解决方案
IoT Solution

施工现场智能化管控的WF-IoT方案



1 背景

施工是工程实施阶段的生产活动,由人员、设备、材料、管理、资金等要素构成。施工现场的安全管理难度非常大,尤其是隧道、桥梁、建筑等工程的施工现场更难管理。

施工现场一般具有以下特点:

.场地固定,在有限的场地上或空间内,聚集大量的人员、设备、材料等;

.人员、设备及材料的流动性强,随工程形象进度的变化,要求进驻不同的施工队伍、采用不同的设备和材料;

.大多数施工工艺,靠手工操作,要繁重的体力劳动;

.施工现场环境复杂,容易发生坠落、物体打击、触电、机械伤害和坍塌等事故,需要科学的管理和防护。

近年来,随着我国社会经济的快速发展,工程规模不断扩大,工艺流程纷繁复杂,如何搞好施工现场管理,降低事故发生概率,一直是施工企业和政府管理部门关注的焦点。

为此,利用现代科技,优化施工现场监管手段,实现实时的、全过程的、不间断的安全管理是现代施工管理的发展趋势。加之,企业竞争日趋激烈,工程管理的要求越来越高,迫切需要企业建立一套施工现场智能化管理系统,以便规范作业人员的行为,强化施工过程的实时监控和管理。这不仅有利于提升施工质量、规避或削弱施工风险、降低施工浪费,同时还有利于对成本和进度实施合理控制,提升工程施工效率,增强企业竞争力。


2 现有技术分析

所谓的施工现场智能化管控系统,就是利用智能化技术手段,围绕施工现场管理涉及的工序安排、材料与资源分配、空间布置、进度控制、质量监管以及成本管理等诸多内容,对施工现场的视频监控、照明、安全管理、人员管理、设备管理、物料管理、环境监测等进行一体化、模块化集成,建立支持施工现场互联协同、智能生产、科学管理的管理系统,实现施工现场管理的可视化、实时化、高效化与精确化。

现行的施工现场智能化管控系统一般采用系统集成技术,其核心思想是中心化管理,主要特点是:

.系统构成复杂,设备繁多,在空间有限的施工现场部署较为困难。如,门禁系统、物料管理、环境监测、人员出入管理等各子系统模块,大多单独部署本子系统模块所需要的设备,并分别部署控制线缆,很少有一个设备被两个以上的子系统模块所用;

.系统任何一个子系统模块的运行完全依赖于中心化系统,响应速度慢,很容易出现管控失效的故障。当各子系统模块之间需要共用设备或进行信息交互时,还必须依靠中心化系统(或上位计算机系统)才能完成;

.中心化系统的软件集成难度大,升级困难。不同用途的子系统功能模块有不同接口;即使同一个子系统功能模块,当换不同品牌的产品时,由于接口不同,都需要对软件系统进行升级开发。


3 方案概述

本方案采用具有物联网2.0特征的WF-IoT融合物联网技术,构建施工现场智能化管控系统。

实现要点主要有:

.将施工现场的照明系统改造成商用智慧照明物联网,为施工现场提供优良照明环境,避免出现“长明灯”,实现节能,同时还低成本地实现高可靠、免维护的“物物相联”基础网络。

.工作人员配置人员电子标签(如手环、或在安全帽上加装)、车辆配置车辆电子标签,配合照明物联网,利用“虚拟周界”技术,既可以在本地对施工现场人员(或车辆)实现实时定位,当有人接近或靠近危险区域时,以灯光变色形式给出告警,还可以借助MIS系统实现人员位置追踪;此外,还可以配合出入口门禁控制器,对人员(或车辆)出入施工现场进行控制。

.施工现场的设备设施及材料配置资产电子标签,配合照明物联网,利用“虚拟周界”技术,通过MIS系统,可以对施工现场设备设施及材料实现精细化的资产管控。

.配置便携式环境监测仪,利用照明物联网,既可以在本地实现施工现场照度、温度、湿度、空气质量等环境参数的超标报警,还可以借助上位采集计算机实现对上述参数的在线监控和记录。

.配置通用电能计量模块和WF-IoT无线通信模块,利用照明物联网,既可以在本地实现对施工现场能耗情况的在线监控,又可以借助上位采集计算机实现对电能计量数据的在线监控和记录。

.配置WF-IoT无线通信模块,利用照明物联网,可以在本地实现视频监控系统和消防系统的联动。


4 方案特点

WF-IoT技术具有物联网智慧照明(Air Lamp)、广域无线传感网(WSN)、识别定位网(RTLS)、数据采集和实时控制的单芯片融合特点。为此,本方案应用WF-IoT技术,以“极简洁的布线、一体化的融合和无中心的控制”,解决了传统施工现场智能化管理系统存在的问题,是未来引领智能化管控手段的趋势和方向。

1)极简洁的布线。本方案以无处不在的照明灯具为载体,只需对照明系统进行升级改造,配置无线、不受线缆羁绊的智能感知及控制设备,简化供电线路,不布置控制线缆,利用一网多用、一物多能”特性即可实现施工现场的人员、设备、材料及环境等诸多要素的智能化管理和控制,使有限的施工现场空间,不出现复杂的线路,便于现场秩序的管理和规范。

2)一体化的融合。本方案将超低功耗射频片上系统芯片技术、无线传感网通信技术、射频识别及数据采集技术、LED 照明无级调光驱动技术、物联网照明控制协议等在一个节点上实现了一体化集成,每个节点既可以是一个照明控制的节点、识别定位的节点、无线传感的节点,也是一个数据采集的节点,设备共用、软件集成、功能扩展极为方便。

3)无中心的控制。本方案采用全无线感知方案,节点之间为无中心的自组网,即使坏掉一、两个节点,整个网络也不受影响;各节点均具有不依赖中心或上位计算机系统的分布式智能,施工现场出现的突发报警,都可以实现本地计算,根据逻辑直接联动视频监控系统、消防系统或现场的其他报警设备(如灯具闪烁报警、语音喇叭报警等)第一时间响应,以便管理者及时处置。