建筑工地智慧監管平臺設計

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摘要：在互聯網的大背景下，建筑業的信息化是勢必的。本項目通過對建筑信息模型的建立、在大數據、移動通信、智能化、云計算、物聯網等信息技術的綜合運用下，以推動建筑業數字化、網絡化、智能化的進一步發展，提高建筑業的信息化水平。

關鍵詞：數字化；網絡化；智能化

1現階段建筑工地管理現狀

當今，以大數據、云計算為代表的新興信息化技術的發展日新月息，為了順應時代的發展，建筑業信息將隨之發展，智慧監理平臺作為智慧建筑領域的核心業務系統，已成為當前建筑業發展的重點之一[1]。國家住房和建設相關部門也發布指導文件，明確了建筑信息化的發展目標任務，即通過集成大數據、云計算、物聯網和邊緣計算等新興IT技術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，智慧監理平臺的發展思路也得到了進一步的明確[2-3]。

1.1智慧監理平臺研究現狀

《建筑業10項新技術》指出，智慧監理平臺是采用信息化對施工全過程進行監管的技術，需采用基于移動互聯網的項目動態管理信息技術，實現對項目的動態監管，確保項目能規避風險源[4-5]。在具體的監理信息化業務系統設計與建設方面，文獻[6]指出安全的信息管理系統應該包含實名制管理、視頻監控，現場執法、應急救援等施工現場的管理模塊，實現對施工現場的全過程的管理。文獻[7]提出監理信息化系統不僅要于上級監管部門的信息互通，還要具備對施工工地現場監管的能力。文獻[8]指出建筑工地質量和監管的業務信息系統，要充分地利用信息網絡通信技術、遠程音視頻和傳感器技術、4G技術等，提高監理的信息化水平。

1.2智慧監理平臺研究意義

近年來，智慧監理平臺在建筑行業的應用，雖然對建筑行業信息的發展產生了積極影響[9]，但從實踐過程中來看，仍有一些問題亟待解決，主要表現有如下三點：（1）對監理工作的監管的科技水平不高，導致監理人員無法全業務流程地監管施工現場的安全生產情況，這也就直接導致了對施工企業的安全生產責任難以全面落實；（2）對施工現場的業務采集過程上尚不全面，當前的智慧監理平臺大多通過傳統的視頻采集與現場核查相結合的方式，難以對施工現場“人-設備-資質”進行全面，有效地監管；（3）智慧監理平臺大多只是對業務流的“實時查看+事后監管”，無法通過業務流和現場施工情況，融合大數據技術對潛在的安全隱患提前排查以及風險提前預警[10]。針對上述問題，需要設計一套完整的智慧化監理平臺，以統一的上層架構進行設計，讓智慧監理平臺能充分感知施工現場的各種業務流程、安全風險隱患等，提升建筑工地的科技監管水平，有著重要的現實意義和積極的社會效益。

2智慧監理平臺系統設計

智慧監理平臺包含眾多的業務子系統，這些業務子系統不是相互獨立的，智慧監理平臺的建設需要確保兩個“融合”，一是與施工現場各部門子業務系統的融合，二是各業務部門子系統的數據融合。

2.1智監理平臺系統總體設計

不同于傳統的信息化業務系統，智慧監理平臺是一個綜合性的信息系統，由多個子業務系統統一整合而成。因此，設計面向建筑工地的智慧監理平臺，需要充分整合建筑工地日常監理所需要的各項業務功能。因此，開展研發智慧監理平臺需要緊緊圍繞施工現場的監理業務需求以及監管要求，根據業務系統設計出統一的、支持業務擴展的系統架構，同時還要設計出與各子業務系統進行業務交互和數據交互的規范，保證各邏輯上獨立子系統在同一個規范下分步開發并能協同工作。根據實地調研，從“人-設備-業務-潛在風險”的設計思路，本文設計智慧監理平臺主要有7大業務功能模塊，分別是人員管理、設備管理、危險源管理、綜合分析與統計一張圖、信息發布、監理巡查與應急指揮，潛在隱患預警。具體來講，各功能模塊的具體內容如表1所示。根據上述智慧監理平臺的業務功能模塊，在具體設計開發過程中，智慧監理憑條要具備對施工現場實施感知、業務數據存儲與分析、數據處理、可視化展示等功能模塊，因此，整個平臺分為四個層次，分別是展示層、業務層、服務層、資源層，如圖2所示。圖2綜合展示了智慧監理平臺的體系結構，分為四個主要層次，分別是：（1）資源層是智慧監理平臺的底層架構，是整個系統的基礎支撐部分，由云平臺提供統一的計算和存儲資源，物聯網和邊緣計算設備提供對施工現場環境的感知；（2）服務層是智慧監理平臺的重要部分，負責對各子業務系統或功能模塊進行有效地整合，為上層提供業務邏輯融合服務以及數據共享服務；（3）業務層是智慧監理平臺的關鍵部分，是與監理業務緊密的各子系統組成。（4）展示層是智慧監理平臺的可視化層，將業務層的各子系統進行整合，以統一的可視化模式為監理人員提供服務。

2.2主要功能模塊設計

智慧監理平臺的主要功能模塊必須涵蓋并服務于監理業務的全流程，即通過人員管理、設備管理、危險源管理、綜合分析與統計、信息發布、監理巡查，潛在隱患預警服務于監理業務，下面逐一描述7大業務模塊的主要功能。（1）人員管理人員管理模型是智慧監理平臺的基礎模塊，是負責施工現場所有人員的統籌管理，包括施工人員，管理人員的身份信息、職業技能、資質技能證書等。此外，人員管理模塊通過智慧監理平臺與外部實名系統、資質證書系統等的無縫對接，能對所有人員的身份、資質技能證書進行第三方認證，實現人員數據、資質證書數據的共享，能全面地掌握現場施工人員和管理人員的情況。（2）設備管理施工現場的大型設備眾多，對施工工地大型設備的監控是提升現場文明施工的重要抓手之一，智慧監理平臺中的設備監控模塊是負責對施工現場“物”的實時管理，如項目的塔吊、施工電梯等大型設備，形成設備檔案，已備監理人員核查。此外，設備管理模塊還應包括設備運行狀態、設備維保時間、設備檢驗有效期等。（3）危險源管理施工現場的危險源的管理一直是監理工作的重點，在智慧監理平臺中，對危險源的管理也是一項極其重要的工作，在綜合地管理危險源的性質、品類、供應商、安全責任人等信息的基礎上，對危險源實行分級管理，同時，對重大危險源還是實行不間斷的視頻和傳感設備多重管理，全面實現施工現場危險源及其安全責任人的差異化和精細化管理。（4）綜合分析與統計一張圖綜合分析與統計模塊是在對人員，設備、危險源等進行統一管理的基礎上，對施工現場進行可視化展示，能使的監理人員利用一張圖全面地了解并掌握施工現場的情況。綜合分析與統計不僅僅是對施工現場情況與數據的簡單羅列，而是在對數據與業務充分整合的基礎上，進行大數據可視化展示，根據不同的展示目的，采用餅圖、柱狀圖、雷達圖等多種形式進行可視化，便于監理人員及時地掌握施工現場的情況。（5）信息發布信息發布是監理人員與上級監管部門、現場施工人員進行信息互通的重要渠道，是能確保安監信息經由監理人員直接發送到責任主體，是保障安全生產信息能及時、有效地發布保證。此外，信息發布還具備常規規章制度的發布與查詢功能，使得現場施工人員能根據需要便捷地查看安全生產相關的規章制度。（6）監理巡查與應急指揮視頻監控是通過在施工現場部署視頻攝像頭，將施工現場畫面實施回傳到智慧監理平臺，監理人員能實時地通過視頻巡查等手段監控工地的安全生產情況。通過安全巡查模塊能根據業務與施工現在實時情況，及時地發現施工現場的潛在安全隱患，并提供監理人員及時人工介入，這就能最大限度地確保施工現場的安全運營。（7）潛在隱患預警潛在隱患預警用于支持監理人員的標準化巡查和不定期抽查，如監理人員按照既定的巡查周期，處理對施工現場的周檢和月檢，這就能督促現場施工人員履行安全生產職責。

2.3系統架構設計與開發

本系統架構的開發采用主流的平臺架構，硬件設備的計算、存儲和網絡資源通過虛擬化平臺為上層提供服務，系統平臺架構如圖3所示。在圖3中，本文設計的系統采用Tomcat和MySQL作為系統的服務層，負責通過VM虛擬機調用底層的計算、存儲和網絡資源為智慧監理平臺業務系統提供服務。為了保障系統的可靠性，將7個業務系統分別部署到7臺有Tomcat服務的虛擬機上。為了支撐系統對大數據存儲容量和的需求，將MySQL數據庫也分別部署到獨立的VM虛擬機上，這樣通過虛擬機“隔離”了各子業務系統、各數據庫系統，從業務和數據兩個維度保障了系統的安全運行。

3實驗驗證

智慧監理平臺系統開發的軟件環境是Window10專業版，MySQL（版本號8.0），Tomcat（版本號9.0），開發語言是Python和PHP，使用VMWare虛擬化監控器，將7個子業務系統分別部署到7個虛擬機上。硬件環境是Interi5-1135G7處理器，16GB內存，M.2接口固態硬盤，下面對系統的性能和負載壓力測試。（1）系統性能測試信息系統的穩定性是保障智慧監理平臺可用的基礎，首先驗證各子業務系統的性能，在處理器負載不高于60%的情況下，分別測試7個子系統的吞吐量，實驗結果如圖4所示。從圖4中可以看出，各子業務系統能支持高并發的數據訪問與存儲需求，能滿足智慧監理平臺對系統性能的設計要求。由于信息發布系統邏輯功能簡單，有較高的系統負載承擔能力，人員管理子系統由于處理人員數據邏輯較為復雜，且涉及與第三方平臺的對接，系統承載能力相較于其它子系統較低。（2）系統負載壓力測試下面進一步衡量系統的壓力測試，采用高并發訪問，驗證系統硬件平臺的資源消耗情況，對智慧監理平臺做負載壓力測試，測試樣例數據量從1000條逐步增減到2000條的并行存儲，CPU資源和內存資源的壓力測試，實驗結果如圖5所示。從圖5中可以看出，本系統在高并發的數據訪問與存儲的情況下，CPU和內存負載有一定程度的上升，隨著數據吞吐量達到800Mb/s時，CPU和內存的負載均達到了60%-70%之間，并且隨著數據吞吐量的增加，CPU和內存的負載增量較為平緩，這就驗證了CPU資源和內存資源能夠保持在一定的壓力下運行，這就保證了系統不至于因過載而導致系統崩潰。

4結語

本文設計開發的智慧監理平臺充分整合IT技術，采用基于“云計算+物聯網+建筑大數據”的服務模式，可對建筑施工進行全周期、可視化、可追溯管理，全面地感知施工現場整體的業務流程，有效地保障施工進度、施工安全、成本控制等監理業務需求。智慧監理平臺能有效提高對施工人員、物料級設備的利用率進行管理，降低施工成本和能耗，將引領建筑產業信息化建設新一輪轉型升級。

作者:王顯曾 韋政 王源 謝正霞 單位:嘉興學院建筑工程學院 嘉興學院建筑工程實驗中心