浅析5G在建筑施工智慧工地中的应用

浅析5G在建筑施工“智慧工地”中的应用

【Summary】第五代移动通信技术（5G）是继4G之后具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，它是实现万物互联的网络基础，将开启物联网时代。建筑施工依托于“数字工地”、“智慧工地”建设，逐步加强过程管理的智能化，随着5G时代的到来，以物联网技术为基础的智慧工地，在AI识别视频监控，远程操作、VR/AR漫游等方面，也可借助5G这一高速网络“桥梁”，实现功能、性能升级。本文依托于中国移动南方基地二期工程二阶段项目，主要介绍了5G在建筑施工中的网络搭建，主要应用方向，应用制约及未来应用发展趋势，希望对后续建筑施工项目5G+智慧工地的建设应用起到参考和指导作用。【Keys】：第五代移动通讯技术（5G），智慧工地，网络搭建，制约因素，发展趋势

1.引言2019年，我国进入5G商用元年，伴随5G技术的完善，在工业、交通、教育、医疗、智慧城市等领域，5G时代的到来将带来一系列功能革新。建筑施工现场具有人员流动大，露天高处作业多，施工内容变化大，规则性差的特点。因此，安全质量的施工过程监管是项目管理的重点。近年来，建筑业通过物联网、BIM等技术手段，搭建“智慧工地”，已基本实现对施工现场的智能化监管。智慧工地类比智慧城市，5G时代的到来对建筑施工智能化应用也将带来升级。2.“5G”与建筑施工“智慧工地”“5G”即第五代移动通信技术，是最新一代移动通信技术，是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、提高系统容量和大规模设备连接。国际电信联盟（ITU）定义了5G八大关键性能指标，其中高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征，用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。“智慧工地”即基于智慧工地平台管理系统，综合运用BIM、物联网、云计算、大数据、移动通讯等技术手段，通过在施工现场布置各种传感器和无线网络，将各类数据集成至智慧云平台。由云端服务器对数据进行智能处理、同时与反馈控制机制联动，实现对施工现场人、机、料、法、环的全面监控与分析，项目业务流程的全面把控。“智慧工地”的信息处理管理原理与物联网相似及建立，其依托遍布工程项目所有岗位的数据采集端(pc\移动终端\智能穿戴\植入模块等)产生的海量数据，通过云储存平台层，在系统进行数据计算，实现整个施工过程可模拟、施工风险可预见、施工过程可调整、施工进度可控制、施工各方可协同的智慧施工过程，并通过BIM应用软件平台统一呈现，如图2.1-1所示。图2.1-1智慧工地原理“智慧工地”利用网络（局域网、广域网或互联网）构建信息传递连接，因此网络传输这座“桥梁”是否通畅和高效，是使这一系统互通的关键。5G时代到来，将解除以往智慧工地应用（以物联网为主）的信息传输限制，对于需要高传输的应用（如视频监控），可以提高其信息传输量及信息传输速度，从而提升应用服务质量。3.“智慧工地”应用现状及特点分析通过对智慧工地专业开发单位的咨询和考察，现阶段主要应用点分为以下2个大类：（1）一体化的信息处理系统——框架。包含多种数据终端接口，后台信息处理系统（含云端存储）以及前端操作管理平台。（2）项目管理类应用——重要组成。包含现场管理、进度管理、安全质量管理、劳务管理、材料管理、BIM建造管理及其他应用。项目管理类应用可根据管理需求，选择合适、实用的应用，实现对人力、物资成本控制，优化管理流程与管理动作，达到管理的“精细化”。通过调查及信息分析，现有“智慧工地”应用具有如下四个特点：（1）依托于云平台。“智慧工地”的建立必须搭建一个信息收集、分类、简化处理的平台或系统，以此实现对单个硬件或多个硬件应用内容的整合，如智能地磅是对车辆识别、打印机及称重机械等设备的整合，将车辆影像信息、时间信息、重量信息汇总并一一对应，按需求调取、打印，这一切都需要平台的统一处理。类比智能地磅，一个施工项目包含内容要复杂、繁多得多，因此必须搭建一个数据收集、信息处理的平台，作为智慧工地的“大脑”。（2）应用多样。如表3.1-1内容，智慧工地应用项已扩展至建筑施工过程人、机、料、法、环、测，多方面应用，涵盖了建筑工程全过程，从劳务管理、安全质量管控、物资管理、能耗管理等项目管理的重点着手，通过BIM技术、物联网、云计算技术完成项目的自动化、智慧化。（3）安全质量管理应用为主。安全质量是工程的生命线，智慧工地建设也以此作为应用的出发点和落脚点，如表3.1-1安全相关管控有：劳务实名制、塔吊及施工电梯监控、车辆管理、电箱安全、视频监控+AI识别、智能安全帽等。安全质量管理相关应用占总应应项目的75%以上，是智慧工地应用的主要内容。（4）4G通讯网络、无线局域网或有线网络连接。通过对现有智慧工地应用项目考察发现：实名制、视频监控、智能地磅应用，因设备定点、安装位置限制小，多以有线网络连接；塔吊、电梯监控因环境限制则以无线网桥连接为主；如智能安全帽、智能水电表、雾炮喷淋、环境监测仪等因数据传输流量需求小往往采用4G或低一代的移动通讯网络进行数据传输。4.5G移动通讯技术接入经对智慧工地应用情况的调查及分析，5G高速移动通讯网络接入主要可用来优化升级智慧工地应用中传输网络环节，5G网络的上行速度可达13.5MB/s，下行速度达100MB/s以上（与5G信号强度有关），利用其高速率、低延时、多通道的特点可实现如视频监控、远程操作等应用的稳定高速网络传输。但对于如劳务实名制、环境监测、智能水电表、3D打印等无需大流量、高速传输的应用，其上下行网络速率仅5-30KB/s，5G网络较“大材小用”。市场上主要5G设备有5G基站、5G网关、5G集线器、5G路由器、5G移动终端等，近期也出现了使用5G芯片的摄像头及远程控制设备。结合对施工现场智慧工地考察，除AI识别摄像头外，大部分应用设备并未开发5G版本，也正好印证了5G网络现阶段在建筑施工管理中主要应用在以视频监控为基础AI识别安全管理上，而其他智慧应用并不“迫切”需要5G高速网络的接入。5.总结华为《5G时代十大应用场景白皮书》指出：移动网络的目标是全连接世界，产生的数据通过连接在云端构建，不断创造价值。车联网、智能制造、全球物流跟踪系统、智能农业、市政抄表等，是物联网在垂直行业的首要切入领域，都将在5G时代蓬勃发展。以物联网为基础的智慧工地，可利用5G高速移动通讯网络实现数据传输的升级，现阶段主要表现在视频监控及其延伸出的AI高清识别技术，并以此加强施工现场的人员、施工过程管控或减少监管人员的投入。而