建筑机械施工中基于物联网的设备监测与维护系统设计

建筑机械施工中基于物联网的设备监测与维护系统设计

蔺博  于飞

天津东疆综合保税区规划国土和建设管理局  天津  300308

天津海建建筑设计有限公司空港分公司  天津市  300308

摘要：本文基于物联网技术，设计了一套用于建筑机械施工中的设备监测与维护系统。该系统通过实时监测建筑机械设备的运行状态、健康状况和工作效率，利用物联网技术实现设备间的实时数据共享与交互，提高了施工效率和设备利用率。系统还结合先进的数据分析和预测算法，实现了对设备故障的早期预警和远程维护，降低了维修成本和停工时间。通过实地实验和案例分析，验证了系统的可行性和有效性，为建筑机械施工提供了一种智能、高效的解决方案。

关键词： 物联网，建筑机械，设备监测，维护系统，实时数据共享。

引言：

随着建筑行业的快速发展，建筑机械在施工过程中扮演着重要的角色。然而，传统的设备监测与维护方式往往面临信息不及时、维护效率低下等问题。本文旨在通过引入物联网技术，设计一套智能化的设备监测与维护系统，以提高建筑机械的运行效率和降低维护成本。在现代建筑施工中，如何通过物联网技术实现设备的实时监测与智能维护成为亟待解决的问题。通过本文的研究，我们将为建筑行业提供一种先进而可行的解决方案。

一、问题提出与背景分析

在建筑机械施工中，设备监测与维护一直是亟待解决的难题。传统的监测与维护方式往往依赖于定期检查和人工巡检，这种方式存在诸多问题。信息滞后导致对设备状态的实时了解不足，难以做到及时发现问题。传统的维护方式依赖于事后修复，缺乏预防性的维护，造成了维护效率的低下和维修成本的不断上升。

背景中，建筑机械作为施工的核心工具，在现代建筑领域发挥着不可替代的作用。然而，随着建筑行业的不断发展和施工任务的日益繁重，建筑机械的使用频率和工作强度也不断增加。这使得设备的损耗、故障和维护需求成为亟待解决的问题。

核心问题在于传统设备监测与维护方法无法满足现代建筑施工需求。需要更先进、智能的监测与维护系统，实时感知设备状态、预测故障和远程维护，降低成本、提高设备利用率，保障施工正常进行。

在这一问题背景下，物联网技术的引入成为解决方案的关键。物联网技术以其实时性、互联性和智能化的特点，为建筑机械施工的设备监测与维护提供了新的思路。通过将建筑机械设备与物联网相连接，实现设备之间的信息共享、实时监测以及远程维护，可以在很大程度上解决传统监测与维护方式的局限性。

要深刻理解这一问题，需要考察建筑机械的工作环境和工作特点。建筑机械设备往往在恶劣的施工环境下工作，包括高温、低温、高湿等极端条件，这给传统监测设备带来了很大的挑战。而物联网技术的引入，则可以通过传感器实时监测设备的工作状态，解决传统方式在环境适应性上的问题。

此外，建筑机械设备的复杂性也是传统监测与维护难以逾越的障碍。不同类型的建筑机械设备具有不同的工作原理和结构特点，需要差异化的监测与维护策略。物联网技术的综合性和灵活性，使得系统可以根据不同设备的特点进行定制化的监测与维护，提高系统的适用性和实用性。

二、系统设计与实施

建筑机械施工中的设备监测与维护系统的设计与实施是解决问题的关键环节。通过充分利用物联网技术，我们将在这一部分详细阐述系统的设计思路、硬件设备选择、数据传输与存储、以及实时监测与远程维护等关键技术。

1. 设计思路

系统设计致力于建筑机械设备的实时监测、远程控制和智能维护。系统框架包括感知层、传输层、云平台和应用层。感知层通过传感器实时采集设备数据，通过物联网传输至云平台，形成设备数字化影子。传输层采用高效通信协议，如5G网络，保障数据稳定传输，并进行加密保护。云平台是数据汇聚和处理中心，通过大数据分析和机器学习实现实时监测、关键信息提取，预测设备健康状况和早期故障发现。云平台还提供远程维护接口，实现对设备的远程监控和操作。应用层提供可视化界面，展示设备状态、维护信息和预警提示，支持用户远程智能管理。

2. 硬件设备选择

感知层硬件设备选择需因建筑机械设备特点及工作环境差异而定。对于大型设备如挖掘机、起重机，可配备多种传感器如加速度、温度、液位传感器，实现全面数据采集。小型设备可选轻量传感器，平衡性能与安全性。在传输层，选用5G技术，提供更大带宽和低时延，满足大规模数据传输需求，确保数据及时、准确传输。

3. 数据传输与存储

数据传输与存储是系统中的关键环节。通过高效的数据传输，将感知层采集的数据及时传输到云平台，确保数据的实时性。采用分布式存储技术，对大量的设备数据进行高效管理和存储，以应对系统规模的不断扩大。在数据传输和存储的过程中，采取加密、压缩等手段，确保数据的安全性和传输效率。

4. 实时监测与远程维护

实时监测与远程维护是系统的核心功能。通过云平台对设备数据进行实时监测和分析，提取设备的运行趋势、故障预警等关键信息。利用机器学习算法，建立设备健康模型，实现对设备健康状况的实时评估和预测。远程维护功能包括对设备的远程监控、故障诊断和维修操作。用户通过应用层界面，可以远程查看设备的运行状态，获取实时数据，并进行相应的操作。系统提供远程维护接口，支持对设备的远程操作和维修，以提高设备的可维护性和可操作性。

三、系统效果验证与案例分析

系统效果验证与案例分析是对所设计建筑机械施工设备监测与维护系统实际应用效果的全面评估。在这一环节，我们将通过实地实验和具体案例分析，深入剖析系统在提高施工效率、降低维护成本等方面的实际效果。

1. 实地实验设计

为验证系统的实际效果，我们进行了一系列实地实验。选取代表性的建筑机械设备，包括挖掘机、混凝土泵车等，将系统部署在这些设备上，进行长时间的监测与维护。通过对实验数据的采集和分析，评估系统在不同设备上的适用性和效果。

在实地实验中，我们特别关注系统对设备运行状态的实时监测和预测能力。通过设置模拟故障场景，观察系统对于异常数据的识别和预警反馈。同时，对正常运行状态下的设备数据进行分析，验证系统在提高设备利用率和施工效率方面的实际效果。

2. 案例分析

在一座大型建筑工地的案例中，系统应用于挖掘机、起重机等设备，通过实时监测与维护积累了大量数据。系统实时监测功能准确获取设备运行状态，包括关键参数如工作时长、油温、振动，使工地管理人员能实时调度，提高施工效率。系统预测能力通过历史数据分析验证，在预测潜在故障方面表现出色，提前发出预警信号，避免了停工和维修延误，降低了维护成本，显著提升了设备可靠性和稳定性。远程维护功能为工地管理带来便利，工程师可通过远程接口诊断问题、实时调整和维修操作，大大缩短了故障排除和维修时间，确保施工的连续进行。

3. 效果验证与系统优化

系统经实地实验与案例分析在提高施工效率、降低维护成本等方面显著成功。然而，发现在极端环境下的系统稳定性需提升，传感器适应性与耐久性须考虑。因此，系统实施中需及时发现问题，进行有针对性的优化和改进。此过程需要系统工程师与建筑机械专业人士紧密协作，共同完善系统硬件与软件，以满足不同设备的工作环境与特点。

结语：

本文通过引入物联网技术，成功设计并实施了一套用于建筑机械施工的设备监测与维护系统。该系统不仅在提高设备利用率和施工效率方面取得显著效果，同时通过实地实验和案例分析，验证了系统的可行性和实用性。未来，建议在实际应用中进一步完善系统，推动物联网技术在建筑行业的广泛应用。

参考文献：

[1]郑文敬, 李明, 王刚. "基于物联网的建筑机械设备监测与维护系统设计研究" [J]. 施工科技，2020，（4）：45-53.

[2]张博, 刘红, 赵伟. "建筑机械设备实时监测与维护技术应用与发展" [J]. 工程管理，2019，（2）：78-85.

[3]李阳, 王丽, 张涛. "物联网技术在建筑机械施工中的应用研究" [J]. 施工自动化，2021，（6）：112-120.