建筑工地智慧监管平台设计

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摘要：在互联网的大背景下，建筑业的信息化是势必的。本项目通过对建筑信息模型的建立、在大数据、移动通信、智能化、云计算、物联网等信息技术的综合运用下，以推动建筑业数字化、网络化、智能化的进一步发展，提高建筑业的信息化水平。

关键词：数字化；网络化；智能化

1现阶段建筑工地管理现状

当今，以大数据、云计算为代表的新兴信息化技术的发展日新月息，为了顺应时代的发展，建筑业信息将随之发展，智慧监理平台作为智慧建筑领域的核心业务系统，已成为当前建筑业发展的重点之一[1]。国家住房和建设相关部门也发布指导文件，明确了建筑信息化的发展目标任务，即通过集成大数据、云计算、物联网和边缘计算等新兴IT技术提升建筑信息模型的信息化能力，作为建筑信息模型重要的组成部分，智慧监理平台的发展思路也得到了进一步的明确[2-3]。

1.1智慧监理平台研究现状

《建筑业10项新技术》指出，智慧监理平台是采用信息化对施工全过程进行监管的技术，需采用基于移动互联网的项目动态管理信息技术，实现对项目的动态监管，确保项目能规避风险源[4-5]。在具体的监理信息化业务系统设计与建设方面，文献[6]指出安全的信息管理系统应该包含实名制管理、视频监控，现场执法、应急救援等施工现场的管理模块，实现对施工现场的全过程的管理。文献[7]提出监理信息化系统不仅要于上级监管部门的信息互通，还要具备对施工工地现场监管的能力。文献[8]指出建筑工地质量和监管的业务信息系统，要充分地利用信息网络通信技术、远程音视频和传感器技术、4G技术等，提高监理的信息化水平。

1.2智慧监理平台研究意义

近年来，智慧监理平台在建筑行业的应用，虽然对建筑行业信息的发展产生了积极影响[9]，但从实践过程中来看，仍有一些问题亟待解决，主要表现有如下三点：（1）对监理工作的监管的科技水平不高，导致监理人员无法全业务流程地监管施工现场的安全生产情况，这也就直接导致了对施工企业的安全生产责任难以全面落实；（2）对施工现场的业务采集过程上尚不全面，当前的智慧监理平台大多通过传统的视频采集与现场核查相结合的方式，难以对施工现场“人-设备-资质”进行全面，有效地监管；（3）智慧监理平台大多只是对业务流的“实时查看+事后监管”，无法通过业务流和现场施工情况，融合大数据技术对潜在的安全隐患提前排查以及风险提前预警[10]。针对上述问题，需要设计一套完整的智慧化监理平台，以统一的上层架构进行设计，让智慧监理平台能充分感知施工现场的各种业务流程、安全风险隐患等，提升建筑工地的科技监管水平，有着重要的现实意义和积极的社会效益。

2智慧监理平台系统设计

智慧监理平台包含众多的业务子系统，这些业务子系统不是相互独立的，智慧监理平台的建设需要确保两个“融合”，一是与施工现场各部门子业务系统的融合，二是各业务部门子系统的数据融合。

2.1智监理平台系统总体设计

不同于传统的信息化业务系统，智慧监理平台是一个综合性的信息系统，由多个子业务系统统一整合而成。因此，设计面向建筑工地的智慧监理平台，需要充分整合建筑工地日常监理所需要的各项业务功能。因此，开展研发智慧监理平台需要紧紧围绕施工现场的监理业务需求以及监管要求，根据业务系统设计出统一的、支持业务扩展的系统架构，同时还要设计出与各子业务系统进行业务交互和数据交互的规范，保证各逻辑上独立子系统在同一个规范下分步开发并能协同工作。根据实地调研，从“人-设备-业务-潜在风险”的设计思路，本文设计智慧监理平台主要有7大业务功能模块，分别是人员管理、设备管理、危险源管理、综合分析与统计一张图、信息发布、监理巡查与应急指挥，潜在隐患预警。具体来讲，各功能模块的具体内容如表1所示。根据上述智慧监理平台的业务功能模块，在具体设计开发过程中，智慧监理凭条要具备对施工现场实施感知、业务数据存储与分析、数据处理、可视化展示等功能模块，因此，整个平台分为四个层次，分别是展示层、业务层、服务层、资源层，如图2所示。图2综合展示了智慧监理平台的体系结构，分为四个主要层次，分别是：（1）资源层是智慧监理平台的底层架构，是整个系统的基础支撑部分，由云平台提供统一的计算和存储资源，物联网和边缘计算设备提供对施工现场环境的感知；（2）服务层是智慧监理平台的重要部分，负责对各子业务系统或功能模块进行有效地整合，为上层提供业务逻辑融合服务以及数据共享服务；（3）业务层是智慧监理平台的关键部分，是与监理业务紧密的各子系统组成。（4）展示层是智慧监理平台的可视化层，将业务层的各子系统进行整合，以统一的可视化模式为监理人员提供服务。

2.2主要功能模块设计

智慧监理平台的主要功能模块必须涵盖并服务于监理业务的全流程，即通过人员管理、设备管理、危险源管理、综合分析与统计、信息发布、监理巡查，潜在隐患预警服务于监理业务，下面逐一描述7大业务模块的主要功能。（1）人员管理人员管理模型是智慧监理平台的基础模块，是负责施工现场所有人员的统筹管理，包括施工人员，管理人员的身份信息、职业技能、资质技能证书等。此外，人员管理模块通过智慧监理平台与外部实名系统、资质证书系统等的无缝对接，能对所有人员的身份、资质技能证书进行第三方认证，实现人员数据、资质证书数据的共享，能全面地掌握现场施工人员和管理人员的情况。（2）设备管理施工现场的大型设备众多，对施工工地大型设备的监控是提升现场文明施工的重要抓手之一，智慧监理平台中的设备监控模块是负责对施工现场“物”的实时管理，如项目的塔吊、施工电梯等大型设备，形成设备档案，已备监理人员核查。此外，设备管理模块还应包括设备运行状态、设备维保时间、设备检验有效期等。（3）危险源管理施工现场的危险源的管理一直是监理工作的重点，在智慧监理平台中，对危险源的管理也是一项极其重要的工作，在综合地管理危险源的性质、品类、供应商、安全责任人等信息的基础上，对危险源实行分级管理，同时，对重大危险源还是实行不间断的视频和传感设备多重管理，全面实现施工现场危险源及其安全责任人的差异化和精细化管理。（4）综合分析与统计一张图综合分析与统计模块是在对人员，设备、危险源等进行统一管理的基础上，对施工现场进行可视化展示，能使的监理人员利用一张图全面地了解并掌握施工现场的情况。综合分析与统计不仅仅是对施工现场情况与数据的简单罗列，而是在对数据与业务充分整合的基础上，进行大数据可视化展示，根据不同的展示目的，采用饼图、柱状图、雷达图等多种形式进行可视化，便于监理人员及时地掌握施工现场的情况。（5）信息发布信息发布是监理人员与上级监管部门、现场施工人员进行信息互通的重要渠道，是能确保安监信息经由监理人员直接发送到责任主体，是保障安全生产信息能及时、有效地发布保证。此外，信息发布还具备常规规章制度的发布与查询功能，使得现场施工人员能根据需要便捷地查看安全生产相关的规章制度。（6）监理巡查与应急指挥视频监控是通过在施工现场部署视频摄像头，将施工现场画面实施回传到智慧监理平台，监理人员能实时地通过视频巡查等手段监控工地的安全生产情况。通过安全巡查模块能根据业务与施工现在实时情况，及时地发现施工现场的潜在安全隐患，并提供监理人员及时人工介入，这就能最大限度地确保施工现场的安全运营。（7）潜在隐患预警潜在隐患预警用于支持监理人员的标准化巡查和不定期抽查，如监理人员按照既定的巡查周期，处理对施工现场的周检和月检，这就能督促现场施工人员履行安全生产职责。

2.3系统架构设计与开发

本系统架构的开发采用主流的平台架构，硬件设备的计算、存储和网络资源通过虚拟化平台为上层提供服务，系统平台架构如图3所示。在图3中，本文设计的系统采用Tomcat和MySQL作为系统的服务层，负责通过VM虚拟机调用底层的计算、存储和网络资源为智慧监理平台业务系统提供服务。为了保障系统的可靠性，将7个业务系统分别部署到7台有Tomcat服务的虚拟机上。为了支撑系统对大数据存储容量和的需求，将MySQL数据库也分别部署到独立的VM虚拟机上，这样通过虚拟机“隔离”了各子业务系统、各数据库系统，从业务和数据两个维度保障了系统的安全运行。

3实验验证

智慧监理平台系统开发的软件环境是Window10专业版，MySQL（版本号8.0），Tomcat（版本号9.0），开发语言是Python和PHP，使用VMWare虚拟化监控器，将7个子业务系统分别部署到7个虚拟机上。硬件环境是Interi5-1135G7处理器，16GB内存，M.2接口固态硬盘，下面对系统的性能和负载压力测试。（1）系统性能测试信息系统的稳定性是保障智慧监理平台可用的基础，首先验证各子业务系统的性能，在处理器负载不高于60%的情况下，分别测试7个子系统的吞吐量，实验结果如图4所示。从图4中可以看出，各子业务系统能支持高并发的数据访问与存储需求，能满足智慧监理平台对系统性能的设计要求。由于信息发布系统逻辑功能简单，有较高的系统负载承担能力，人员管理子系统由于处理人员数据逻辑较为复杂，且涉及与第三方平台的对接，系统承载能力相较于其它子系统较低。（2）系统负载压力测试下面进一步衡量系统的压力测试，采用高并发访问，验证系统硬件平台的资源消耗情况，对智慧监理平台做负载压力测试，测试样例数据量从1000条逐步增减到2000条的并行存储，CPU资源和内存资源的压力测试，实验结果如图5所示。从图5中可以看出，本系统在高并发的数据访问与存储的情况下，CPU和内存负载有一定程度的上升，随着数据吞吐量达到800Mb/s时，CPU和内存的负载均达到了60%-70%之间，并且随着数据吞吐量的增加，CPU和内存的负载增量较为平缓，这就验证了CPU资源和内存资源能够保持在一定的压力下运行，这就保证了系统不至于因过载而导致系统崩溃。

4结语

本文设计开发的智慧监理平台充分整合IT技术，采用基于“云计算+物联网+建筑大数据”的服务模式，可对建筑施工进行全周期、可视化、可追溯管理，全面地感知施工现场整体的业务流程，有效地保障施工进度、施工安全、成本控制等监理业务需求。智慧监理平台能有效提高对施工人员、物料级设备的利用率进行管理，降低施工成本和能耗，将引领建筑产业信息化建设新一轮转型升级。

作者:王显曾 韦政 王源 谢正霞 单位:嘉兴学院建筑工程学院 嘉兴学院建筑工程实验中心