智能傳感器在高速公路智慧工地的應用

針對傳統的建設管理手段效率低下、信息閉塞、數據死角、資源浪費等問題，文章提出將智能傳感器應用到高速公路智慧工地中，在高速公路施工管理中植入物聯網、無線智能傳感器、計算機視覺技術以及RFID等智能感知設備，對工程參數、人員數據進行實時采集，實現管理層與工程項目、管理層與施工人員之間數據的互聯互通，可充分利用BIM+物聯網技術實現對項目和人員的精細化管理管控，促進高速公路施工管理的智慧化和高效化。

智慧工地；物聯網；高速公路；智能傳感器；BIM+物聯網

U491.1+16A571863

作者簡介：

羅志高（1985—），碩士，工程師，主要從事高速公路交通機電設備維護及公路運營管理工作。

0" 引言

當前建筑項目管理面臨項目多、分布廣的挑戰，傳統模式成本高且信息收集不精準。根據《建筑業信息化發展綱要2016—2020年》的指導，建筑業需加強信息化技術應用，結合無線傳輸、物聯網、云計算等技術，以提升行業的智能化和數字化水平。特別是智能傳感技術，能顯著提高數據采集的及時性和準確性，因此，在高速公路項目中運用智能傳感器至關重要。智慧工地通過物聯網、云計算等技術，精準采集項目管理的各項關鍵數據，旨在實現高速公路項目管理的智能化、數字化和精細化，進而全面提升施工現場的綜合管理水平。

1" 應用背景

通過在高速公路施工管理過程中將物聯網、無線智能傳感器、計算機視覺技術以及RFID等智能傳感器設備植入高速公路智慧工地平臺，充分利用BIM+物聯網技術實現對項目和人員的精細化管理管控，使高速公路施工管理智慧化和高效化。

為提高工程信息溝通力度，高速公路智慧工地系統要實現信息發布、信息查閱、歷史記錄查詢等功能，達到以下效果：

（1）加強各方工程進度管理，通過信息化、可視化、遠程查勘的技術手段實現信息交互確認。

（2）強化施工過程管理標準，強化各分包單位責任意識，通過對各項任務的分配與追蹤，確保各項事務分配到具體責任人，可永久性追溯歷史信息。

（3）加強工程成員安全管理意識，加大安全宣傳力度。

通過信息化管理，將整個建設項目的運行參數和人員信息處理成為電子資料，綜合分析相關資料，為項目管理人員做出判斷提供理論支撐。

2" 高速公路智慧工地現狀

高速公路智慧工地是通過對信息進行全面處理，消除信息閉塞，實現信息共享，達到設備互聯、統一管理、數據互通的目的；通過集中管理，達到智慧工地集中監控、統一布局、協同處理、集成展示的目的。

高速公路智能工地系統由以下部分組成：（1）智能現場管控平臺，主要針對項目現場各項事務進行管理，如進程安排、機械排班、工程質量和工程安全等要素；（2）工程施工管理平臺，主要針對施工生產安排，對各項機械進行數字化標準化指揮，通過大數據分析施工工藝，實現工序升級等目標。

現階段的高速公路智慧工地管理系統主要還是運作在工程事務上，針對某個任務或某個特殊部位進行開發，配以大屏展示的方式，達到對特定方面需求的可視化、精細化管理，尚未形成一套完整的智慧工地管理系統，需不斷地引入新技術，使其更加全面地覆蓋到項目工地的所有介質。此外，高速公路智慧工地管理系統因前期成本投入較高，目前主要在一些大型國有企業中進行嘗試，還未實現全面普及。

高速公路智慧工地管理系統未來的發展方向應是以安全為切入口，采用軟硬件結合的方式實現對項目工地的全方位管理，實現安全管理、環境影響、成本管控、進程安排、人員協同等多方面的結合，發揮大數據在數據分析、環境影響、進度把控、物資管理、安全生產、人員協調等方面的優勢。

3" 高速公路項目管理中智能傳感器的多元應用

高速公路智慧工地系統由物聯網智慧感知層、應用系統層、智慧監管平臺、分析決策層組成。采用智能傳感器與物聯網技術相融合，對工地的現場人員、機械設備、物料調度等信息進行多維度的采集和監測，采用5G傳輸、工業WIFI、光纖互聯、電力貓等多種通信技術對采集信息進行傳輸，將項目現場采集到的原始數據傳輸至系統中心平臺，由中心平臺對原始數據進行清洗、整理、存儲、分析，將信息以可視化、參數化、數據化的方式呈現，便于項目管理人員在安全管理、人員協同、進程安排、投資控制等多方面做出正確的管理決策，以及制定相應的特情處理措施，提升項目管理水平。見圖1。

高速公路智慧工地的核心是在傳統施工管理模式的基礎上，以“更智慧”的方式對項目施工現場實施管理的過程，需要避免傳統模式下存在的信息閉塞及數據死角的弊端，并且要覆蓋至項目全生命周期。通過把智能傳感器植入到建設工地、工程設備、安全機具、場地進出口等，實現數據采集不留死角。

智能傳感器在高速公路智慧工地的應用/羅志高

高速公路智慧工地系統主要實現分析決策、整體監督、現場監控、數據中心、標準化管理等方面的職能。分析決策主要根據大數據智慧分析處理平臺對監控數據進行系統化分析和運算，將運算結果提交至決策系統，為分析決策提供強有力的數據依據；整體監督主要通過智慧監管平臺統一對數據標準、數據規范、數據接口以及對項目各個分包單位進行監督管理；現場監控分為應用系統和物聯網智慧感知系統兩個部分，應用系統主要整合BIM平臺功能以方便管理各個工程子項，物聯網智慧感知系統主要從環境影響、設備排班、人員管理、物料分配方面對高速公路施工現場進行全方位監測，確保施工現場安全穩定運行；數據中心主要存儲整個項目工程的基礎信息，為所有系統平臺提供可靠的數據支撐；標準化管理主要是對項目的合法合規進行管理。

智能傳感器在高速公路智慧工地中主要應用在人員管理、工程機械安全管理、質量監督管理等方面。

3.1" 人員管理

高速公路建設項目普遍存在勞務人員數量多、人員流動性強等特點，如果對人員缺乏有效的監督及管控，容易導致人員管理混亂、勞務糾紛、現場違規操作等各種問題，給項目的質量管控和安全生產埋下隱患，增加管理成本。針對高速公路建設項目中人員管理所面臨的挑戰，可以采用以下智能傳感器和技術來解決施工現場人員管理的問題。

3.1.1" GPS定位傳感器應用

為施工現場人員配備帶有GPS定位功能的可穿戴設備，如智能手環或安全帽上的定位裝置，以解決施工路徑長和人員流動性強的問題。這些設備可以將工人的位置信息實時傳輸到管理系統，精確追蹤工人在長距離施工路徑上的位置，確保他們處于正確的工作區域，并實現對人員的有效管理。

3.1.2" 生物識別傳感器（如指紋識別、人臉識別）應用

在關鍵區域設置生物識別驗證系統，如工地的出入口、重要設備存放區等。通過生物識別技術，確保只有授權人員能夠進入特定區域，減少非授權訪問和潛在的安全風險。準確的身份驗證亦可以減少因身份冒用或工時計算錯誤而引起的勞務糾紛。

3.1.3" 無線通信傳感器與物聯網技術應用

利用無線通信傳感器（如Zigbee、LoRa等）將各個智能設備連接起來，形成一個物聯網系統。通過物聯網技術，可以實時監控工人的操作行為，及時發現并糾正違規操作，且可以實時收集工人的工作數據，幫助管理人員優化工作流程，減少窩工現象。

3.1.4" 可穿戴健康監測傳感器應用

為工人配備可穿戴健康監測設備，如心率監測器、體溫監測器等，實時監測工人的生理指標，及時發現工人的健康問題，防止因疲勞或疾病導致的安全事故，提高工人的工作滿意度和歸屬感。

3.1.5" 環境監測傳感器應用

在施工現場布置溫度、濕度、有害氣體等環境監測傳感器，實時監測環境參數，確保工人在安全的環境中工作，及時發現潛在的環境風險，如高溫、有毒氣體泄漏等，并采取相應的預防措施。

通過結合GPS定位、生物識別、無線通信與物聯網、可穿戴健康監測以及環境監測等多種智能傳感器技術，可以有效地解決高速公路建設項目中人員管理所面臨的挑戰。這些技術不僅提高了施工現場的安全性和管理效率，還有助于降低管理成本并提升項目的整體質量。

3.2" 工程機械安全管理

在智慧工地工程機械安全管理方面，可以運用多種智能傳感器來提升安全性和管理效率。以下是一些可應用的智能傳感器及其具體應用內容。

3.2.1" 壓力傳感器應用

在工程機械的液壓系統、氣壓系統或輪胎中安裝壓力傳感器，可以實時監測機械各部位的壓力變化。當壓力異常時，傳感器會發出警報，以預防因壓力過高或過低而導致的機械故障或安全事故。

3.2.2" 加速度傳感器和陀螺儀應用

通過安裝加速度傳感器和陀螺儀，可以監測工程機械的運動狀態和穩定性。例如，在挖掘機或裝載機的臂架上安裝這些傳感器，可以實時監測機械的運動加速度和角速度，當機械操作過快或存在傾覆風險時，傳感器會觸發警報系統，提醒操作人員減速或調整操作方式。

3.2.3" 位移傳感器和傾角傳感器應用

位移傳感器和傾角傳感器可用于監測工程機械的精確位置和傾斜角度。例如，在塔吊或起重機上安裝這些傳感器，可以實時監測吊臂的伸展長度和傾斜角度，確保吊裝作業在安全范圍內進行。一旦吊裝作業超出安全范圍，傳感器會立即發出警報，防止因超載或傾斜過度而導致的安全事故。

3.2.4" 溫度傳感器應用

在工程機械的關鍵部位，如發動機、液壓油等處安裝溫度傳感器，可以實時監測這些部位的溫度變化情況。當溫度過高時，傳感器會及時發出警報，以預防因過熱而導致的機械損壞或火災等安全事故。同時，溫度傳感器還可以幫助管理人員及時發現并處理潛在的故障點，提高機械的可靠性和使用壽命。

3.2.5" 振動傳感器應用

在工程機械上安裝振動傳感器，可以實時監測機械的振動情況。當機械出現異常振動時，可能是由于零部件松動、磨損或損壞等原因引起的。振動傳感器可以及時捕捉到這些異常信號并發出警報，提醒管理人員進行檢修和維護，避免因機械故障而導致的安全事故。

通過運用壓力傳感器、加速度傳感器和陀螺儀、位移傳感器和傾角傳感器、溫度傳感器以及振動傳感器等多種智能傳感器技術，可以有效地提升智慧工地工程機械的安全管理水平。這些傳感器不僅可以實時監測機械的運行狀態和安全性能，還能及時發現并處理潛在的故障點和安全風險，從而確保工程機械的安全、高效運行。

3.3" 質量監督管理

在智慧工地中，可以利用多種傳感器進行質量監督管理。以下是一些主要的傳感器及其應用內容和解決的問題。

3.3.1" 溫度傳感器應用

溫度傳感器可以用于監測混凝土澆筑和養護過程中的溫度，確保混凝土在適宜的溫度條件下硬化，以達到設計強度。同時，還可以監測建筑材料如砂石、水泥等在存儲過程中的溫度，避免混凝土因溫度過高或過低而產生的裂縫或強度不達標等問題，確保建筑材料在存儲過程中保持優良的性能。

3.3.2" 濕度傳感器應用

濕度傳感器用于監測施工環境以及混凝土等材料的濕度，預防因濕度過高導致的材料受潮、霉變等問題，確保施工環境符合規范要求，提高施工質量。

3.3.3" 壓力傳感器應用

在施工過程中，壓力傳感器可以監測地基承載力、樁基壓力以及混凝土結構的應力分布等關鍵參數，確保地基和樁基的穩固性，防止因承載力不足而導致的安全事故。同時，可監測混凝土結構的應力變化，預防結構性裂縫和變形。

3.3.4" 位移傳感器應用

位移傳感器可以監測結構物的沉降、變形以及橋梁等結構的撓度變化，及時發現結構物的沉降和變形，確保建筑物的穩定性和安全性。

3.3.5" 圖像傳感器（攝像頭）應用

圖像傳感器，即攝像頭，可用于實時監控施工現場的情況，包括施工進度、工人操作規范、材料使用情況等，提高施工質量的透明度，便于管理人員進行遠程監控和管理，及時發現并糾正施工中的不規范操作，確保施工質量。

3.3.6" 稱重傳感器應用

稱重傳感器可以用于監測建筑材料的重量，如鋼筋、水泥、砂石等，確保材料用量準確，符合設計要求。

通過運用溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、圖像傳感器以及稱重傳感器等多種智能傳感器技術，可以有效地進行智慧工地的質量監督管理。這些傳感器不僅能夠實時監測施工過程中的各種參數和指標，還能及時發現并處理潛在的質量問題和安全隱患，從而確保建筑施工的質量和安全性。

4" 綜述

智能傳感器在高速公路智慧工地系統中的應用是由多個子系統互聯組成，將各類工況參數采集后進行存儲、分析與應用，在不同的項目管理過程中，根據不同的需求進行靈活搭配，根據用途不同植入不同的智能傳感器，從多個維度采集項目參數，形成高速公路智慧工地應用的數據支撐。

智能傳感器的應用，解決了傳統施工現場存在信息閉塞的問題。此外，對智能傳感數據的挖掘也解決了大數據分析簡單地停留在數據堆積層面的問題。通過智能傳感器在高速公路智慧工地的應用，打造屬于項目施工現場的“物聯網”系統，同時與互聯網相融合，實現工程決策人員和項目現場的互聯互通，提高信息交互能力和工作效率，以更快更靈活的響應速度實現對項目運行狀態的高效管理。

5" 結語

隨著國家“十四五”規劃對智能化技術的重視，智能傳感器在高速公路智慧工地的應用將日益重要。通過智能傳感器獲取關鍵工程信息，結合中心平臺的數據分析，可精準把控施工現場，構建智能監控與防范體系。智能化、數字化的智慧工地體系將推動安全生產，提升管理決策水平，助力基礎設施建設與現代化高速公路施工質量的全面提升。

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20240426