基于物联网（IoT ）的建筑施工现场设备实时监控与能效优化系统研究

一、建筑施工现场设备管理的智能化转型需求

（一）传统施工现场设备管理中存在的主要问题

传统施工现场设备管理依赖人工巡查与经验判断，无法实现对设备状态的实时掌控，导致信息反馈滞后，问题识别存在延迟。由于缺乏统一的信息采集系统，不同设备之间的数据分散，运行数据难以有效整合，造成维护与调度环节效率低下。设备运行能耗情况无法量化分析，长期存在资源浪费与能效水平低的问题。对于关键设备的异常预警机制不完善，往往在故障发生后才进行处置，影响施工进度与安全保障。现场作业环境复杂，传统管理手段难以覆盖全部工作面，管理存在盲区。

（二）物联网技术在建筑行业的技术适配性分析

物联网技术具有高频数据采集、异构系统融合与远程控制能力，能够精准适配施工现场复杂、多变的应用环境。通过部署多种传感器与边缘计算设备，能够获取施工设备的运行状态、能耗参数与空间位置等关键数据。借助无线通信技术构建网络系统，可实现跨区域、跨平台的数据互通与实时上传。物联网平台结构具有高度可拓展性，便于与既有施工管理系统对接，实现信息资源统一调度。其灵活部署方式适应临时工地特性，为设备状态感知与动态决策提供技术基础。

（三）施工现场智能化监控系统建设的现实意义

构建智能化监控系统有助于实现设备管理的数据驱动与可视化控制，提升整体施工运维水平。通过对关键设备的实时监控，可提前识别潜在故障风险，增强安全管理的主动性与精度。系统可同步采集能耗数据，支撑施工过程的节能控制与绩效评估，实现施工现场的绿色运作目标。借助统一平台整合各类设备运行信息，为管理人员提供决策依据，减少人为干预与信息误差。智能化平台还能支持远程控制与动态调度，提升资源配置效率，推动建筑行业运维模式向自动化、信息化转型。

二、基于物联网的设备实时监控与能效优化系统设计

（一）多类型传感器在设备状态数据采集中的布局策略

在施工现场复杂环境中实现设备状态的精准感知，需依据设备功能、工作环境及关键运行参数部署多类型传感器形成覆盖全面的数据采集网络。电流、电压传感器用于监控能耗水平，振动与温度传感器用于识别运行异常，位置与转速传感器用于监控设备运动状态，环境传感器则辅助识别工作条件对设备性能的影响。传感器布局应结合设备重要性与能耗占比，优先覆盖高能耗、大功率及高风险设备，并考虑不同设备之间的协同关系，构建多点布控、分层采集的感知系统。为减少干扰与数据冗余，应对采集频率与数据粒度进行优化设置，在保障数据完整性的基础上兼顾传输效率。通过合理的传感器选型与网络部署策略，建立设备运行状态的实时数字映射，为后续能效分析与异常诊断提供高质量数据支撑。

（二）无线通信技术支持下的数据传输稳定性设计

施工现场空间结构复杂、金属干扰频繁，数据传输面临信号衰减与网络不稳定等问题，需结合无线通信技术特性进行可靠性设计。采用低功耗广域网技术如 LoRa 或 NB-IoT 实现远距离、大范围覆盖，通过信号中继节点构建多跳通信网络提高抗干扰能力。在设备密集区域部署Mesh 网络节点，增强数据路径冗余性与链路自愈能力，防止单点故障导致的数据中断。通信协议设计应支持异步通信与数据缓存机制，确保在临时断网情况下关键数据不丢失。信道管理与频率规划需结合施工现场设备分布特征与电磁环境进行定制化调整，提升数据传输的时效性与可靠性。通过构建低延迟、高容错的数据传输链路，为系统平台实时接收设备运行状态提供保障，是支撑全生命周期监控系统运行的关键基础条件。

（三）基于平台架构的设备运行状态可视化管理

构建基于物联网平台的可视化管理系统是实现施工现场设备智能监控的核心环节，通过数据整合与动态呈现实现对运行状态的直观掌握。

平台需具备多数据源接入能力，支持多协议设备数据统一接收与处理，确保不同品牌、型号设备信息的兼容性与标准化。系统应设立实时监控面板，动态展示关键参数变化曲线、设备运行趋势与历史对比，便于管理人员进行状态判断与能效评估。通过构建三维可视化模型将设备运行状态与现场空间布局结合，实现设备定位、状态标注与异常预警图形化呈现。系统后台应设有数据归档与查询接口，为分析模型提供训练数据支持。平台还应具备远程控制与策略下发功能，实现从状态感知到策略响应的闭环控制，提升施工设备运维效率与响应速度，构建全过程可视化管理体系。

（四）能效数据建模与实时优化算法的集成路径

提升施工现场设备能效水平需依托科学的数据建模与智能优化算法，在数据驱动基础上实现运行效率动态提升。能效数据建模应从功率因数、单位作业能耗、设备运行时长等维度构建综合评价指标体系，通过多维特征提取与时间序列分析识别能效变化规律。模型应融合工况信息、任务负载与运行模式，构建适用于不同设备类型的能耗预测模型，辅助识别异常能耗波动及低效运行行为。优化算法可引入强化学习、自适应调度与遗传算法等机制，根据实时数据动态调整设备启停策略与运行参数。平台可通过反馈控制系统实现对能效策略执行效果的自动修正，逐步逼近最优能耗配置状态。通过将模型训练与算法部署集成至系统架构中，形成智能感知、预测评估与策略执行闭环，为现场提供持续迭代优化的能效管理能力。

（五）系统集成测试与在典型施工项目中的应用成效分析

为验证系统在真实施工环境中的运行稳定性与能效提升效果，需在典型项目中开展全流程集成测试与应用评估。测试阶段通过部署系统于多个高耗能施工设备群体，如混凝土搅拌机、塔吊、电动脚手架等，采集设备运行数据并分析其工作状态与能效表现。评估指标包括系统响应时间、数据传输延迟、设备能耗变化幅度、故障预警准确率与现场操作便利性，全面验证系统性能。测试结果显示系统具备较强的数据稳定性与故障诊断能力，在高强度施工周期中仍能维持监控平台的实时性与准确性。能效优化模块在不同工况下有效降低设备空转时间与能耗波动，显著提升单位能耗利用效率。通过对比测试前后数据，验证系统在节能降耗、设备稳定运行与运维管理成本控制方面的综合优势，证实其在建筑施工领域的可推广性与实用价值。

结束语：建筑施工现场的设备监控与能效管理正面临智能化升级的迫切需求，物联网技术的引入为实时数据感知、远程控制与能耗分析提供了技术支撑。通过构建多维度协同的数据采集与处理系统，能够显著提升设备使用效率与安全水平，推动施工现场运维方式由经验驱动向数据驱动转变。本研究提出的系统框架和优化路径在多个实际项目中验证了其可行性与推广价值，为后续智慧工地建设提供了理论依据与技术模型。

参考文献：

[1] 陈学伟 ， 郭建华 . 基于物联网的建筑施工现场管理系统研究[J]. 建筑技术开发 ，2022，49（10）：100-104.

[2] 马磊 . 物联网技术在建筑施工设备智能管理中的应用 [J]. 建筑机械化 ，2023（04）：57-60.

[3] 宋晓波 ， 邢思萌 . 基于能效优化的建筑施工现场智能监控系统设计 [J]. 智能城市 ，2021，7（09）：45-48.