基于物联网技术的建筑施工现场安全风险实时监测与预警系统研究

引言

建筑业作为高风险行业之一，许多学者和专家都积极研究如何将安全风险降至最低，但都没有一个系统的方法有效消除危险。如果可以在施工现场安全事故发生之前就预测到事故可能发生，并向工人，管理人员发出警告，将是从本质上解决事故频发的关键途径之一。

在建筑行业快速发展与施工规模持续扩大的背景下，施工现场安全事故频发已成为制约行业健康发展的重要因素。传统安全管理依赖人工巡检与经验判断，存在风险识别不全面、隐患整改滞后、预警响应缓慢等局限，难以适应现代化施工场景的安全管控需求。物联网技术通过射频识别、传感器网络、嵌入式系统等技术的集成应用，为施工现场安全风险的实时监测与智能预警提供了创新解决方案。当前，物联网技术在施工安全管理中的应用仍面临传感器部署优化、数据融合分析、预警模型精准度等挑战，亟需从系统架构与关键技术层面进行系统性研究。因此，研究基于物联网技术的建筑施工现场安全风险实时监测与预警系统，对提升施工安全管理效能与行业数字化水平具有重要意义。

一、建筑施工现场安全管理的现状与挑战

（一）风险源多样性与动态性带来的识别难题

建筑施工现场存在高空坠落、物体打击、机械伤害等多种风险源，且风险随施工进度动态变化。基础施工阶段的基坑坍塌风险、主体施工阶段的脚手架失稳风险、装饰阶段的高空作业风险等，要求安全管理需持续适应不同阶段的风险特征。传统人工巡检难以全面覆盖各类风险源，且对动态变化的风险识别滞后，如无法实时发现脚手架扣件的松动、施工机械的异常振动等潜在隐患，导致风险识别的全面性与时效性不足。

（二）管理流程繁琐与信息滞后导致的响应迟缓

传统安全管理流程包含隐患排查、整改通知、复查验收等多个环节，依赖纸质记录与人工传递，信息滞后问题突出。安全员现场发现的安全隐患需通过纸质表单层层上报，整改指令传达至作业人员时常存在数小时甚至数天的延迟，隐患整改的时效性难以保障。此外，多项目同时施工时，管理层无法实时掌握各工地的安全状态，难以及时调配资源进行风险处置，导致安全管理的响应效率低下。

二、物联网技术的系统架构与监测原理

（一）感知层的多源数据采集网络构建

物联网技术在施工现场安全监测中通过感知层实现多源数据的全面采集。部署各类传感器构建立体感知网络：在人员佩戴的安全帽与工作服中嵌入 RFID 标签与加速度传感器，实时采集人员位置、运动状态及生命体征数据；在施工机械与脚手架等设施上安装振动传感器、倾角传感器，监测设备运行状态与结构稳定性；在施工现场布置环境传感器，采集风速、湿度、粉尘浓度等环境参数。感知层的数据采集遵循标准化原则，统一各类传感器的采样频率、数据格式与通信协议，确保数据的一致性与兼容性，为后续分析处理奠定基础。

（二）网络层的数据传输与协议优化

网络层负责感知层数据的可靠传输与协议转换。采用 5G、NB-IoT、LoRa 等多种通信技术组合，根据数据类型与传输需求选择最优通信方式：对人员定位、机械运行等实时性要求高的数据，采用5G 网络实现毫秒级传输；对环境监测等非实时数据，通过NB-IoT 或LoRa 网络降低传输功耗。开发自适应传输协议，根据网络负载动态调整数据传输策略，在网络拥堵时优先传输高优先级的风险预警数据，确保关键信息不丢失。

三、安全风险监测预警系统的关键技术路径

（一）多源数据融合与特征提取技术

开发多源异构数据的融合算法，解决传感器数据的时空一致性问题。采用卡尔曼滤波算法融合人员定位的 RFID 与 GPS 数据，消除定位误差；利用时空配准技术统一不同传感器的时间基准与空间坐标，确保数据的时空一致性。特征提取方面，结合施工安全风险的物理特性，设计针对性的特征参数：从机械振动数据中提取频域特征识别轴承故障，从人员运动数据中提取加速度变化率识别坠落风险。多源数据融合与特征提取技术使监测系统能够从海量数据中提炼出与安全风险相关的关键信息，提升风险识别的准确性。

（二）动态预警模型与阈值自适应调整

构建基于机器学习的动态预警模型，实现预警阈值的自适应调整。传统固定阈值预警方式难以适应不同施工场景的风险特性，动态模型通过持续学习历史数据与实时监测数据，自动优化预警阈值：在新开工项目初期，模型根据同类工程数据设定初始阈值；随着项目推进，模型通过学习该项目的施工工艺、人员行为等数据，逐步调整阈值以适应特定场景的风险特征。

四、系统应用的发展趋势与挑战应对

（一）智能化与集成化的深度融合

未来安全风险监测预警系统将向智能化与集成化方向深度发展。引入联邦学习技术，在保护各项目数据隐私的前提下，实现跨项目的风险知识共享，提升模型的泛化能力；开发自主决策系统，当遇到突发风险时，系统可根据历史处置经验与实时数据自动生成最优应对方案，如在基坑坍塌预警时自动规划人员疏散路线与支护加固措施。

（二）标准化与产业化的协同推进

推动物联网安全监测系统的标准化与产业化进程。制定传感器接口、数据传输、预警规则等方面的技术标准，解决不同厂商设备的兼容性问题，如统一人员定位传感器的通信协议与定位精度要求；建立系统效能评估体系，从监测覆盖率、预警准确率、响应时间等维度制定评估指标，规范行业应用。产业化方面，培育龙头企业带动产业链发展，开发模块化的监测预警产品，如将人员定位、机械监测、环境监测等功能集成于统一硬件平台，降低系统部署成本；探索“ 建设-运营-维护” 的市场化服务模式，通过安全监测服务收费的方式，推动系统的规模化应用。

结语

基于物联网技术的建筑施工现场安全风险实时监测与预警系统，为施工安全管理提供了数字化、智能化的解决方案。通过感知层的多源数据采集、网络层的可靠传输、应用层的智能分析，实现了安全风险的全面监测与主动预警，有效弥补了传统管理模式的不足。尽管当前系统仍面临传感器续航能力、复杂环境适应性、模型泛化能力等挑战，但随着技术进步与应用深化，物联网技术将在施工安全管理中发挥越来越重要的作用。未来，需进一步深化人工智能与物联网的融合，完善标准体系与产业生态，推动监测预警系统与智慧工地的深度集成，为建筑施工安全管理的现代化转型提供持续动力。

参考文献

[1]王要武.建筑施工安全管理[M].北京：科学出版社，2015.

[2]李纲.物联网技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2020.

[3]刘占省.智慧建造技术与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2021.