5G技術在智慧工地應用探討

文｜國家電網有限公司直流建設分公司 向宇偉 陳新剛 謝永濤 曹建泉 巨斌 陳鄂球

智慧工地系統已經廣泛的應用于工程建設中。但是傳統無線通訊技術由于施工現場環境復雜，無法有效傳輸現場信息，采用光纖等有限傳輸技術，現場施工易挖斷光纖導致傳輸中斷。傳統通訊技術影響了智慧工地的數據傳輸，限制了智慧工地平臺的部分功能。5G通訊技術則能夠解決以上問題。

一、智慧工地概述

智慧工地是一種工程施工管理體系，指在工程施工過程中運用BIM 模型、物聯網技術、VR 技術、定位技術等手段對工程進行管理，準確預測工程施工中出現的問題，并及時制定解決方案。智慧工地建設目標是圍繞施工現場“人、機、料、法、環”各模塊，實現對人員、車輛及施工進度、安全質量的實時動態管控，打破傳統施工現場粗放型管理方式，實現“安全、高效、高質”項目現代化生態圈。

圖1 新型智慧工地構架

二、5G技術優勢分析

3月4日，中共中央政治局常委召開會議，從統籌推進疫情防控和經濟社會發展的的大局出發，作出了加快5G等新型基礎建設進度的工作部署。4月1日，習總書記在浙江考察時，強調要抓住產業數字化、數字化產業賦予的機遇，加快5G網絡等新型基礎設施建設。這一系列舉措體現出國家層面對5G發展重視。5G技術應用于智慧工地主要有以下幾點優勢：

1.穿透性強

施工現場環境復雜，施工現場各種建筑材料堆放，大型施工機械作業，很多大型工程地處偏遠地區，現場氣象、地質環境復雜。2G、3G、4G 都存在著穿透能力不強的弊端，障礙物會影響其傳輸速度，在情況復雜的施工現場情況下，傳統的通訊技術會造成數據傳輸緩慢，導致現場數據不能及時傳輸到智慧工地平臺，無法達到實時監控的目標。5G技術具有強穿透性的特點，能夠克服施工現場環境復雜的不利因素，實現現場信息即時傳輸。

2.超高速率

5G網絡下行峰值速率可以達到20Gbit/s，上行峰值速率可以達到10Gbit/s，是目前4G 通訊技術的20 倍。如此超高速率，使得智慧工地云平臺能在極快的時間內接收來自施工現場的大量信息。

3.低時延高可靠性

理想狀態下，5G的時延速度是毫秒級，端到端的理想時延是10ms 左右，LTE 的端到端的典型時延是50-100ms，5G的時延是4G 的十分之一。5G將實現誤碼率小于十萬分之一，提升了數據傳輸的穩定性。低時延高可靠性，對于施工現場的視頻監控設備、單兵設備有極大的意義，能真正保證實時監控現場情況，第一時間排查現場質量、安全隱患，遠程處理現場突發情況。

4.兼容性強

在傳統的通訊網絡框架內，不同的通訊技術之間兼容性不佳。為了實現工程建設通訊的需要，施工現場布置了手機網絡、無線WIFI 網絡，無線電通訊等方案。5G無線通信技術作為第五代通信技術，巧妙的融合了2G、3G、4G 通信協議和NFC、WIFI 等通信技術，具備著較高的兼容性，一定程度上減少了后期維護和開發成本。

5.設備安裝簡單

5G設備容量是4G 設備的20 倍，但是體積大幅縮小、重量大幅減輕，安裝更為便捷。很多大型工程周邊地質環境復雜，5G網絡的安裝上的便攜，可以更為方便建立智慧工地通訊系統。

三、5G通訊技術在智慧工地應用研討

3.1 工程概況

該工程是我國電力發展規劃重點工程。該工程位于四川省涼山彝族自治州，工程總占地面積29.38 公頃，海拔高度2468m，地震烈度8 度。該工程在智慧工地平臺的基礎上，加上了5G通訊技術的應用。

3.2 智慧工地系統主要構架

智慧工地平臺整體架構分為感知層、傳輸層、支持層、應用層、用戶層5 層，平臺的建設依據行業標準和管理體系保證系統的質量和安全。系統架構如圖1所示。

3.3 5G技術在智慧工地建設中的主要應用

3.3.1 視頻監控

該工程在施工現場內設置了13 個智慧燈塔，其中12 個智慧燈塔在施工場地內，一個智慧燈塔在塔吊頂端。智慧燈塔上設置了常用照明設備之外，還安裝了高清攝像頭。5G通訊技術能夠實現實時傳輸現場圖像，同時，能夠將信息傳輸到手機端，管理人員能夠隨時隨地了解現場實際情況。

3.3.2 環境監測

施工現場布置了微氣象站，微氣象站包括：風速傳感儀、溫度傳感儀、PM2.5顆粒檢測儀等傳感器。通過傳感器能夠搜集溫度、濕度、風速、風向、氣壓、噪聲以及空氣污染情況等環境要素信息。通過5G通訊技術將信息傳輸到智慧工地平臺，同步展示環境信息。環境監測系統與報警、控制措施聯動，對安全施工提供科學指導。

3.3.3 安全管控

為應對疫情，進站閘機設置了紅外測溫裝置，實現批量人員體溫測量，快速找出體溫異常個體，提高防護水平。工程現場設置了電子圍欄、車輛防碰撞雷達等安全設施有利于施工現場設備安全，降低施工事故。運用虛擬現實技術，建立VR 體驗館，建立施工現場危險情景模型，提供虛擬體驗，加強工人安全意識。通過5G通訊技術和物聯網技術，采集現場施工人員的進出站及軌跡信息、安全工器具的佩戴與使用信息，對施工人員主要安全隱患、高危區域、問題、規律進行動態監控，實現對現場人員的精準安全管控。

3.3.4 質量管理

利用5G技術、藍牙、GPS、物聯網等技術手段，對關鍵施工作業進行智能監測，將檢測過程數據傳輸到統一的平臺當中，避免人為操作偏差與主觀失誤。實現了現場動態感知，形成圖像、指標參數數據，主體建筑、關鍵設備安裝環境監控、混凝土溫度監測、墻體沉降自動觀測，進行實時、精準的全要素管控。施工作業信息化監控是管控工程實體質量的重要措施，也是目前工程建設現場信息化應用的薄弱環節。

3.3.5 技術交底

平臺展示現場數字化三維設計、數字化施工，集中進行設計方案校核、圖紙交底、施工方案推演等工作，實現可視化交底管理。展示大件運輸模擬、大跨度鋼結構吊裝模擬、大型設備安裝。現場交底支持指紋識別，視頻記錄，5G技術改變了傳統現場技術交底信息無法無線傳輸的問題。

四、總結

智慧工地系統的飛速發展對通訊技術提出了新的要求，5G作為信息基礎設施的核心領先技術，相較于傳統技術有著不可比擬的優越性。抓住5G技術的先進性、便攜性，進一步完善智慧工地系統，提升工程施工質量，保障建設安全，促進建筑行業轉型升級。