淺談智慧工地中物聯網技術應用

田昉

（北京城市軌道交通咨詢有限公司）

1 智慧工地概述

智慧工地將更多人工智能、傳感技術、虛擬現實等高科技技術植入到建筑、機械、人員穿戴設施等各類物體中，形成“物聯網”，實現工程管理干系人與工程施工現場的整合。軌道交通施工周期長、工法復雜、涉及機械設備眾多等原因使得需要用以一種“更智慧”的方法來改進工程各干系組織和崗位人員相互交互的方式，以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應速度，降低信息傳遞不暢造成的安全風險隱患，及時收集傳輸工地人員、設備、物料、環境信息至相關政府機關、建設、監理等單位，積累相關數據，為管理層提供決策依據。

2 物聯網概述

物聯網(Internet of Things,IoT)包含大量低能耗、低成本、存儲與計算能力受限、經常休眠的設備,因此需要保證不同種類的感知設備和控制設備在異構環境下高效互聯互通[1]。

傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。由于物聯網用途廣泛，遍及智能交通、環境保護、工業監測等多個領域。相關專家預言：未來10年內，物聯網一定會像現在互聯網一樣高度普及，且有萬億元級的市場空間[2]。

2.1 LPWAN物聯網技術介紹

下一代移動通信網絡—5G服務的三大應用場景包括：增強移動寬帶(enhanced Mobile Broadband,eMBB)、大規模機器類通信(massive Machine Type Communications,mMTC)和超高可靠性低時延通信(ultra-Reliable and Low La-tency Communications,uRLLC)[3]。

eMTC（enhance Machine Type Communication）增強機器類通信與mMTC都是大規模物聯網應用場景技術應用。mMTC和eMTC各自側重點不同，mMTC主要是人與物之間的信息交互，eMTC主要體現物與物之間的通信需求。

2.2 NB-IoT技術特點

廣覆蓋、低功耗、大連接、低成本的優勢使得NB-IoT能夠大規模、遠距離接入終端設備，適用于軌道交通智慧工地復雜應用場景。

國內現階段NB-IoT技術研發主要由華為推動，由運營商建網。運營商使用政府下發的FDD-LTE牌照開發NB-IoT，使用NB-IoT技術的終端必須使用運營商的NB-IoT網絡，企業無法獨立建網，是NBIoT網聯網技術在國內應用的特點。

2.3 eMTC技術特點

eMTC相比NB-IoT，有五個優勢：

1）速率高

MTC支持上下行最大1Mbs的峰值速率，在保證覆蓋和功耗的基礎上足以支撐更豐富的物聯應用，如低速視頻、語音等，智慧工地上視頻數據可采用eMTC技術傳輸。

2）移動性

NB-IoT的移動性差，只支持重選，不支持切換。所以，它一般都用于不怎么需要動的領域，例如水表電表及路燈井蓋。但eMTC不同，它支持連接態的移動性，物聯網用戶可以無縫切換，保障用戶體驗。因此，在智慧工地中eMTC更適用于智能安全帽、智能巡檢設備這樣的可穿戴設備。

3）可定位

基于TDD的eMTC，利用基站側的PRS測量，在無需新增GPS芯片的情況下就可以進行位置定位。這樣一來，更有利于eMTC在智慧工地人員定位、機械設備定位、物料跟蹤等場景的普及。

4）支持語音

eMTC技術可支持語音傳輸，而且支持ⅤoLTE。因此，在智慧工地中eMTC可被廣泛應用到緊急呼救相關的物聯設備中，如智能安全帽可實現語音雙向通信功能，可大幅度提高工地應急反應能力，降低安全風險。

5）支持LTE網絡復用

eMTC可以基于現有LTE網絡直接升級部署，和現有的LTE基站共站址共天饋。這個特點使其可利用到運營商基站快速部署物聯網，智慧工地如車輛段、明挖車站等地面施工區域可直接利用運營商基站，向運營商繳納租用、流量費，施工完成后撤銷，可節省硬件成本。

3 智慧工地物聯網技術應用

軌道交通智慧工地管理系統按照北京市住建委《智慧工地技術規程》DB11/T 1710-2019要求梳理為八個模塊：勞務人員管理、機械設備管理、物料管理、進度管理、環境與能耗管理、安全管理、質量管理、視頻監控功能。這八個模塊涵蓋了工地上人、機、物、法、環這些關鍵要素，智慧工地邏輯架構從上到下分為應用層、數據層、網聯網采集層，前端數據采集設備通過物聯網技術連接起來通過工地物聯網管理平臺上傳至數據層，為安全管理、質量管理、機械設備管理、環境監測等模塊積累數據，部署在應用層的智慧工地應用模塊也通過物聯網下發互動指令到前端設備，實現前端與后端的互動。

項目施工建設現狀，通過提高數據信息的準確性才能為工程項目建設提供保障。目前，國內軌道交通行業快速發展的同時，將目標定位為根據社會發展需要構建一套集智能、互通互聯以及共享于一體的現代管理系統，對工程項目施工全過程加強管控。

3.1 典型物聯網應用場景-智能安全帽

智能安全帽系統利用物聯網技術實現定位、感知、預警、語音對講等功能，是智慧工地實現勞工垂直化管理的關鍵手段。eMTC技術可支持語音傳輸，可利用基站側的PRS測量實現人員定位功能，滿足工地勞務人員雙向對講、人員所處位置定位兩大功能需求。

3.2 機械設備運行狀態監測

除了人員管理，機械設備管理也是智慧工地工作的重中之重。軌道交通工地上使用設備復雜，涵蓋從大型龍門吊到小型電葫蘆、電焊機，設備與設備之間距離較遠，很多小型機械不帶電使用，這就要求其集成的物聯網模塊需自身電池供電。NB-IoT以其廣覆蓋、低功耗、大連接、低成本特點完美解決了上述問題，實現了工地設備運行狀態實時監控、即時預警功能。

3.3 高支模、深基坑檢測

高支模、深基坑檢測是住房城鄉建設部辦公廳發布《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》中重要檢測項之一。以物聯網技術為基礎的高支模監控利用前端傳感器實時監測高大模板的立桿軸力、支架變形和模板沉降,其具有危險報警、超限預警和實時監測等功能系統主要是由監控軟件、智能采集儀和前端采集器等共同組成。深基坑檢測中傳感器可對基坑內部軸力檢測、土體內移等關鍵數據實時檢測并傳輸到后端服務器。

4 智慧工地物聯網技術未來展望

智慧工地物聯網技術在未來會逐漸與5G關鍵技術融合，可以從國際、國內兩方面來看物聯網技術的發展。未來智慧工地一定是基于NB-IoT、4G（Cat1）、5G等關鍵技術，各項技術標準協同發展的物聯網架構體系，不同應用場景使用不同物聯網技術，可實現人員、設備、物料等工地關鍵要素的互聯，真正實現軌道交通工地上的“萬物互聯”。