基于無線自組網的新能源智慧工地建設與應用

摘要：本文在分析新能源智慧工地建設需求的基礎上，提出適用于新能源智慧工地建設的系統方案，重點闡述智慧工地管理平臺，以及作為信息基礎設施的分布式無線自組網建設方案，實踐證明，該方案應用效果好，完全滿足新能源場站數字化轉型的需求。

關鍵詞：無線自組網；新能源；智慧工地；智慧工地管理平臺

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.03.031

中圖分類號：TN 92 " " " " "文獻標志碼：B " " " " " "文章編碼：1672-7274（2025）03-00-03

Construction and Application of New Energy Smart Construction Sites Based on Wireless Self-organizing Networks

WANG Xiaoyu， XU Liang， SUN Wei

（Guoneng Nileke Energy Development Co.， Ltd.， Yili 835709， China）

Abstract： Based on the analysis of the requirements for smart construction sites in the new energy sector， this paper proposes a system solution which focuses on elaborating the smart construction site management platform and the distributed wireless self-organizing networkscheme as the information infrastructure. Practical results demonstrate that this solution has a good application effect and fully meets the requirements for the digital transformation of new energy station sites.

Keywords： wireless self-organizing network; new energy; smart construction site; smart construction site management platform

1 " 新能源智慧工地概述

以科技創新賦能風力和光伏發電高質量創新發展，助推新能源規劃、建設、運維、管理全過程的數字化進程，建設新能源智慧工地，實現對工程前期、招標合同、物資管理、人員管理、進度管理、安全管理、質量管理、巡檢管理、AI慧眼、智能視頻的全生命周期數字化管控是實現新能源建設數字化轉型的發展趨勢。

無論從概念還是從實施角度講，智慧工地都不屬于新生事物。由于傳統意義的智慧工地更多是與住建和房建相關的工地智慧化，這些工地通常位于城市等信息基礎設施相對完善的地區，而且施工區域涉及范圍小。但新能源智慧工地卻具有創新價值和絕對的引領作用。新能源建設工地具有典型的特點：點多、面廣、體大，施工范圍極大、作業面眾多；遠離市區，信息基礎設施薄弱，網絡覆蓋差，道路、電源供給條件非常有限；涉及高風險、高危作業操作多，安監、管控難度大；標段多，工程進度不同步，項目進度和資源調度無法實時掌握；工程流程復雜，環節多，質量要求高；施工人員和車輛數量多、分布廣，管理人員緊缺等，這些特點對新能源工地實現高質量、高水平、高效率智慧管理提出新的挑戰和要求。

2 " 新能源智慧工地建設需求

2.1 智慧工地管理平臺需求

為了達到新能源場站建設過程全時段安全監管、全周期質量控制、全方位人員管理的目標，必須在新能源施工現場實現信息實時化、過程可視化、管控多元化、決策智慧化、使用便捷化，也正是基于此目標，新能源智慧工地由兩大部分組成，智慧工地管理平臺和無線通信網絡建設，管理平臺包括安全管理、人員管理、質量管理、進度管理、設備管理、現場管理等子系統，實現項目對人、機、料、法、環的全方位實時透明管控。無線通信網絡為施工現場各類信息實時傳輸提供無線網絡覆蓋，確保各類移動電子設備能夠隨時接入，實時通信。

2.2 智慧工地對無線通信網絡需求

無線通信網絡在新能源建設現場沒有任何公共網絡信號、沒有電源供給、沒有道路等基礎設施的條件下，采用先進的低功耗、組網靈活的無線自組網通信技術，通過太陽能供電，為施工現場的臨時指揮所、辦公環境、作業區域、道路、集電線路，以及風機、光伏區域幾十個作業面實時視頻、音頻、數據、圖像等富媒體多業務的傳輸提供低延時、高速率的無線傳輸鏈路，滿足不同區域、不同工作面、各類業務數據的實時、穩定和可靠傳輸需求，為智慧工地管理平臺所需的安監、運維、管理數據信息提供網絡支撐。智慧工地管理平臺和無線通信網絡建設二者缺一不可，相輔相成，相得益彰。

3 " 實現方案

根據新能源工地建設的特點，要實現風電、光伏從建設到運維管理的數字化、智慧化，在智慧工地解決方案中將無線Mesh通信技術、計算機技術、物聯網、云計算、大數據、人工智能、VRamp;AR等技術相結合，為工程項目管理提供先進技術手段，構建工地現場智能監控和控制體系，彌補傳統方法在監管中的缺陷，最終實現項目對人、機、料、法、環的全方位實時透明管控。

3.1 系統構成

系統由新能源智慧工地云平臺和基于無線Mesh自組網的無線通信網絡構成。

智慧工地以“一通多能四驅動”為設計框架，以“智慧新能源建造綜合服務平臺”為中心平臺，為項目管理創造更高效的管理手段，提供更完善更實用的智慧工地服務模式。

其中“一通多能四驅動”中的“一通”指為項目施工現場開通專屬網絡；“多能”是指利用AI、大視頻、物聯網等多種先進技術，更好地實現建造行業數字化轉型；“四驅動”是指在產品設計中緊緊抓住項目管理的四大要素，即質量、安全、成本、進度，覆蓋人、機、料、法、環五大方面，作為智慧工地的核心驅動引擎。圖1為系統設計框架。

圖1 系統設計框架

3.2 智慧工地綜合管理平臺

智慧工地綜合管理平臺以現場實際施工及管理經驗為依托，針對工地現場痛點，搭建模塊化、一體化綜合管理平臺，旨在為項目監管、管理人員提供多層級、全方位、靈活的技術支持。圖2所示為新能源智慧工地管理平臺功能模塊。

圖2 智慧工地功能結構圖

3.3 基于無線自組網的通信網絡

無線通信網絡是智慧工程建設的信息基礎設施，無線通信網絡的設計關系到整個智慧工地管理平臺功能是否能夠有效發揮和呈現，決定了整體系統能否正常運行。尤其是工程建設期間各作業區域視頻數據，使用頻率高、數據量大，容易受網絡因素影響。需要選擇合適的網絡技術，保持風場工地和指揮部通信良好。

3.3.1 無線寬帶Mesh通信系統[1]

無線寬帶Mesh通信系統是一種無中心、分布式、自組織的寬帶無線通信網絡，這種無線通信網絡既能夠組建專用無線網絡，滿足應急救援、反恐維穩、指揮調度等場景對無線通信的需求，也可作為對各類（有線、無線）公共網絡的延伸和補充。

該網絡具有傳輸帶寬高、覆蓋范圍廣、網絡自組織、抗毀頑存能力強等特點。網絡采用全IP體制，可與已建的既有內部網絡、專線、各類移動電子設備實現無縫互聯。此外，節點設備體積小、功耗低，支持移動，可靠性高，維護方便，對道路、供電等設施要求低，特別適合于地理位置偏僻、環境復雜、不具備供電條件，以及其他各類信息基礎設施相對薄弱的場合使用。

3.3.2 骨干鏈路部署

為保證整個骨干鏈路數據帶寬達到要求，需要每5 km～6 km架設一個通信桿，在桿體上安裝一套無線Mesh自組網骨干節點設備和一套無線Mesh自組網固定節點設備，節點設備間通過交換機連接，使用太陽能供電。距離臨建最近的無線Mesh自組網骨干節點設備則通過有線方式與臨建指揮中心網絡連接。通信桿上無線Mesh自組網固定節點設備與5 km～6 km范圍內作業區域內無線Mesh自組網接入節點設備組網連接。骨干鏈路主要由無線Mesh自組網骨干節點設備、無線Mesh自組網固定節點設備、通信桿、太陽能供電系統組成。無線Mesh自組網骨干節點安裝于通信桿上，與無線Mesh自組網固定節點設備互聯互通，提供100 Mbps以上傳輸鏈路[2]。

無線Mesh自組網固定節點安裝于通信桿體上與骨干節點設備互聯互通。固定節點設備與作業區域內的接入節點設備連接，可為作業區域提供40 Mbps以上的無線接入鏈路。

3.3.3 接入與覆蓋鏈路部署

為保證各作業區域內業務模塊的無線接入，在每個作業面架設一套無線Mesh自組網通信網絡系統。系統主要由無線Mesh自組網接入節點設備、無線Mesh自組網覆蓋節點設備組成。無線Mesh自組網接入節點安裝于可移動支架上，與骨干鏈路上的固定節點連接。可為作業區域提供40 Mbps以上的無線傳輸鏈路。

無線Mesh自組網覆蓋節點安裝于可移動桿體上，與接入節點連接。覆蓋節點為作業區域內提供無線Wi-Fi覆蓋，還可為各類業務模塊（如定位信號、音頻、圖像、短視頻等）提供無線、有線接口。

3.3.4 固定作業區域數據傳輸

針對綜合臨建、升壓站、攪拌站、堆場、生活區的工地智慧應用與視頻監控需求，結合這些區域的已建信息基礎設施條件，對易于布線的固定式終端與監控點建議采用有線網絡部署方式，直接回傳大流量的多路、實時、高清的視頻監控數據。

對于有移動性應用需求的固定作業區域，采用靈活性高、部署難度低的無線Mesh自組網設備進行數據傳輸，為方便各類業務模塊便捷入網，無線Mesh自組網設備需提供無線及有線接入功能，滿足綜合臨建、升壓站、攪拌站、堆場、生活區工地實時高清視頻回傳需求。

3.3.5 移動作業區域數據傳輸

為了滿足移動作業區域（風機、道路、架空線等）的移動指揮及視頻監控對無線網絡的需求，每個施工作業區域通過可移動桿的方式安裝一臺無線Mesh自組網接入節點和一臺無線Mesh自組網覆蓋節點。

無線Mesh自組網接入節點與5 km～6 km范圍內通信桿上的無線Mesh自組網固定節點連接，將施工作業區域上的數據通過骨干鏈路回傳至臨建指揮中心，接入鏈路可提供數據帶寬40 Mbps。

無線Mesh自組網覆蓋節點為作業區域內的固定攝像頭提供有線接入，為手機、iPad、智能安全帽等無線設備提供無線接入。無線Mesh自組網覆蓋節點可為每個移動作業區域可提供20 Mbps以上的數據傳輸能力。

3.3.6 風機和塔筒吊裝工程數據傳輸

將風機基礎制作、塔筒吊裝、風機主機安裝、風翼葉片等過程，根據工程實施的具體位置，采用可移動桿體加裝視頻采集設備（攝像頭）的方式對施工現場進度進行持續視頻、圖像、采樣等信息實時獲取，并對里程碑或關鍵節點的視頻影像、現場圖片通過無線Mesh網絡上傳至平臺Web端，進行過程合規化智能分析，并用于大型施工現場展示。

3.3.7 風機基礎、箱變基礎工程數據傳輸

風機基礎制作、箱變基礎制作、箱變安裝等過程，根據工程實施的具體位置，使用移動桿體加裝視頻采集設備（攝像頭）的方式對施工現場進度進行持續視頻、圖像、采樣等信息實時獲取，并對里程碑或關鍵節點的視頻影像、現場圖片通過無線Mesh網絡上傳至平臺Web端，進行過程合規化智能分析。

3.3.8 移動作業區域供電方式

為滿足移動作業區域移動便捷的需求，移動作業區域的視頻采集設備、無線Mesh自組網通信設備架設在可移動的桿體上，采用太陽能供電。

4 " 應用效果

采用本方案所建的基于分布式自組網的無線通信系統，為風電、光伏工程建設期作業面和運營期風機塔筒、機艙內作業過程的實時視頻監控，以及語音通話、短消息及圖片傳輸提供了無線通信鏈路，為項目建成后的智慧運維提供支撐，起到一次建設一次投資全生命周期使用的作用，對基礎設施要求低，性價比高。項目實現極大范圍（500 km2）無公網覆蓋、無道路、無供電條件下的多媒體業務實時傳輸。確保各類音頻、視頻、圖像、語音、數據的實時可靠傳輸，實現了視頻、人員定位、車輛定位、環境監測等一系列數據的實時回傳，強化了項目建設過程中隨時指揮、移動安監的能力，提升了建設工地智能監督管理水平，促進了建設工程科技創新。

參考文獻

[1] 賀正良.基于無線自組網的風電場通信覆蓋研究與實現[J].南方能源觀察，2022，5（10）：61.

[2] 周亞強，田立柱，李亞鵬，等.MESH無線自組網絡在風電場智慧運維中的應用[J].南方能源觀察，2022，3（5）：174.