智慧工地管理系統方案設計與功能實現

摘" 要：探究智慧工地管理系統的設計要點與實現方式，并對其基本功能與運行性能進行測試。該系統采用B/S架構，支持PC端瀏覽器與手機端APP登錄操作。利用分布在工地各場景的攝像機采集現場視頻信息，提供AR實景地圖、AI視頻聯網、人員和車輛的出入管理及工地環境監測等多種功能。從測試效果來看，智慧工地管理系統的基本功能可以實現，并且在用戶并發數為1 000個時將響應速度控制在50 ms以內，系統延遲較小，優化用戶使用體驗，滿足工地實時監管需要。

關鍵詞：智慧工地管理系統；AR實景地圖；AI視頻聯網；數據庫；性能測試

中圖分類號：TP311.52" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）06-0114-04

Abstract： This paper explores the design points and implementation methods of a smart construction site management system， and tests its basic functions and operational performance. The system adopts a B/S architecture and supports login operations for PC browsers and mobile apps. Utilizing cameras distributed in various scenes of the construction site to collect on-site video information， providing various functions such as AR real-time maps， AI video networking， personnel and vehicle access management， and construction site environmental monitoring. From the test results， it can be seen that the basic functions of the smart construction site management system can be achieved， and the response speed is controlled within 50 ms when the concurrent number of users is 1 000. The system latency is small， optimizing the user experience and meeting the real-time supervision needs of the construction site.

Keywords： smart construction site management system; AR real-life map; AI video networking; database; performance testing

在建筑行業信息化發展背景下，將大數據、物聯網、云計算和人工智能等技術應用到工地管理中，構建智慧工地管理系統，在實時獲取工地各場景信息的基礎上，實現對人員、設備、材料的合理調度，讓質量、安全、進度和成本等得到統籌協調，讓施工單位的利益最大化。在構建智慧工地管理系統時，除了滿足其功能需求外，還要遵循安全性、易用性、可擴展性等設計原則。只有保證數據安全、操作便捷，并且能夠根據用戶需求進行低成本的功能擴展，才能更好地符合用戶的使用需求。

1" 智慧工地管理系統的整體架構

為實現部門之間信息共享、合理利用現有資源，以及滿足施工現場各層次人員的服務需求，融合物聯網、傳感器、大數據和云計算等信息技術設計了智慧工地管理系統。該系統采用B/S（瀏覽器/服務器）架構，用戶可通過Web瀏覽器登錄系統，在權限范圍內進行操作；同時提供手機APP客戶端，方便工地管理人員隨時隨地了解工地信息。智慧工地管理系統的整體架構如圖1所示。

該系統包含3大數智平臺，分別是用于數據集成與數據處理的數據平臺，用于管理門禁、攝像機、GPS等設備的物聯平臺，以及用于算法訓練、算法調優的AI平臺。在數智平臺基礎上開發了智慧工地管理平臺和移動應用小程序，其中智慧工地管理平臺可以提供包括AR實景地圖、AI視頻聯網、大屏展示等在內的多種實用功能。

2" 智慧工地管理系統功能的設計與實現

2.1" 實景地圖模塊

本文基于AR（增強現實技術）技術設計了智慧工地管理系統的實景地圖功能模塊，可以在多個工地場景之間進行自由切換，以便于實現對工地現場情況的實時跟蹤和動態監管。該模塊以TCP/IP網絡為媒介連接了前端數據采集設備和終端數據處理設備。數據采集設備包括270°鷹眼攝像機、AR重載云臺攝像機以及人臉抓拍機等；采集到的數據經TCP/IP網絡上傳到平臺服務器完成處理，處理結果在客戶端上進行可視化呈現[1]。AR實景地圖模塊的組成結構如圖2所示。

為了實現該功能，需要工作人員在施工場地內安裝多臺攝像機，并且靈活調整攝像機的角度、間隔距離，實現對場景的全方位覆蓋。在任意場景中設置普通監控點，并對該監控點添加相應的標簽，之后可以在場景中預覽該監控點的畫面，以及在不同畫面之間進行自由切換。AR實景地圖模塊還提供了“區域統計”功能，可以實時記錄某個場景內的進入人數、離開人數等人流量信息，實現了施工場地內人、車的智能化和可視化管控[2]。

2.2" 大屏展示模塊

智慧工地管理系統的大屏展示模塊核心設備是一塊23寸的室內LED顯示屏和一塊55寸的傾斜式觸控屏，可根據后臺設置在屏幕上顯示文字、數據、圖片等內容。其中，23寸顯示屏位于門崗處，采用P4全彩顯示屏，主要用于展示公司宣傳片以及工地安全管理相關視頻；55寸顯示屏位于人行出入口的通道右側，采用雙基色屏，用于展示人員或車輛出入信息等。

2.3" 人工智能視頻聯網模塊

考慮到工地范圍較大、管理內容較多，為提高管理效率、降低管理成本，本文基于大數據和人工智能等技術設計了智慧工地管理系統的AI視頻聯網模塊。設計要點包括3部分。

其一是AI智能識別設計。點位部署是提高AI識別精度的關鍵，本文綜合考慮了工地網絡信號強度以及技術成本等因素，最終采取了對移動端硬件無要求、網絡無延遲的中心部署模式。基于AI識別技術分析工地現場的圖像、視頻等信息，從中獲取施工現場人員的作業行為、現場施工設備的工況并主動上報，以便于優化設施的調度和預防施工問題的發生[3]。

其二是存儲設計。該模塊需要處理海量的數據信息，因此對存儲設備要求較為嚴格。采用存儲容量為120 G的存儲硬盤，視頻碼流為2 Mbps，鏈路并發視頻帶寬為100 bit。考慮到智慧工地管理系統運行中數據流量存在波動，為了防止信道堵塞、減小網絡延遲，在設計帶寬時預留20%的冗余空間，因此最終帶寬為120 bit。

其三是視頻監控設計。監控設備采集現場視頻畫面后進行AI分析，因此視頻監控設備的選型以及安裝位置的確定至關重要。本文在設計AI智能視頻聯網模塊時在工地的門衛處、門口與過道處，以及生活區、工作區等重要位置均設置了不同類型的視頻采集設備，產品名稱與安全位置見表1。

2.4" 數據庫模塊

在智慧工地管理系統設計中，對數據庫提出2項基本要求：其一是支持數據的分類存儲，為后續的數據查找、調用提供便利，通過縮短數據查找用時達到提高系統響應速度的效果；其二是保證數據存儲安全，防止數據接收、保存、調用等過程中發生數據丟失、泄露、損壞等情況。綜上，本文選擇了MySQL10.2分布式數據庫。對于需要存儲到數據庫的前端數據，能夠根據數據來源、數據類型自動完成分類，并存儲到對應的數據表中[4]。該數據庫提供了生產管理表、勞務信息表、系統管理信息表和巡檢綜合管理表等多種數據表。這里以系統管理信息表為例，其組成見表2。

3" 智慧工地管理系統的測試

3.1" 系統軟硬件配置

為驗證智慧工地管理系統的功能與性能搭建了測試平臺，該平臺的軟件和硬件部署情況見表3。

3.2" 測試內容及結果

測試內容主要包括2方面，即基本功能測試和運行性能測試。

如上文所述，本文設計的智慧工地管理系統可實現功能包括AR實景地圖、大屏顯示、AI視頻聯網等。這里選擇AR實景地圖功能進行測試，運行智慧工地管理系統后，在登錄界面輸入用戶名與密碼，提交驗證并通過后跳轉至系統主界面，從主界面上選擇“AR實景地圖”，跳轉至相應的子頁面。在當前頁面上可以實時呈現施工場地的AR實景地圖，鼠標點擊某個場景后可以展示該場景的詳細數據，包括施工進度、設備配置、物料計劃等。鼠標雙擊該場景可以添加檢測設備標簽，隨時查看設備檢測數據，實現了信息一張圖[5]。

系統運行的穩定性和響應的及時性也是判斷智慧工地管理系統應用效果的重要指標，為此對該系統進行了負載測試驗證其性能。使用Jmeter自動化測試工具，模擬不同用戶同時訪問智慧工地管理機系統，檢測不同用戶并發數下系統的響應時間。通過Jmeter設置測試參數，將測試時間設定為10 ms，每1 ms獲取1次數據；分別模擬同時登陸用戶數為100、200、300、600和1 000個時的系統響應用時。為了消除誤差，每個用戶數下的實驗重復進行5次，記錄最長和最短響應時間，并計算平均響應時間，結果見表4。

由表4數據可知，當用戶并發數為1 000個時，智慧工地管理系統最長響應時間為44.3 ms，最短響應時間為11.8 ms，平均響應時間為28.1 ms，說明系統響應速度較快，較好地滿足了日常使用需求。

4" 結束語

工地管理不僅決定了工程的施工進度、建設質量，而且對材料利用、設備調度、作業安全等各個方面也產生了直接影響。緊跟建筑業信息化發展趨勢，把大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術應用到工地管理中構建智慧工地管理系統，可以實現對工地各場景的動態監控，并且利用AR技術將現場畫面在客戶端瀏覽器或者移動端屏幕上進行全景呈現，為管理人員加強施工監督、合理配置資源提供了支持，對加快工程監督和提升工程質量有積極幫助，對節約工期和降低成本也有良好效果，實現了經濟效益和社會效益的統籌兼顧，具有推廣應用價值。

參考文獻：

[1] 陸飛澎，李伯鳴，王燕靈.基于云邊協同專用設備的智慧工地管理系統關鍵技術研究[J].中國建設信息化，2023（6）：74-77.

[2] 杜洋，馬成玉，惠敏.智慧工地管理系統對建筑機械設備安全管理的影響研究[J].產品可靠性報告，2023（11）：39-40.

[3] 劉岡.智慧工地系統在場館類建設項目安全管理中的應用分析[J].居業，2023（12）：136-138.

[4] 許立楊.智慧工地系統在地鐵施工現場安全管理中的應用研究[J].現代城市軌道交通，2024（6）：171-172.

[5] 余瑞亮，呂漢忠，杜成華，等.5G智慧工地管理系統在光源里棚戶區改造項目中的應用[J].建設科技，2023（3）：49-52.

作者簡介：婁楊劍（1988-），男，工程師。研究方向為電氣工程。