建筑工地智慧監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)

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摘要：在互聯(lián)網(wǎng)的大背景下，建筑業(yè)的信息化是勢(shì)必的。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)建筑信息模型的建立、在大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通信、智能化、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的綜合運(yùn)用下，以推動(dòng)建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的進(jìn)一步發(fā)展，提高建筑業(yè)的信息化水平。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；網(wǎng)絡(luò)化；智能化

1現(xiàn)階段建筑工地管理現(xiàn)狀

當(dāng)今，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的新興信息化技術(shù)的發(fā)展日新月息，為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，建筑業(yè)信息將隨之發(fā)展，智慧監(jiān)理平臺(tái)作為智慧建筑領(lǐng)域的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，已成為當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)之一[1]。國(guó)家住房和建設(shè)相關(guān)部門(mén)也發(fā)布指導(dǎo)文件，明確了建筑信息化的發(fā)展目標(biāo)任務(wù)，即通過(guò)集成大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算等新興IT技術(shù)提升建筑信息模型的信息化能力，作為建筑信息模型重要的組成部分，智慧監(jiān)理平臺(tái)的發(fā)展思路也得到了進(jìn)一步的明確[2-3]。

1.1智慧監(jiān)理平臺(tái)研究現(xiàn)狀

《建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)》指出，智慧監(jiān)理平臺(tái)是采用信息化對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)管的技術(shù)，需采用基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，確保項(xiàng)目能規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)源[4-5]。在具體的監(jiān)理信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)方面，文獻(xiàn)[6]指出安全的信息管理系統(tǒng)應(yīng)該包含實(shí)名制管理、視頻監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法、應(yīng)急救援等施工現(xiàn)場(chǎng)的管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的全過(guò)程的管理。文獻(xiàn)[7]提出監(jiān)理信息化系統(tǒng)不僅要于上級(jí)監(jiān)管部門(mén)的信息互通，還要具備對(duì)施工工地現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管的能力。文獻(xiàn)[8]指出建筑工地質(zhì)量和監(jiān)管的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，要充分地利用信息網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、遠(yuǎn)程音視頻和傳感器技術(shù)、4G技術(shù)等，提高監(jiān)理的信息化水平。

1.2智慧監(jiān)理平臺(tái)研究意義

近年來(lái)，智慧監(jiān)理平臺(tái)在建筑行業(yè)的應(yīng)用，雖然對(duì)建筑行業(yè)信息的發(fā)展產(chǎn)生了積極影響[9]，但從實(shí)踐過(guò)程中來(lái)看，仍有一些問(wèn)題亟待解決，主要表現(xiàn)有如下三點(diǎn)：（1）對(duì)監(jiān)理工作的監(jiān)管的科技水平不高，導(dǎo)致監(jiān)理人員無(wú)法全業(yè)務(wù)流程地監(jiān)管施工現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)情況，這也就直接導(dǎo)致了對(duì)施工企業(yè)的安全生產(chǎn)責(zé)任難以全面落實(shí)；（2）對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的業(yè)務(wù)采集過(guò)程上尚不全面，當(dāng)前的智慧監(jiān)理平臺(tái)大多通過(guò)傳統(tǒng)的視頻采集與現(xiàn)場(chǎng)核查相結(jié)合的方式，難以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)“人-設(shè)備-資質(zhì)”進(jìn)行全面，有效地監(jiān)管；（3）智慧監(jiān)理平臺(tái)大多只是對(duì)業(yè)務(wù)流的“實(shí)時(shí)查看+事后監(jiān)管”，無(wú)法通過(guò)業(yè)務(wù)流和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，融合大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)潛在的安全隱患提前排查以及風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)警[10]。針對(duì)上述問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一套完整的智慧化監(jiān)理平臺(tái)，以統(tǒng)一的上層架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓智慧監(jiān)理平臺(tái)能充分感知施工現(xiàn)場(chǎng)的各種業(yè)務(wù)流程、安全風(fēng)險(xiǎn)隱患等，提升建筑工地的科技監(jiān)管水平，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和積極的社會(huì)效益。

2智慧監(jiān)理平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧監(jiān)理平臺(tái)包含眾多的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，這些業(yè)務(wù)子系統(tǒng)不是相互獨(dú)立的，智慧監(jiān)理平臺(tái)的建設(shè)需要確保兩個(gè)“融合”，一是與施工現(xiàn)場(chǎng)各部門(mén)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合，二是各業(yè)務(wù)部門(mén)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合。

2.1智監(jiān)理平臺(tái)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

不同于傳統(tǒng)的信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，智慧監(jiān)理平臺(tái)是一個(gè)綜合性的信息系統(tǒng)，由多個(gè)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一整合而成。因此，設(shè)計(jì)面向建筑工地的智慧監(jiān)理平臺(tái)，需要充分整合建筑工地日常監(jiān)理所需要的各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能。因此，開(kāi)展研發(fā)智慧監(jiān)理平臺(tái)需要緊緊圍繞施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)理業(yè)務(wù)需求以及監(jiān)管要求，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)出統(tǒng)一的、支持業(yè)務(wù)擴(kuò)展的系統(tǒng)架構(gòu)，同時(shí)還要設(shè)計(jì)出與各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)交互和數(shù)據(jù)交互的規(guī)范，保證各邏輯上獨(dú)立子系統(tǒng)在同一個(gè)規(guī)范下分步開(kāi)發(fā)并能協(xié)同工作。根據(jù)實(shí)地調(diào)研，從“人-設(shè)備-業(yè)務(wù)-潛在風(fēng)險(xiǎn)”的設(shè)計(jì)思路，本文設(shè)計(jì)智慧監(jiān)理平臺(tái)主要有7大業(yè)務(wù)功能模塊，分別是人員管理、設(shè)備管理、危險(xiǎn)源管理、綜合分析與統(tǒng)計(jì)一張圖、信息發(fā)布、監(jiān)理巡查與應(yīng)急指揮，潛在隱患預(yù)警。具體來(lái)講，各功能模塊的具體內(nèi)容如表1所示。根據(jù)上述智慧監(jiān)理平臺(tái)的業(yè)務(wù)功能模塊，在具體設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，智慧監(jiān)理憑條要具備對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施感知、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、數(shù)據(jù)處理、可視化展示等功能模塊，因此，整個(gè)平臺(tái)分為四個(gè)層次，分別是展示層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)層、資源層，如圖2所示。圖2綜合展示了智慧監(jiān)理平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)，分為四個(gè)主要層次，分別是：（1）資源層是智慧監(jiān)理平臺(tái)的底層架構(gòu)，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐部分，由云平臺(tái)提供統(tǒng)一的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算設(shè)備提供對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的感知；（2）服務(wù)層是智慧監(jiān)理平臺(tái)的重要部分，負(fù)責(zé)對(duì)各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)或功能模塊進(jìn)行有效地整合，為上層提供業(yè)務(wù)邏輯融合服務(wù)以及數(shù)據(jù)共享服務(wù)；（3）業(yè)務(wù)層是智慧監(jiān)理平臺(tái)的關(guān)鍵部分，是與監(jiān)理業(yè)務(wù)緊密的各子系統(tǒng)組成。（4）展示層是智慧監(jiān)理平臺(tái)的可視化層，將業(yè)務(wù)層的各子系統(tǒng)進(jìn)行整合，以統(tǒng)一的可視化模式為監(jiān)理人員提供服務(wù)。

2.2主要功能模塊設(shè)計(jì)

智慧監(jiān)理平臺(tái)的主要功能模塊必須涵蓋并服務(wù)于監(jiān)理業(yè)務(wù)的全流程，即通過(guò)人員管理、設(shè)備管理、危險(xiǎn)源管理、綜合分析與統(tǒng)計(jì)、信息發(fā)布、監(jiān)理巡查，潛在隱患預(yù)警服務(wù)于監(jiān)理業(yè)務(wù)，下面逐一描述7大業(yè)務(wù)模塊的主要功能。（1）人員管理人員管理模型是智慧監(jiān)理平臺(tái)的基礎(chǔ)模塊，是負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場(chǎng)所有人員的統(tǒng)籌管理，包括施工人員，管理人員的身份信息、職業(yè)技能、資質(zhì)技能證書(shū)等。此外，人員管理模塊通過(guò)智慧監(jiān)理平臺(tái)與外部實(shí)名系統(tǒng)、資質(zhì)證書(shū)系統(tǒng)等的無(wú)縫對(duì)接，能對(duì)所有人員的身份、資質(zhì)技能證書(shū)進(jìn)行第三方認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)人員數(shù)據(jù)、資質(zhì)證書(shū)數(shù)據(jù)的共享，能全面地掌握現(xiàn)場(chǎng)施工人員和管理人員的情況。（2）設(shè)備管理施工現(xiàn)場(chǎng)的大型設(shè)備眾多，對(duì)施工工地大型設(shè)備的監(jiān)控是提升現(xiàn)場(chǎng)文明施工的重要抓手之一，智慧監(jiān)理平臺(tái)中的設(shè)備監(jiān)控模塊是負(fù)責(zé)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)“物”的實(shí)時(shí)管理，如項(xiàng)目的塔吊、施工電梯等大型設(shè)備，形成設(shè)備檔案，已備監(jiān)理人員核查。此外，設(shè)備管理模塊還應(yīng)包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備維保時(shí)間、設(shè)備檢驗(yàn)有效期等。（3）危險(xiǎn)源管理施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)源的管理一直是監(jiān)理工作的重點(diǎn)，在智慧監(jiān)理平臺(tái)中，對(duì)危險(xiǎn)源的管理也是一項(xiàng)極其重要的工作，在綜合地管理危險(xiǎn)源的性質(zhì)、品類(lèi)、供應(yīng)商、安全責(zé)任人等信息的基礎(chǔ)上，對(duì)危險(xiǎn)源實(shí)行分級(jí)管理，同時(shí)，對(duì)重大危險(xiǎn)源還是實(shí)行不間斷的視頻和傳感設(shè)備多重管理，全面實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源及其安全責(zé)任人的差異化和精細(xì)化管理。（4）綜合分析與統(tǒng)計(jì)一張圖綜合分析與統(tǒng)計(jì)模塊是在對(duì)人員，設(shè)備、危險(xiǎn)源等進(jìn)行統(tǒng)一管理的基礎(chǔ)上，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行可視化展示，能使的監(jiān)理人員利用一張圖全面地了解并掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的情況。綜合分析與統(tǒng)計(jì)不僅僅是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)情況與數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單羅列，而是在對(duì)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)充分整合的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大數(shù)據(jù)可視化展示，根據(jù)不同的展示目的，采用餅圖、柱狀圖、雷達(dá)圖等多種形式進(jìn)行可視化，便于監(jiān)理人員及時(shí)地掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的情況。（5）信息發(fā)布信息發(fā)布是監(jiān)理人員與上級(jí)監(jiān)管部門(mén)、現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行信息互通的重要渠道，是能確保安監(jiān)信息經(jīng)由監(jiān)理人員直接發(fā)送到責(zé)任主體，是保障安全生產(chǎn)信息能及時(shí)、有效地發(fā)布保證。此外，信息發(fā)布還具備常規(guī)規(guī)章制度的發(fā)布與查詢(xún)功能，使得現(xiàn)場(chǎng)施工人員能根據(jù)需要便捷地查看安全生產(chǎn)相關(guān)的規(guī)章制度。（6）監(jiān)理巡查與應(yīng)急指揮視頻監(jiān)控是通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)部署視頻攝像頭，將施工現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面實(shí)施回傳到智慧監(jiān)理平臺(tái)，監(jiān)理人員能實(shí)時(shí)地通過(guò)視頻巡查等手段監(jiān)控工地的安全生產(chǎn)情況。通過(guò)安全巡查模塊能根據(jù)業(yè)務(wù)與施工現(xiàn)在實(shí)時(shí)情況，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的潛在安全隱患，并提供監(jiān)理人員及時(shí)人工介入，這就能最大限度地確保施工現(xiàn)場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)。（7）潛在隱患預(yù)警潛在隱患預(yù)警用于支持監(jiān)理人員的標(biāo)準(zhǔn)化巡查和不定期抽查，如監(jiān)理人員按照既定的巡查周期，處理對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的周檢和月檢，這就能督促現(xiàn)場(chǎng)施工人員履行安全生產(chǎn)職責(zé)。

2.3系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)架構(gòu)的開(kāi)發(fā)采用主流的平臺(tái)架構(gòu)，硬件設(shè)備的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源通過(guò)虛擬化平臺(tái)為上層提供服務(wù)，系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)如圖3所示。在圖3中，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用Tomcat和MySQL作為系統(tǒng)的服務(wù)層，負(fù)責(zé)通過(guò)VM虛擬機(jī)調(diào)用底層的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源為智慧監(jiān)理平臺(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供服務(wù)。為了保障系統(tǒng)的可靠性，將7個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)分別部署到7臺(tái)有Tomcat服務(wù)的虛擬機(jī)上。為了支撐系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和的需求，將MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)也分別部署到獨(dú)立的VM虛擬機(jī)上，這樣通過(guò)虛擬機(jī)“隔離”了各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)、各數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，從業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)兩個(gè)維度保障了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

智慧監(jiān)理平臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的軟件環(huán)境是Window10專(zhuān)業(yè)版，MySQL（版本號(hào)8.0），Tomcat（版本號(hào)9.0），開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是Python和PHP，使用VMWare虛擬化監(jiān)控器，將7個(gè)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)分別部署到7個(gè)虛擬機(jī)上。硬件環(huán)境是Interi5-1135G7處理器，16GB內(nèi)存，M.2接口固態(tài)硬盤(pán)，下面對(duì)系統(tǒng)的性能和負(fù)載壓力測(cè)試。（1）系統(tǒng)性能測(cè)試信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性是保障智慧監(jiān)理平臺(tái)可用的基礎(chǔ)，首先驗(yàn)證各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)的性能，在處理器負(fù)載不高于60%的情況下，分別測(cè)試7個(gè)子系統(tǒng)的吞吐量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看出，各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)能支持高并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)與存儲(chǔ)需求，能滿足智慧監(jiān)理平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)要求。由于信息發(fā)布系統(tǒng)邏輯功能簡(jiǎn)單，有較高的系統(tǒng)負(fù)載承擔(dān)能力，人員管理子系統(tǒng)由于處理人員數(shù)據(jù)邏輯較為復(fù)雜，且涉及與第三方平臺(tái)的對(duì)接，系統(tǒng)承載能力相較于其它子系統(tǒng)較低。（2）系統(tǒng)負(fù)載壓力測(cè)試下面進(jìn)一步衡量系統(tǒng)的壓力測(cè)試，采用高并發(fā)訪問(wèn)，驗(yàn)證系統(tǒng)硬件平臺(tái)的資源消耗情況，對(duì)智慧監(jiān)理平臺(tái)做負(fù)載壓力測(cè)試，測(cè)試樣例數(shù)據(jù)量從1000條逐步增減到2000條的并行存儲(chǔ)，CPU資源和內(nèi)存資源的壓力測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，本系統(tǒng)在高并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)與存儲(chǔ)的情況下，CPU和內(nèi)存負(fù)載有一定程度的上升，隨著數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)到800Mb/s時(shí)，CPU和內(nèi)存的負(fù)載均達(dá)到了60%-70%之間，并且隨著數(shù)據(jù)吞吐量的增加，CPU和內(nèi)存的負(fù)載增量較為平緩，這就驗(yàn)證了CPU資源和內(nèi)存資源能夠保持在一定的壓力下運(yùn)行，這就保證了系統(tǒng)不至于因過(guò)載而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

4結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的智慧監(jiān)理平臺(tái)充分整合IT技術(shù)，采用基于“云計(jì)算+物聯(lián)網(wǎng)+建筑大數(shù)據(jù)”的服務(wù)模式，可對(duì)建筑施工進(jìn)行全周期、可視化、可追溯管理，全面地感知施工現(xiàn)場(chǎng)整體的業(yè)務(wù)流程，有效地保障施工進(jìn)度、施工安全、成本控制等監(jiān)理業(yè)務(wù)需求。智慧監(jiān)理平臺(tái)能有效提高對(duì)施工人員、物料級(jí)設(shè)備的利用率進(jìn)行管理，降低施工成本和能耗，將引領(lǐng)建筑產(chǎn)業(yè)信息化建設(shè)新一輪轉(zhuǎn)型升級(jí)。

作者:王顯曾 韋政 王源 謝正霞 單位:嘉興學(xué)院建筑工程學(xué)院 嘉興學(xué)院建筑工程實(shí)驗(yàn)中心