智慧工地中物联网（IoT）技术在施工安全监测中的实践与创新

一、引言

建筑施工具有“高空作业多、交叉工序密、环境风险高”的特点，传统安全监测依赖人工巡检，存在数据滞后（如基坑变形需24 小时后反馈）、覆盖范围有限（高支模节点监测覆盖率不足 60%） ）、人为误差大等问题。据住建部数据，2023 年全国建筑施工安全事故中，坍塌、高处坠落占比超 70% ，多与监测不及时、预警滞后相关。

物联网（IoT）技术通过各类传感器、无线传输网络及云平台，实现施工场景“人、机、料、法、环”的实时数据采集与智能分析，将安全监测从“事后追责”转向“事前预警”。本文基于IoT 技术的应用架构，结合实际案例分析其落地效果，并探索技术创新方向，助力施工安全管理升级。

二、IoT 技术在施工安全监测中的核心架构

oT 技术在施工安全监测中形成“四层闭环架构”，各层级协同实现风险实时感知与预警

1. 感知层：核心为各类传感器，负责采集物理世界数据，是监测系统的“神经末梢- 环境类：温湿度传感器、噪声传感器、扬尘传感器（精度±5μg/m³）；

- 结构类：倾角传感器（测量范围 ±30^∘ °，精度 0.01^∘ °）、应力传感器（量程0-500MPa）、裂缝传感器（分辨率 0.001mm⟩ ）；

2. 传输层：实现数据从感知层到平台层的实时传输，常用技术包括：

- 近距离：蓝牙、ZigBee（适用于传感器密集区域，如高支模节点）；

- 中远距离：LoRa（传输距离1-3km，低功耗，适用于基坑周边监测）；

- 广域：4G/5G（适用于人员定位、塔吊远程监控

3. 平台层：作为数据处理核心，具备三大功能

- 数据存储：采用边缘计算+云存储架构，本地存储实时数据（延迟 ≤ssapprox 100ms），云端存储历史数据；

- 数据处理：通过滤波、降噪算法剔除异常数据（如传感器受振动干扰的误报）；

- 模型分析：嵌入安全阈值模型（如深基坑水平位移预警值30mm），触发阈值时自

4. 应用层：面向管理人员与一线作业人员，提供可视化应用：

- 管理端：PC 端平台（显示实时监测曲线、风险热力图）；

- 作业端：手机APP（推送预警信息，响应时间≤10s）、现场声光报警器（预警响度≥85dB三、IoT 技术在施工安全监测中的典型场景实践

3.1 深基坑变形监测：从“定时测量”到“实时预警”

某城市地铁车站深基坑项目（开挖深度22m），采用传统人工全站仪测量时，需每日早晚各1 次，数据滞后2 小时以上，无法及时捕捉突发变形。引入IoT 监测系统后：

- 布设设备：沿基坑周边每5m 布设1 个倾角传感器，坑底布设沉降传感器；

- 监测效果：数据采样频率1 次/分钟，传输延迟≤5s。当某段基坑水平位移达28mm（接近预警值30mm）时，平台实时推送预警信息至项目管理人员，15 分钟内完成支护加固，避免坍塌风险

- 效率对比：人工监测日均耗时 4 小时，IoT 系统实现 24 小时无人值守，监测效率提升 8 倍，数据精度从±2mm 提升至±0.5mm。

3.2 高支模稳定性监测：从“节点抽查”到“全量覆盖”

某商业综合体项目高支模架体（高度18m，跨度24m），传统监测仅抽查10%的立杆轴力，易遗漏关键风险点。应用IoT 技术后：

- 布设设备：在所有立杆顶部安装应力传感器，横杆安装倾角传感器，共布设120 个监测点；

- 监测效果：当混凝土浇筑过程中某区域立杆轴力超30kN（预警值 28kN）时，系统10 秒内触发声光预警，现场立即暂停浇筑，调整浇筑顺序，避免架体失稳；

3.3 人员安全防护：从“被动管理”到“主动预警”

某超高层建筑项目（地上 45 层），存在高空作业、交叉施工风险，传统靠安全员巡查，易出现监管盲区。引入IoT 人员定位系统后：

- 布设设备：作业人员佩戴内置定位芯片的安全帽，施工现场布设15 个LoRa 定位基站；

- 核心功能：

1. 电子围栏：在高空作业平台周边设置虚拟围栏，人员靠近时手环震动预警；

2. 一键报警：遇到紧急情况按下手环报警键，平台立即显示人员位置，联动附近安全员

3. 行为监测：手环内置加速度传感器，识别“未系安全带”“违规攀爬”等行为，实时提醒；

四、IoT 技术在施工安全监测中的创新方向

4.1 “AI+IoT”融合：提升预警智能化水平

当前IoT 监测多依赖固定阈值预警（如位移超30mm 报警），易受环境干扰产生误报（如暴雨导致传感器临时数据波动）。未来可融合 AI 算法：

- 建立动态阈值模型：通过AI 分析历史数据（如基坑变形与地下水位、施工进度的关联），自动调整预警阈值（如雨季将基坑位移预警值下调至25mm）；

4.2 多源数据协同：构建全域安全监测网络

现有IoT 系统多针对单一场景（如仅监测基坑），数据孤立。创新方向为打破数据壁垒：

- 跨场景数据融合：将深基坑变形数据、周边地下管线压力数据、施工现场降水数据联动分析，判断基坑变形是否影响管线安全；

- 跨主体数据共享：推动施工企业、监理单位、政府监管部门共享监测数据，政府端可实时查看辖区内项目风险等级，实现“企业自管+政府监管”双重保障。

4.3 轻量化终端普及：降低中小项目应用门槛

当前IoT 监测设备成本较高（如一套高支模监测系统约10 万元），中小项目难以承受。创新路径包括- 开发低成本传感器：采用国产芯片替代进口芯片，将单一传感器成本从500 元降至200 元以内；

五、结论

1. IoT 技术通过“感知-传输-平台-应用”架构，实现施工安全监测从“人工化”到“数字化”的转型，在深基坑、高支模、人员防护等场景中，显著提升预警时效性（从滞后 12 小时到实时）、监测精度（从±2mm 到±0.5mm）及管理效率（隐患排查率从60%到100%）。

2. 现有IoT 监测仍存在智能化不足、数据孤立、成本较高等问题，需通过“AI+IoT”融合、多源数据协同、轻量化终端普及三大创新路径突破瓶颈。

3. 未来施工安全监测将向“全域感知、智能预警、协同管理”方向发展，IoT 技术作为核心支撑，需进一步与5G、区块链（数据溯源）等技术融合，构建更可靠、高效的智慧安全管理体系。

参考文献

[1]申文静.基于 BIM 与 IoT 的 X 地铁站深基坑施工安全监测及预警研究[D].中国矿业大学，2022.DOI：10.27623/d.cnki.gzkyu.2022.002062.

[2]李永杨，刘飞. 智能位移检测技术在地铁施工现场安全监测上的应用[J].测绘地理信息，2021，46（S1）：119-121.DOI：10.14188/j.2095-6045.2019306.

[3]彭建辉. 谈安全监测预报技术在基坑支护施工中的应用[J].四川水泥，2016，（01）：280.