物联网技术在建筑施工安全管理中的应用

1、21前 言在建筑领域，通过有效的监控可以从根本上解决安全事故隐患。物联网是将人、物、计算机联系起来形成的网络，可以有效地监控网络范围内的所有物体属性，输入计算机形成系统信息网络。因此，基于 rfid（射频识别技术）的物联网可以很好地应用于施工安全管理中，监控现场每一工人、设备、环境；其次，该技术操作简单、便宜、利于推广使用，因此将物联网应用于建筑施工安全领域具有重大意义。一般来讲，施工现场可以看作由人、机械设备、材料和半成品等资源组成的，在有一定组织的空间范围内，进行动态作业过程的场地。由于现场存在一定的无序的、条件复杂的动态环境，往往导致这些资源无法妥善管理，就容易发生安全事故。这就需要我们

2、进行现场各种资源的合理安排和协调，监控各种危险源，来降低这类事故的发生。随着通信信息技术的不断发展，不同的监控技术应运而生。特别是随着物联网概念的提出，将其很好地应用于建筑施工安全生产过程中，是实现信息和通讯设备、施工现场资源实时互动，实现有序化施工，提升施工现场安全的可靠保障。文/ 董大旻 冯凯梁物联网技术在建筑施工安全管理中的应用建筑业作为高风险行业之一，施工现场安全事故的发生对社会经济、人民生活和周边自然环境都会产生负面影响。目前，许多学者和专家都积极研究如何将安全风险降至最低，但都没有一种有效的方法从本质上消除安全隐患。国内外正在兴起的基于rfid（射频识别技术）的物联网可以在施工现场

3、安全事故发生之前就预测到事故可能发生，并向工人、管理人员预警，将是从根本上解决事故频发的关键途径之一。一、物联网概念及其技术物联网（ the internet of things）在 1999年由麻省理工学院（mit）与物品编码组织ean.ucc 共同开展一个研究项目中提出。其定义是：通过射频识别（rfid）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。正如mit所说，物联网就是创造一个计算机无需人的帮助就能去识别的全球环境，即“物物相连的互联网”。这有两层意思： 第一，物

4、联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩【发展论坛 】行业编辑 / 祝元志22建筑2010年第 19 期【 发展论坛 】行业编辑 / 祝元志展的网络； 第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。物联网用途广泛， 遍及智能交通、环境保护、 政府工作、 公共安全、 平安家居、 智能消防、 工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、 水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。物联网在建筑施工领域也有不断发展的广泛空间。进入 21世纪以后， 由于施工现场管理需要大量的信息输入与输出，互联网的应用方便了参与施工各个主体管理人员对于施工进度、采购、质量、安全

5、、造价的施工项目全过程管理。鉴于物联网的基本原理以及施工现成安全管理的特点，采用射频识别技术（rfid）以及无线感应网络（wsn ）来捕捉、获取施工现场内所有危险源的动态，即建立以rfid为基础的危险源监控系统平台，来收集、过滤、监控、管理、分享所有相关信息。目前rfid技术广泛应用于物流供应链管理中，货物、车辆等动态监控，即将rfid标签附着于被监控对象上，通过wsn ，收集动态信息反馈到管理者的读写器上，这些信息包括贴有标签对象的具体位置。首先， rfid技术可以具体应用于自动跟踪施工现场的工人、材料、机械设备等，方便管理人员实时监控复杂动态环境；其次，如果被监控对象进入潜在危险环境，rf

6、id系统的报警装置就会发出预警，警告操作工人并通知管理人员；最后， rfid系统将所获得的所有动态信息输入信息库，形成一套完成的系统，为将来管理人员进行施工现场安全布局，提高安全管理水平打下基础。以物联网为概念，以rfid技术为核心，建立一套安全管理定位系统，已在施工现场应用，让我们看看实际操作。二、安全管理定位系统构成与原理安全管理定位系统是集安全预警、灾后急救、员工考勤、区域定位、日常管理等功能于一体，也是国内技术领先、运行稳定、设计专业化的建筑施工现场监测系统。使管理人员能够随时掌握施工现场人员、设备的分布状况和每个人员和设备的运动轨迹，便于进行更加合理的调度管理以及安全监控管理。当事故

7、发生时，救援人员可根据该系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率，促使建设的安全生产再上新台阶。该安全管理定位系统既可以单纯的实现考勤或定位也可以同时实现考勤和定位两种功能。而且目前该系统软件可设计成安装版和网络版两种， 既可以进行现场监控也可以实现远程监控，极大地满足了安全管理的各种需求。（一） 系统构成安全管理定位系统由施工外部、施工内部、 人员和传输部分组成。施工外部部分包括：监控室、 电脑主机、 室外 led 显示屏、转换器、 读卡器、 天线、电源、线缆、红外传感器、 声光报警器、光纤转换器。施工内部部分包括：读卡器、 天线、电

8、源、线缆、光纤转换器。人员部分： 安全型识别卡 （有源标签） 。传输部分： 双绞线、 光纤。（二） 工作原理1. 有源标签。 施工人员或工作人员随身携带，一般装在施工人员的皮带上或安全帽上。卡有双向和单向的： 单向的只能发送自身的id号， 双向的不但可以给监控中心发信息，监控中心也可以给每个施工人员发信息，同时双向卡有一个按钮和指示灯 ， 可以在遇到危险的情况下按下紧急按钮键，进行紧急呼救。一般项目如果是以考勤为主， 使用单项卡；如果系统以考勤和定位为主， 使用双向卡。例如：当施工现场里面出现特殊情况时，施工人员只要按一 下按钮，监控中心就会有报警声。 当监控中心出现什么情况时， 监控中心可以

9、给每个人施工人员发信号， 也可以群发， 通过指示灯来提示。2. 读卡器。不管是在施工现场的内外都需要安装放置读卡器。至少在一个系统中是需要2台的。如果是定位， 则需要更多。具体要根据现场实际情况进行安装。一般的原则是每隔150米安装一个 ， 也可以在一些特殊需要监控的区域进行安装。本系统定位的原理是区域定位，根据每个读卡器的位置进行定位的， 因此，定位的精度取决于阅读器的识别距离，阅读器的距离是可以通过软件进行调节的，因此在考虑定位精度的时候也要考虑读卡的距离和系统的整个成本，也就是说定位精度越高， 读卡识别距离就近，成本就高。3. 转换器。该系统采用的是rs485 传输方式，转换器的作用主要

10、是把rs485 信号转换为 232信号，通过串口线与电脑相连。4. 光纤转换器。把485信号与光纤信号进行转化，扩充传输距离。当传输距离超过600米的话就要用光纤转换器，通过光纤来传输数据。读卡终端通过rs485 转光纤，最后通过光纤将读到的数据信息传到电脑主机上。5. 电脑主机。安装在施工现场不远处的监控室里，电脑内装有考勤和定位软件，通过电脑对施工人员进行监控。它通过串口与终端连接。同时该电脑主机还控制led 屏的显示内容。6. led 显示屏。安装在隧道口附近，用于显示施工人员的信息，使管理先进化，透明化。显示的内容包括：标签号、姓名、时间、总人数。三、安全管理系统特点（一）卓越的性能该

11、设备具有高度的识别可靠性，100% 的前端识别率，施23construction and architecture卡器读到。其稳定识别距离最远可达到50米，在这个范围内的标签卡发出的信息都会被读到。每个检测点可最多同时识别50个施工人员的信息，并拥有高度的识别稳定性（误码率小于十万分之一），真正达到无误码、无漏卡。拥有快速的识别速度，最快可达到200公里 / 小时的识别速度，达到真正动态监控。当发生紧急事故时，施工人员可以通过标签按钮来向监控中心呼叫；监控中心也可以向标签发信息。（二）应用广泛根据施工现场网络状况，可提供基于光纤、以太网、通信电缆等多种隧道内- 隧道外传输方式，适应性强，对现场

12、环境要求不高，避免了由于传输方式单一造成的实施难题及瓶颈。（三） 安全性、稳定性高设备本身具有极高的安全与稳定性。首先具有安全型的防爆、防尘、防水性能。其次，具有高抗干扰性，对隧道干扰源、周围环境无特殊要求，环境适应性强。内部电路高度集成化，器件故障率最小化，运行可靠。（四） 操作简单方便该系统所支持的软件使用全中文菜单，具有良好的操作界面。配有无线监测分站一体化结构设计，安装方便快捷。识别卡内置电池，超低功耗，无须外接电源，无须充电。（五）丰富的辅助功能该系统拥有人性化的辅助功能，例如，查询和报表输出、打印功能简单易操作；可对施工人员、部门以及干部的考勤信息进行查询；可对施工人员运动轨迹进行

13、查询；可按要求输出各种信息报表（如：进入施工现场时间报表、个人出勤日报表、施工人出勤月报表、部门出勤月报表等）；可以在任何一台可以上网的电脑上远程查看隧道的实时情况，无须到现场；可以随时知道目前洞内现在有多少人，这些人的身份，同时可以显示到led 显示屏上。四、安全管理系统功能（一）考勤管理功能考勤是安全管理定位系统的主要功能之一，通过读卡器能判断出施工人员是任何时刻的出入记录。能对施工人员和干部以及部门信息进行添加，修改，查询，并可按部门及各种指定条件进行人员的出勤情况查询，如：编号、姓名、班次、工种、部门等查询条件；可以按任意条件自动排序；对当天所有管理人员的出勤情况进行查询显示，并最终可

14、以按照用户要求输出报表。（二）定位管理功能该功能是为为预防事故的发生打下基础，可以做到对任一时间进行查询并显示某个区域人员及设备的身份、数量和分布情况；查询一个或多个人员及设备现在的实际位置、活动轨迹；记录有关人员及设备在任一地点的到/ 离时间和总工作时间等一系列信息，可以督促和落实安全员，是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故。（三） 设置报警功能1. 外来人员报警功能。对于外来人员的或无卡施工人员独自进入隧道时系统会自动报警。但是和携带卡者一起进入时，系统不会出现报警。2. 区域报警功能。在特定区域设定报警功能，给标签卡设定权限

15、。如：在施工现场内进行特殊作业时，将作业面设置为警戒区域，如果有非授权人员及设备进入警戒区域，系统自动报警，并显示进入警戒区域的人员及设备的身份，并及时采取相应措施，待爆破结束后解除报警设置。（四）查询统计查询统计是为安全管理信息化收集数据做准备，具体查询内容见表：（五）灾后急救信息一旦发生安全事故，控制主机立即能显示出事故地点的人员数量、人员信息，人员位置等信息，大大提高了抢险效率和救护效果。（六）信息联网功能通过建立 web 服务器，可以以浏览网页的方式实现信息共享，客户端无须另加任何软件。总之，上述功能对于安全本质化管理的应用上还是存在一定局限性。由于该系统的推出正处于初步阶段，因此，仍需要在已有的基础上需要不断进行功能扩展，通过软件的升级来实现系统的完善。除此之外，物联网在建筑施工领域的应用不仅仅只局限于施工安全管理，可以预见在不久的将来，施工进度、采购、质量、造价的施工项目全过程都拥有广泛的产业发展空间。（董大 旻系华东理工大学教授、全国建设工程安全管理专家）查询类型查询内容施工人员查询自定义组合条件对施工人员当前区域、滞留时间及带班领导等进入隧道相关情况进行查询工人分布查询对隧道各区域的施工人员分布情况进行查询