物聯網智能建筑施工技術探討

王春暉 中核四達建設監理有限公司

建筑行業是我國的支柱性產業之一，在社會經濟發展過程中起到了巨大推動性作用。近些年中我國城市化建設腳步提速，建筑企業之間的競爭壓力也明顯增加，建筑企業為提升自身的競爭實力，在建筑市場內有一片立錐之地，就應加強建筑工程施工過程及質量控制力度，一改過往粗放式管理格局，真正實現精細化、最智能化、整體化管理，創造出更理想的工程效益。使物聯網技術和建筑施工現場管理相結合，能及時處理各種實際問題，最大限度地提升現場管理水平[1]。

一、概念分析

（一）物聯網

物聯網是以電子技術與計算機科技為基礎發展起來的，技術核心是以電子芯片為支撐把實物體接進互聯網平臺上，進而打造出物物相互關聯的大格局。在互聯網時代背景下，互聯網中也可以利用平板電腦或手機向一個物體實現跨越。在這個過程中，需要把計算機和電子芯片規范化的接進網絡內，在此基礎上進行有關操作調控。物聯網技術通過把不同物體接進網絡中心，促進數據信息的有效交互進程，及時整合有關信息，達到真正意義上的智能化操作。從這個角度上分析，網聯網有十分廣闊的應用前景。

（二）物聯網的智能建筑

新時期下，我國智能建筑內設置了30多個子系統，以安防設備監測、智能家居控制、智能機器人等，并且在網絡平臺上已建設出十分完善的融合子體系，其也是互聯網科技下智能化建筑的重要構成，進而更有效的滿足廣大建筑業務及物業的多樣化應用需求[2]。在高端科技的引領下，系統的使用功能呈現出持續拓展趨勢，其潛移默化地影響著智能建筑的發展進程。盡管一些技術持續更新，但嚴格上將其并不是真正意義上的智能建筑。后期我們要持續探究物聯網和智能建筑領域有效融合的途徑，需要重點考慮的問題是整個體系為是動態的還是靜態的，為達成以上目標，要積極思考有效結合系統和人類生產生活活動，建造不同系統之間密切關聯性等實際問題。

二、中國物聯網的發展現狀

眾所周知，當前尚未無線通信網絡對城鄉地區已經實現了整體覆蓋，無線網絡是“物聯網”功能實現的一個重要基礎設施，將其組裝在動植物、實物體或者設備設施上，那么電子介質生成的數字信號能基于無線網絡實施傳送到外界。合理應用“云計算”技術，能動態管理成千上萬的多類物品，為滿足IP地址需求量急劇增加的實際情況，加速下一代互聯網協議IPv6網絡的應用進程，那么將會給物聯網的發展創造更優良的條件。物聯網實際應用時，多把公共無線網絡作為載體，基于4G、5G網絡實現遠程通信，也有一些運用了固定光纖接入形式，在近距離通信范疇，主流技術逐漸支持IPv6的應用進程，Bluetooth、UWB等均是當下常用的近距離無線通信技術。

早在1999年時中科院就投身到傳感網研究領域，其在智能傳感器的網絡通信、移動基站等諸多方面均取得優異成績，當前已經構建了由材料、技術到網絡的完整產業鏈。2010年，我國工信部將物聯網發展設定成我國信息產業的一大發展目標據稱，中國已經規劃于2020年前投入3.86億元資金用在物聯網研發領域[3]。

三、智能建筑施工中物聯網技術應用

（一）建材進場與庫存管理

當物聯網技術和建筑工程施工過程相結合，建材進場時，各類材料的包裝表面均會張貼

一個電子芯片作為相關信息載體，這種芯片最大的特點是能為建筑商品提供特殊的數據編碼，且能夠利用無線電波信號機實時傳輸該編碼的數據，當部分編號信息被整合至射頻辨識范疇時，物聯網系統將會即可開啟自身功能，即可將其轉型成數字化信息，隨后將其完整的儲存在建筑工程信息管理平臺上。材料存儲時，因為其自身帶有電子標簽，會明顯降低材料盤點工作的難度，應用閱讀器便能直接精準的閱讀電子標簽，其還能快速整理出材料的尺寸大小、品類、屬性等列表，并將其和領用表進行對比分析，及時探查到材料在數目、規格大小等方面出現的異常改變，能夠實現真正意義上的日清日結，并動態檢測材料的實際庫存情況，一方面規避因材料短缺引起的停工和誤工情況，另一方面也減少大量材料囤積的情況。如果部分材料被盜，若工區周邊的智能信息閱讀器檢測到相應的電子標簽時，則將會自動觸發報警裝置，借此方式使現場材料的安全性得到更大保障[4]。

和傳統的人力開展材料管理工作相比較，在物聯網技術的協助下，任何建材進場及庫存環節具有更強的針對性、系統性，在這樣的工況下，材料管理的精準度也得到保障，為建筑工程施工活動高效提供可靠支撐。

（二）施工圖預算制定

制定施工圖預算是現代建筑施工管理工作的重要構成，編制質量對工程造價高低起著決定性作用。不管是預算編制說明、單位工程計價、程序表等均屬于預算編制的重要構成部分，另外其還囊括單位項目價差表、預算表、施施工要素用量匯總表等內容。當以上內容的合理性、系統性均達到保障時，工程預算編制的實用性將會明顯體現出來，進而更科學合理地控制項目成本。建筑施工活動中合理應用物聯網技術，能用信息管理平臺完整的呈現出工程設計規劃、建設施工、各類資源消耗等內容，使預算編制工作的規范性、系統性得到更大保障，進而為工程數據分析及整理等方面體現出較高價值，為工程建設提供更科學指導。

（三）人員管理

將物聯網技術用于建筑人員管理中，主要涉及如下兩個方面[5]：其一是在計算機實名管理系統的協助下，完整的錄入項目建設人員內的姓名、樣貌與體態特征等信息，利用其實現對現場工人的精細化管理，規避外來閑雜人員隨意進入工程場區，使建筑現場施工安全性、有序性得到更大保障；其二是在物聯網后臺分析及云服務的支持下，能有效分析施工隊伍的規模大小、具體數目，進而為人力資源管理、調配及項目質量進度管理等提供可靠依據，會明顯提升工程參建人員管理的科學化、智能化水平。

（四）物聯網質量監控

質量管理是建筑管理工作的核心內容，也是物聯網技術應用的一個重要方面。實際施工中，時常要對隱蔽工程進行抽樣檢測檢驗，分析檢驗結果并判斷其是否符合工程質量設計要求，以上這種傳統方法最大的不足是無法檢測出所有的隱蔽工程項目。另外，一些隱蔽工程質量管理時應用的是破壞性檢測辦法，對項目自身質量就構成一定損害。以物聯網技術為基礎把能反映項目質量參數的傳感器安置在隱蔽工程局部，用于采集相關信息，再參照BIM系統內的三維信息就能準確定位到各個隱蔽工程的關鍵位置，進而判斷出實際建設質量是否符合相關要求。既往有大量的實踐表明[6]，一套完整的感應器采集系統配合BIM的三維信息報警系統，能夠下注提升工程質量缺陷問題的檢出效率，把質量問題帶來的損失降到最低。

（五）監控管理

連續監測事物狀態及作業過程，對突發事件及時作出響應，這是物聯網技術在建筑工程領域中的一個重要應用方面，也能充分地體現出該項技術的應用價值。光纖傳感器有反應靈敏度高、體積微小、便于埋設、對被檢測場不會產生干擾、抗電磁及抗干擾能力強、能夠實現分布測量等諸多特點，將其用在智能建筑施工管理領域將會表現出巨大效能。并且還可以規劃設計出一些外供工作活動必需的事實信息去協助作業人員形成過程意識的智能化工具，比如選擇壓縮工期作為原動力的氣動式路面破碎設備，其優勢主要表現在工效高、穩定性強、反沖力弱、耐磨損等方面，能快速執行鋼筋砼、巖石或者瀝青路面的破碎任務，使用范圍較廣，包括道路、橋梁、建筑物、市政給排水管網等養護、搶修等[7]。

運用物聯網技術能科學預測高層建筑、道橋、水壩等主體結構的荷載情況，針對突發事件作出緊急響應。可以嘗試把光纖光柵傳感器張貼在建筑結構的表層或者事前埋進結構內，同時對結構進行沖擊檢測、外形控制及振動阻尼測試實驗等，進而更全面的監測建筑結構的質量缺陷，及時修補或完善。

（六）施工安全管理

大部分建筑施工活動是在露天環境下進行的，安全隱患因素隱匿在各個角落，實現生產安全是當前工程各大承包商及有關部門急切要落實的工作內容，將以BIM技術為基礎的物聯網用于工程安全管理實踐中，能夠顯著改善以上情況。例如，在臨邊洞口、出入口防護棚、電梯井口防護等上應用無線射頻識別系統，并把相應的編號、防護級別、報警儀器等載進標簽芯片內，且要使其和工程安全管理中心的BIM系統之間建立對應關系，實現對危險因素的實時動態監測[8]。也可以嘗試把無線射頻識別系統用在高空作業工人的安全帽、安全帶等上，在BIM系統內也能實現準確定位，若其操作行為不符合相關規定時，那么身份識別牌和BIM系統內的有關定位就會同時報警，幫助管理人員準確定位隱患所處方位，快速采用相應辦法以規避發生危險事故。

（七）成本控制

建筑工程施工時出現實際工程量的改變及部分工程返工是導致工程建設成本改變的主要原因。結合使用BIM系統和物聯網技術能結合施工時間、位置、工序等要素差異去統計信息，編制周密的物資采購計劃，并且為物料批次標注無線射頻識別標簽，進而更加精準的控制物料的進出場時間與質量。以防因管理不規范而導致部分物料損耗量顯著增加，或者由于物料短缺而出現停工或者誤工等不良情況[9]。

復雜鋼結構裝配實踐中，可以應用無線射頻識別系統把芯片分類組裝在各鋼結構構件上，再把相應的讀取器布置在BIM信息模型內。裝備施工時要確保所有構件一定和BIM模型內代碼相互匹配，反之將會以報警方式將相關信息傳遞給工程技術人員，力爭將裝配操作錯差率降到最低。

四、以物聯網技術為基礎的施工現場處理方案

（一）人員車輛管理

1.數據信息的原始化：包括為工程現場管理、參建工人及其他臨時工制作并發放人員身份卡；針對場區內常駐車輛，為其發放車輛身份卡；為施工用安全裝備，比如安全帽、安全帶等，張貼無線射頻識別標簽；

2.全面采集數據：當有工人或車輛進出施工場區時，系統自動采集身份信息及安全帽信息等；快速抓拍圖像[10]。

3.數據校對：系統能自動校對驗證，判斷人員是否準許進出，安全防護是否準確到位。

4.結果反饋：針對最后所得處理結果，系統自動將其反饋到控制門閘，門閘自動放行或傳遞出錯誤、告警信號。

（二）施工過程監控

1.在基坑局部布置網絡攝像頭。

2.特定位置安置壓力或松動、透水傳感器，當現場壓力或濕度或水分值抵達臨界點時，自動把相關信息傳送到后臺，并作出警報。精準記錄壓力變化情況，為后期分析創造便利性[11]。

（三）動態追蹤

1.預構模型：即在系統內建設建筑整個區域分布狀況。

2.于各樓層出入口布置控點，用于收集樓層出入數據、實時監控。

3.圖表顯示：結合ID選出最適宜的顯示路徑，參照控點查閱路徑信息、遠程桌面呈現。

（四）物資管理

1.入庫：包括數據信息的初始化；自動手機數據；數據比較分析；結果反饋。

2.出庫：結合施工計劃領用建材；自動收集出庫物料信息；信息對比；反饋結果，即結合對比結果開展出庫或者異常處理工作[12]。

（五）施工進度管理

1.完整的錄入施工進度計劃信息；

2.自動采集、分析、處理轉換每日采集的人員、物資信息等。

3.結合本日進度執行情況動態做出反饋。

五、結語

物聯網智能建筑施工是新時期下建筑行業的主流發展趨勢，其對施工質量及管理工作效率均會形成較大影響。不管是施工技術人員還是管理人員，一定要充分認識到物聯網技術的優勢，結合工程實況規范化應用，只有這樣才能持續提升物聯網技術的應用水平，為我國建筑行業壯大發展保駕護航。