)、交通和家庭起居具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用分析

1.有利于實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)的系統(tǒng)管理。土木工程的產(chǎn)品是固定的，而生產(chǎn)活動是流動的，這就構(gòu)成了建筑施工中空間布置與時間排列的主要矛盾。加上又受建筑施工生產(chǎn)周期長、綜合性強(qiáng)、技術(shù)間歇性強(qiáng)、露天作業(yè)多、受自然條件影響大和工程性質(zhì)復(fù)雜等方面的影響，施工任務(wù)往往由不同專業(yè)的施工單位和不同工種的工人、使用各種不同的建筑材料和施工機(jī)械來共同完成，其協(xié)作配合關(guān)系亦較復(fù)雜，這就進(jìn)一步增加了建筑施工矛盾的復(fù)雜性。要想順利地進(jìn)行施工，就必須強(qiáng)化施工的組織工作。建設(shè)項(xiàng)目的組成如圖1所示。

圖1 建設(shè)項(xiàng)目的組成

一個大型的建設(shè)項(xiàng)目往往由很多的分項(xiàng)工程組成。進(jìn)行施工的組織管理時，如能采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)制定并實(shí)施網(wǎng)絡(luò)計劃，既可以充分利用空間，又可以爭取時間，保證各工作隊(duì)能夠連續(xù)作業(yè)，不至于產(chǎn)生“窩工”等現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)是指用網(wǎng)絡(luò)圖表示計劃中的各項(xiàng)工作之間的相互制約和依賴關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，通過各種計算和分析尋求最優(yōu)化計劃方案的實(shí)用計劃管理技術(shù)。將網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)運(yùn)用于工程建設(shè)活動的組織管理中，不僅要解決計劃的編制問題，而且更重要的是要解決計劃執(zhí)行過程中的各種動態(tài)管理問題。基于射頻識別技術(shù)（RFID）以及無線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（WSN）的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一方面可以廣泛地收集信息，并通過傳感網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)輸送到計算中心綜合處理，以達(dá)到構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)籌全局安排的目的；另一方面，又能及時地獲得施工現(xiàn)場人員、機(jī)械和施工環(huán)境的動態(tài)信息，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，并及時進(jìn)行指導(dǎo)和控制，使人員和機(jī)械的配置更加合理，從而達(dá)到管理的優(yōu)化。其中，單代號網(wǎng)絡(luò)計劃如圖2所示。

圖 2 單代號網(wǎng)絡(luò)計劃

2.有利于提高施工質(zhì)量。土建施工規(guī)模大、工期長，整體施工質(zhì)量很難得到保證，一旦出現(xiàn)失誤，就會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠把各種機(jī)械、材料、建筑體通過傳感網(wǎng)和局域網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)處理和控制，同步監(jiān)控土建施工的各個分項(xiàng)工程，嚴(yán)格保證了施工質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對施工質(zhì)量的意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）精確定位。定位和放線工作是進(jìn)行施工的首要步驟，其精確程度直接決定了施工質(zhì)量能否達(dá)標(biāo)。傳統(tǒng)的施工定位主要是使用一些光學(xué)儀器和簡單的測量設(shè)備，其精度較低，容易產(chǎn)生累加誤差。通過物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)，可以快捷測得待定位點(diǎn)附近事物的局域坐標(biāo)，并依此進(jìn)行定位。

（2）保證材料質(zhì)量。材料（包括原材料、成品、半成品、構(gòu)配件）質(zhì)量是整個工程質(zhì)量的保證，只有材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，工程質(zhì)量才能符合標(biāo)準(zhǔn)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑原材料供應(yīng)系統(tǒng)以微電子芯片作為數(shù)據(jù)載體，將其安裝到建筑原材料包裝上，可以通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。微電子芯片可以對任何物品給予唯一的編碼，并且，射頻技術(shù)可突破條形碼必須近距離直視才能識別的缺點(diǎn)，無需打開商品包裝或隔著障礙物即可識別，并可進(jìn)行批量識別，商品一旦進(jìn)入射頻識別的有效區(qū)域，就可以立即被識別并轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信息。同時，還能可對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑原材料供應(yīng)鏈全過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和透明管理，隨時獲取商品信息，提高自動化程度，使供應(yīng)鏈管理更加透明，并實(shí)現(xiàn)智能化供應(yīng)鏈管理。

（3）環(huán)境控制。影響工程質(zhì)量的環(huán)境因素主要有溫度、濕度、水文、氣象和地質(zhì)等，各種環(huán)境因素會對工程質(zhì)量產(chǎn)生復(fù)雜多變的影響。散布于施工場地的各種傳感器能將這些環(huán)境因素的變化及時傳輸?shù)教幚碇行模⑾蚬芾砣藛T提供警示，為管理人員采取防御措施爭取寶貴的時間。

（4）對受損構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)救。在施工時將RFID標(biāo)簽安裝到構(gòu)件上，可以對各個構(gòu)件的內(nèi)部應(yīng)力、變形、裂縫等變化實(shí)時監(jiān)控。一旦發(fā)生異常，可及時進(jìn)行修復(fù)和補(bǔ)救，最大限度地保證施工質(zhì)量。

3.有利于保證施工安全。改革開放以來，隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展，施工事故也頻繁發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，我國每年建筑施工的傷亡人數(shù)在各個行業(yè)中僅次于采礦業(yè)和交通業(yè)，位居第3。施工傷亡事故的頻繁發(fā)生，無情地奪去了無數(shù)建設(shè)者的生命，也給國家和企業(yè)造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，對建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和社會穩(wěn)定構(gòu)成了不小的壓力，造成了不良的影響。安全問題貫穿于工程建設(shè)的整個過程，影響施工安全的因素錯綜復(fù)雜，管理的不規(guī)范和技術(shù)的不成熟等問題都有可能導(dǎo)致施工安全問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要可以從以下幾個方面減少事故的產(chǎn)生，保證施工安全：

（1）生產(chǎn)管理系統(tǒng)化。即通過射頻識別技術(shù)對人員和車輛的出入進(jìn)行控制，保證人員和車輛出入的安全。通過對人員和機(jī)械的網(wǎng)絡(luò)管理，使之各就其位、各盡其用，防止安全事故的發(fā)生。

（2）安防監(jiān)控與自動報警。無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)內(nèi)置的不同傳感器，能夠?qū)Ξ?dāng)前狀態(tài)進(jìn)行識別，并把非電量信號轉(zhuǎn)變成電信號，向外傳遞。通過集成不同模式的無線通信協(xié)議，信息可以在無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、廣播電視、衛(wèi)星通信等網(wǎng)絡(luò)之間相互漫游，從而達(dá)到更大地域范圍的網(wǎng)絡(luò)連接。云計算技術(shù)的發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模化相得益彰。自動報警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)逐步規(guī)模化，數(shù)據(jù)會變得異常龐大，通過運(yùn)用云計算技術(shù)，可以在數(shù)秒之內(nèi)達(dá)成處理數(shù)以千萬計甚至億計信息的目的，可對物體實(shí)現(xiàn)智能化的控制和管理。

（3）設(shè)備監(jiān)控。即把感應(yīng)器嵌入到塔吊、電梯、腳手架等機(jī)械設(shè)備中，通過對其內(nèi)部應(yīng)力、振動頻率、溫度、變形等參量變化的測量和傳導(dǎo)，從而對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以保證操作人員以及其他相關(guān)人員的安全。

4.具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，建筑市場十分火熱，越來越多的企業(yè)投入到施工建設(shè)行業(yè)當(dāng)中。提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益不僅意味著盈利的增加和企業(yè)競爭力的提高，也有利于國民經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用，必將大大提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（1）材料成本的降低。材料成本在工程預(yù)算中占有很大的比重。通過采用RFID技術(shù)對材料進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)建筑原材料的供應(yīng)鏈的透明管理，可以便于消費(fèi)單位選取最合適的材料，省去中間環(huán)節(jié)，減少材料的浪費(fèi)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，材料成本可以達(dá)到最大限度的控制。

（2）提高效率，節(jié)約時間。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對人和機(jī)械的系統(tǒng)化管理，使得施工過程井井有條，有效地縮短了工期。另外，管理的優(yōu)化可以大大地節(jié)約人力成本和租用機(jī)械的費(fèi)用，對提高經(jīng)濟(jì)效益也有很大的幫助。

（3）及時補(bǔ)救和維護(hù)。基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控技術(shù)，可以從源頭上發(fā)現(xiàn)建筑構(gòu)件的錯誤和缺陷并及時補(bǔ)救，從而避免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。