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    基于物联网技术的智慧工地建设


    作者:伟德bv账号注册科技   |   发布时间:2019-10-13   |   点击数:470

    1前言

    建筑行业是我国国民经济的重要物质生产部门和支柱产业之一,在改善居住条件、完善基础设施、吸纳劳动力就业、推动经济增长等方面发挥着重要作用。与此同时,建筑业也是一个安全事故多发的高危行业。近年来,在国家、各级政府主管部门和行业主体的高度关注和共同努力下,建筑施工安全生产事故逐年下降,质量水平大幅提升。但不可否认,形势依然较为严峻,尤其是随着我国城市化进程的不断推进,建设工程规模也将继续扩大,建筑施工质量安全仍不可掉以轻心。如何加强施工现场安全管理、降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高建筑工程质量,仍将是摆在各级政府部门、业界人士和建筑同行面前的一个难题。

    智慧工地是指运用信息化手段,通过三维设计平台对工程项目进行精确设计和施工模拟,围绕施工过程管理,建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈,并将此数据在虚拟现实环境下与物联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析,提供过程趋势预测及专家预案,实现工程施工可视化智能管理,提高工程管理信息化水平,从而逐步实现绿色建造和智慧建造。

    2智慧工地建设框架

    对于工地信息化管理系统的建设,绝不应该是对各个系统进行简单堆砌。而是在满足各子系统功能的基础上,寻求内部各子系统之间、与外部其他智能化系统之间的完美结合。系统主要依托于综合管理平台,来实现对众多子系统的统一管理和控制,通过综合管理平台建设后实现统一数据库、统一管理界面、统一授权、统一权限卡、统一业务管理流程等,同时考虑将各信息化子系统资源作为信息化基础数据,满足部分建设单位运营管理的业务需求,辅助业务流程优化。

    安防监控系统对工地人员出入、工种信息、重点作业部位和物料进场、堆放库存等信息进行视频监控、数据采集和统计分析,实现实时、全过程不间断的安全监管。

    环境监测系统对工地噪音、扬尘等数据进行远程采集分析和运用,实现对施工工地的环境管控职能。

    生产管理系统通过在施工生产过程中引入物联网技术,对智慧工地的部分生产施工过程进行远程监控,提高施工过程的安全性和质量的可靠性。对危险系数较高的塔吊施工、高支模施工、深基坑施工等过程数据采集、分析和预警,实现生产过程的精细化管理和辅助管理。智慧工地系统框架如图1所示。

    3主要系统建设

    3.1安防监控系统

    在事故多发的施工现场,保证施工质量、施工人员的人身安全和工地的建筑材料及设备的财产安全是建筑企业管理者关心的头等大事,每个建筑企业或者开发商在地区或者全国都会有很多的建筑工地,这些工地分布很散,很难有足够的人力和精力去频繁地到现场去监管、检查,所以造成管理上的困难。

    通过安防监控系统及时了解工地现场施工实时情况、施工动态和进度、防范措施是否到位,特别是对于场面比较大的工地和重点项目,企业领导也需要进行远程监管。监管建筑工地现场的建筑材料和建筑设备的财产安全,避免物品的丢失或失窃给企业造成损失。将施工实况展现于客户面前,向客户展现工地的建设规划和进度;防范外来人员的翻墙入侵、越界出逃、非法入侵危险区及仓库等场所,保证工地的财产和人身安全。

    2为智慧工地安防监控界面示例。

    3.2环境监测系统

    施工现场管理中不文明施工现象一直是施工企业、政府管理部门关注和预防的焦点,特别是建筑工地的环境尘土污染和彻夜加班赶工噪音过大等问题,影响环境,且扰民之余,也影响了民众对工程项目建设的支持。噪声扬尘监测系统利用现代科技,优化监控手段,实现实时的、全过程、不间断的监管。将采集后的现场数据通过系统分析处理,能够及时有效地掌握现场施工动态情况,政府监管力度得到加强,为国土、安监等监控管理执法部门提供科学有效的工作依据,提高管理执法效率和环境安全保障力度。

    环境监测系统的主要功能如下:

    1)全天候全时段自动数据采集。保证动态及时掌握,系统对监测点的噪声扬尘进行实时采集,及时将采集到的数据传输至数据处理中心进行数据处理。

    2)自我分析结果。结合数字化工地综合平台,现场执法有据化,噪声扬尘监测系统可实现与管理部门系统的结合,对噪音扬尘监测的现场数据,可以设定预警值,当噪音扬尘数据超过预警值第一时间报警。

    3)数字展示图形化。操作自动化系统应用计算机处理所有数据,不仅可以得到瞬时曲线,还可以得到平均值统计、动态分析、统计分布、相关性检验等任何所需图表。这不仅大大降低了工作人员的劳动强度,而且便于管理部门及时了解噪声情况,进一步分析并及时采取相应措施。违规告警、执法过程跟踪都由系统自动分发、回收信息,实现流程自动化处理,减少执法人员工作量。

    3为环境监控系统界面示例

    3.3塔吊安全管理系统

    针对目前大多数企业对大型施工设备的管理意识仍然薄弱,部分项目部缺乏配备大型施工设备方面的专业管理人员,同时对施工设备日常使用缺乏有效监督措施,塔机、施工升降机运行监控系统通过信息化的监管手段,实现预防和减少安全隐患的效果,全面提升监管部门对大型施工设备的管理水平。

    塔机、施工升降机运行监控系统采用黑匣子采集设备运行数据,通过无线的方式上传至服务器,监管人员可通过运行监控系统掌握设备运行状况和预/告警信息。

    塔机、施工升降机运行监控系统主要功能包括:

    1)查看设备实时运行数据,显示最新的设备动基数据与告警信息。

    2)查看设备告警信息,包括塔机的回传限位器(防止塔机超出活动范围)、超载限位器(防止塔机超载作业)、力矩限制器(防止变幅塔机因超载导致倾翻)、高度限位器(防止塔机吊钩超出活动范围)、群塔(防止多个塔机发生碰撞)、幅度限制器(限制塔机变幅时的额定起重量)等告警信息,施工升降机的防坠安全器(吊笼意外超速下降时起平稳制停作用)、高度限位器(防止吊笼运行超出设定高度)等告警信息。

    3)查看工作循环包信息,显示具体工作报告的详细数据。

    4)查看开关机记录,显示设备的操作记录。

    5)、查看设备信息,包括产权单位、检测单位、基本资料、具体技术参数,让监管人员对设备进行全方位了解。

    6)采用动画显示塔机运行情况,让监管人员了解塔机的实时运行状况。

    4为塔机安全监控系统示意图

    3.4高支模监测系统

    当前高大支模的应用越来越普遍。支模体系越来越高大、复杂、安全风险也越来越高。高支模崩塌事故发生通常只有数分钟的时间,具有突然性。加上高支模本身具有的高空间、大跨度等特点,导致高支模安全事故一旦发生,往往造成重大人员伤亡和巨大的经济损失。

    高支模安全事故主要是由于高支模在荷载作用下产生过大的变形或过大位移,诱发系统内钢构件失效或者诱发系统的局部或整体倾覆,造成施工作业人员伤亡。

    高支模监测系统集成了变形测量、超限报警等新型监测设备,通过轴压传感器、位移传感器、重锤与位移传感器、倾角传感器,分别监测立杆受力、水平位移、架体沉降、立杆倾角等数据。实现了实时传输、实时计算、科学预警、智能报警、协同管理等功能。

    5为高支模监控系统示意图。

    3.5深基坑监测系统

    在基坑开挖施工过程中,对基坑及周围环境的变形情况进行跟踪监测,所取得的数据能可靠地反映开挖及施工所造成的影响。在基坑开挖和施工中,由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工技术和外界其他因素的复杂影响,实际情况与理论上常常有出入。

    通过无线监测可获得基坑的支撑轴力、支护结构桩顶水平位移和沉降、支护结构变形、地表沉降、地下水等参数,并结合周边建筑物沉降、倾斜、裂缝情况进行基坑每周安全性分析,将其结果及时提供给业主、设计、施工、监理,保证工程结构及周边环境的安全,减少施工对周边建(构)筑物、路面及管线等周边环境的影响,从而有效地将施工控制在安全范围之内。图6为深基坑监测系统示意图。

    3.6智慧工地云平台建设

    智慧工地云平台体系结构设计,从根本上决定了系统所能提供的业务服务的规模和水平。平台采用面向业务的四层体系结构。

    第一层为应用层,是面向于用户实际操作的客户端,是通过对施工信息化具体业务的归纳、抽象,生成的各种应用规模,通过这些模块的组织,就可以支持不同的业务应用。

    第二层为业务层,呈现给用户专业化、个性化的具体业务流程和工具,是业务智能的最终表现形式。

    第三层为服务层,是软件平台系统的核心,采用高性能的应用服务器中间件、各种智能引擎和系统管理工具,为应用层提供基础服务、管理策略和方法工具。同时按照所提供的服务来管理、组织和调度设备和信息资源。

    第四层为现场设备接入层,包含设备的数据采集、传输、集成功能。实现了安防监控、环境监测、生产监控等系统设备和音视频、图片和文本等信息的归纳抽象,并接入到平台进行集成管理,使用户无需关心所使用的设备和信息资源的具体位置和形态,便于设备信息资源的组织和调度,更好地为业务服务。

    4结束语

    智慧工地管理信息化系统和辅助生产系统为政府、企业、现场工程管理提供了先进技术手段,通过安装在建筑施工作业现场的各类传感装置,构建智能监控和防范体系,有效弥补传统方法和技术在监管中的缺陷,实现对人、机、料、法、环的全方位实时监控,变被动

    “监督”为主动“监控”。同时,也将为安全生产监督管理引入新理念,真正体现“安全第一、预防为主、综合治理”的安全文明生产方针。通过引入先进的物联网技术,可以有效提高建筑施工过程监控和管理水平,进而构建性能吏为可靠的智能建筑。

    随着人工智能技术的蓬勃发展,建造机器人(如砌筑机器人和抹灰机器人等)也正在引入到智慧工地施工的各个环节,提高建造技术的快捷性和可靠性。智能建造技术的研究和应用也将不断深入和精细化发展,助推智慧城市、智慧中国的整体建设。

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