物联网技术在建筑施工安全预警方向研究

王艺柔、娄胜阳、郝璐瑶、李靓、王淇

（吉林建筑大学 应急科学与工程学院 吉林 长春 130118）

【摘要】建筑业是我国最危险的工作环境之一，每5个职业死亡人数就有一个来自建筑行业。当前各项前沿技术蓬勃发展，国家大力推广物联网技术，该技术的阶段性突破促进了各行各业智能管理水平的提高。本文着力研究建筑施工安全预警的理论依据，旨在将物联网技术和安全预警有机结合在一起，保证安全预警的准确性、及时性、快速性、稳定性和可追溯性。

关键词：物联网技术、建筑施工、安全预警

基金项目：本文系吉林省大学生国家级创新创业计划项目《基于物联网的预防施工现场高处坠落事故系统》的阶段性研究成果之一，（项目编号为202110191128）。

前言

建筑业一直是国内的支柱产业，施工阶段是建筑业的核心环节，其中施工安全预警至关重要，它是通过特定的计划、组织、领导、控制等手段，消除、替换或者减少建筑工程项目施工环节中事故发生的行为^[1]。为了实现安全施工的目标，需要将整个施工各环节中涉及的人员、 机械设备、物资等各类资源进行有机整合，通过物联网技术进行跟踪、监控，并利用预警控制的手段实现既定目标。物联网技术在建筑施工安全预警方面有着巨大的优势。

1.物联网技术的发展

物联网（IOT）是在互联网的基础上，利用RFID射频识别技术、UWB超宽带通信技术、ECG心电图技术、CNN卷积神经网络技术、AR虚拟现实技术等，将所有传感器设备整合在网络内，并遵循一定的规律秩序运行，体现出预警的智能性、动态性、统筹性，充分提高效能。

在建筑工地基于传感器的自动监测系统较传统依靠人工检测，采集信息更及时，分析数据更精准，评估风险结果更客观。结合物联网通信技术通过危险警告工人和设备操作人员来预防事故的发生，也可以向安全经理或者现场监督人员发出通知，采取必要的措施防止事故的发生。

感知层、网络层、平台层和应用层是物联网的技术架构分层^[2]。感知层功能是收集信息，反馈处理结果；网络层功能是组建各层次网络，包括有线网、无线网、内部局域网、外部因特网等，并使信息在各层次网络中畅通传输；平台层功能是接收信息、信息比对和查找、数据分析、边缘计算和数据转换存储、输出有效参考信息等；应用层功能是服务用户，方便使用者在多平台使用和查看基于物联网技术分析和处理的结果，达到应用智能化。

2.建筑施工安全管理现状

随着我国经济的不断增长，我国的建筑行业蓬勃发展。截至2019年底，全国有施工活动的建筑企业有103814个，同比增长8.82%；从业人数为5427.37万人，同比略有下降。建筑“航空母舰”的日趋庞大，行业乱象随之而来，建筑施工队伍质量参差不齐，安全管理人员专业水平和职业能力达不到要求，安全设施不能及时更新和完善，造成安全事故在建筑施工过程中频频发生。正是由于这样的现状，需要将人员、设备、材料、工具、车辆等会引起施工安全事故的环节、危险因素纳入物联网中，在它们存在潜在危险时进行实时预警。

3.基于物联网技术的实时预警管理系统的开发流程

要实现建筑施工的实时安全预警，首先，必须建立建筑施工安全管理与检测的多元化数理模型，形成可靠的支撑数据和参考数据，即安全管理的阈值，以此实现系统的准确性。其次，进行基于物联网技术的多元化数据信息搜集，并对数据进行处理，达到对识别当前建筑施工安全状态的目的，并把特定的危险信息发送到相应的区域或相应的人员，保证系统的及时性、稳定性和快速性，实现实时预警。为了保证实时预警的互动性和追溯能力，系统还可以涵盖信息综合查询、大数据存储、报表和数据挖掘、故障管理、支持多用户和视频等功能。

3.1基于物联网技术的实时预警系统组成

基于物联网监控系统整体结构如图1所示，自右边而左分为：应用层、平台层、网络层、感知层、感知对象层。这样分层式的体系模式是物联网架构中常见的一种，有利于各个信息结点间的组网，有利于大规模的数据处理，也有利于网络结点间的数据交换。

图 1基于物联网技术的实时预警系统

3.2基于物联网技术的实时预警系统的开发

3.2.1数学建模的实现。数学建模是将实际问题转变为对应的定量数值，以此将实际问题表述得更精确。所以，必须统计建筑工程项目中的实际问题，加以数理分析，用数据表示实际问题，利用数据模型解析实际问题的本源及作用机理，结合缜密的数学逻辑推理，把临界安全状态与特定数值对应起来，为实时预警提供可靠的数据支撑，保证预警的准确性。

3.2.2信息收集和传输的实现。达到实时预警效果的基础是信息的感知和收集。系统将依托RFID术、UWB超宽带技术、RTLS定位系统技术等传感器构成的物联网，不间断地接收信息。这些信息会在网络中传输，只有将信息准确收集、及时传输、充分利用，才可做出正确的决策。信息的网络传输是实现实时预警的途径。

3.2.3 数据处理的实现。把收集和感知的信息按照预设的数学规则转化为数据，数据处理中心会接收到各种各样的数据，并存储到三大数据库，即空间数据库、关系数据库、实时数据库。存入数据库后，开始处理数据，处理数据主要利用动态识别模型和安全状态阈值对比执行，随后做出判断，预警信息依照判断结果进行发布。为了使预警信息具有时效性，必须通过不同方式的实时巡检，随时随地更新数据库数据，特定的区域与人员也就能随时随地接收到预警等级指令信息。由此可见，拥有一个强大的数据处理中心，才能保证对数据的正确处理和实现实时的预警。因此，数据处理中心是实现实时预警的关键所在。

3.2.4 报警的实现报警装置通过信息接收模式，接收由数据处理中心处理后得到的当前的安全状态和预警等级，然后经过数模转换模块和驱动模块，驱动相关设备发出报警信号，对出现安全隐患的特定区域和人员做出预警。这种预警可通过光、声、 震动以及其他方式来实现，报警装置是实现实时预警的不可或缺的部分。

4结论

随着物联网技术的不断发展，在建筑施工安全管理中有很多非常适合应用的新技术和新方法，安全预警必须“与时俱进”，实现实时预警，早发现早解决，技防的同时还要切实做好人防，施工单位从上到下必须重视建筑项目施工安全管理，加强管理人员的安全意识，推动信息化管理，提高预警效率。

参考文献

[1] Rashidi A a M a H L T N a B-H A. Sensor-based safety management[J]. Automation in Construction, 2020, 113.

[2] 柏彬. 基于物联网技术的智能安全监控建筑信息模型[J]. BIM技术与应用, 2020.