基于5G+技术的大型医疗建筑智慧工地系统应用研究_黄俊豪.pdf

20231Building Construction156基于5G技术的大型医疗建筑智慧工地系统应用研究黄俊豪 周 敏 陆 杨 陈少军 李明月 陈燕安中国建筑第八工程局有限公司南方分公司 广东 深圳 518038摘要：基于4G通信技术的智慧工地系统，难以满足现阶段城市工程的高品质建造和管理需要，而公共5G网络架构下的智慧工地系统面临着数据安全和轻量化，使用者需求定制化和个性化的技术瓶颈。创新性地打造基于5G技术的大型医疗建筑智慧工地系统，以深圳市新华医院为应用实例，通过“鹰眼”AI识别监控系统、5G智慧数据系统、5G智慧监测系统和作战指挥中心远程指挥联动系统的应用，实现了对项目体量大、涉及专业广、建造参与方多的大型医疗建筑项目的智慧化、精细化、信息化全过程管理，为其他医疗类大型公建项目的信息化建设管理提供一定的参考价值。关键词：5G技术；智慧工地；工程管理；信息科技中图分类号：TU17 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0156-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.040Research on Application of 5G+Technology Based Intelligent Construction Site System for Large Medical BuildingsHUANG Junhao ZHOU Min LU Yang CHEN Shaojun LI Mingyue CHEN YananChina Construction Eighth Engineering Division Corp.,Ltd.Southern Company,Shenzhen 518038,Guangdong,ChinaAbstract:The smart construction site system based on 4G communication technology is difficult to meet the needs of high-quality construction and management of urban projects at this stage,while the smart construction site system under the public 5G network architecture is faced with data security and lightweight,customized and personalized technology gap for user needs.This work innovatively builds a smart construction site system for large-scale medical buildings based on 5G+technology.Taking Shenzhen Xinhua Hospital as an application example,through the application of the Eagle Eye AI identification monitoring system,5G+smart data system,5G+smart monitoring system and the remote command linkage system of the battle command center,the smart,refined and information management of whole process was achieved which can provide a certain reference value for the informatization construction management of other large public medical construction projects.Keywords:5G+technology;smart construction site;project management;information technology于4G通信技术，5G通信技术在用户体验速率、峰值速率、流量密度、移动性等技术指标上有明显的提升和改善6-8。表1 4G和5G关键技术指标对比技术指标4G参考值5G参考值用户体验速率10Mib/s0.11.0Gib/s峰值速率1Gib/s20Gib/s流量密度0.1Tib/(skm2)10Tib/(skm2)空口时延10ms1ms移动性350km/h500km/h能效1倍100倍1 基于公共5G网络架构下的智慧工地系统目前，基于5G技术的智慧工地系统通常是部署在公共5G网络架构下，而在面对使用方的需求多变和复杂环境下网络适应性差等情况，此系统有着以下几个方面的技术瓶颈：1）公共5G网络架构难以满足数据安全需求。大型医疗建筑工程作为重要民生项目，其建筑过程中的各种智慧大型医疗建筑具有工程规模大、周期长、施工管理点多面广、各专业界面与接口繁多、协调会议频繁等特点1-2，运用传统的管理办法难以实现项目高品质建造目标。随着信息技术的快速发展，智慧工地建设水平日益提升，为项目管理提供了信息化解决方案。智慧工地是以先进的信息化技术为手段，使用物联网、人工智能、大数据、云计算等新兴技术，通过有效集成建立实时感知、互联互通的基建工程管理平台，有效提升现场管理水平3-5。目前智慧工地系统普遍基于4G通信技术，在项目管理的实际应用场景中常出现以下问题，如低覆盖、低信道宽度的通信网络信号导致智慧工地各应用模块之间联系松散，低数据集成导致应用加载速度缓慢。如表1所示，相对作者简介：黄俊豪（1999），男，本科，助理工程师。通信地址：广东省深圳市福田区深业上城T1写字楼45楼（518038）。电子邮箱：收稿日期：2022-08-30数字建造DIGITAL CONSTRUCTION建筑施工第45卷第1期157设备监测数据、工程项目信息及使用方的视频数据是重要的战略资源，需要严格遵循数据传输的保密性。而基于公共5G网络和本地数据库的传输仅能减少部分数据传输上的安全隐患。2）难以满足定制化网络覆盖需求。建设工地作为临时场景，网络通信只能依靠周围已有的公共基站，部分施工区域和作业面常常处于无信号的状态，使得智慧工地系统无法对这些施工区域进行有效应用和管理，如无法对地下室区域的施工数据进行有效监测。3）难以满足使用者个性化需求。目前的智慧工地由于系统架构固定导致对使用者具体需求的演化能力不足，不利于智慧工地系统的推广和长期使用。4）难以满足终端展示轻量化需求。公共网络的覆盖范围和数据传输能力有限，线缆路的有线部署成本高、安全系数低，这些导致了目前智慧工地设备的数据传输及处理水平低，展示终端难以轻量化。2 基于5G技术的大型医疗建筑智慧工地系统概述及关键技术如上文所述，基于公共5G网络架构下的智慧工地系统存在着一系列技术瓶颈，而大型医疗建筑项目体量大、涉及专业广、建造参与方多，系统应用于此类项目存在部分问题。本文将针对以上问题，创新性地提出基于5G技术的大型医疗建筑智慧工地系统。2.1 系统概述基于已有公共5G网络架构，本文创新性地采用5G“MECCPE”模式网络架构，依托物联网技术、AI技术、云计算技术、GPS定位技术、VR技术等多种信息化技术，建立基于5G技术的大型医疗建筑智慧工地系统。以质量、安全、成本、进度的四大项目管理要素为基础，驱动吊钩可视化、高支模监测、大体积混凝土温度监测、AI安全帽等多个智慧管理应用子系统，实现可视化、多元化、实时化、便捷化、智慧化的智慧工地管理，满足大型医疗建筑的“全时段安全管理”“全周期质量监测”“全过程进度把控”“全方位网络覆盖”等建造要求。此系统搭载的大宽带能够承载多元数据回传，稳定低时延的通信能够实时传输，支持接入大量的智能设备。同时网络架构中的MEC设备和CPE设备提供了高数据处理能力和终端信号覆盖优化能力，能够解决传统智慧工地系统面临的5G信号减弱、宽带布线难、设备算力不足的风险。2.2 关键技术分析2.2.1 多接入边缘计算（MEC）技术多接入边缘计算是一种网络边缘服务器，能够减轻5G核心网、传输网的带宽压力，实现低延迟、高带宽要求，提高基于5G网络下万物互联时代数据处理效率，承接高强度、高密度计算服务，减轻终端设备对高密度数据处理问题时的计算压力，获得优越网络体验。2.2.2 客户前置设备（CPE）客户前置设备是一种信号接入设备，将移动5G高速信号转换成Wi-Fi信号，支持多个移动或固定设备接收信号，减少施工现场宽带部署费用，免除布线环节。在建筑工地现场，部署的CPE设备将已有的5G信号桥接至建筑施工区域内部，实现更加深层次的网络覆盖。3 基于5G技术的大型医疗建筑智慧工地系统的架构由图1可知，新型的5G网络架构由展示层、应用层、系统层、数据层组成，接入的智慧工地设备能够获得5G网络的低延迟、高带宽体验。CPE设备监控大屏智能移动设备电脑屏幕人机界面分析图表预警提示视频图片5G视频监控人脸识别入场AI违章抓拍安全管理深基坑工程监测高支模工程监测脚手架工程监测吊钩可视化鹰眼全局监控VR安全培训质量管理进度管理成本管理“鹰眼”AI识别监控系统5G智慧监测系统作战指挥中心远程指挥联动系统5G智慧数据系统MEC设备系统5G边缘云侧数据处理数据采集传感设备监测部位车辆道闸环境监测车辆追踪人员跟踪实名制门禁5G无人机4K超高清全景球机吊钩可视化摄像机高清枪机音柱激光扫描仪5G基站图1 新华医院项目5G智慧工地系统架构3.1 数据层数据层为智慧工地系统的底层数据采集和处理层级，是智慧工地后续各层次应用的基础。各数据采集设备、传感设备和监测设备部署在项目各处，通过协同部署的CPE设备来获得稳定的5G数据传输；并将采集到的各类数据汇集至MEC设备系统中进行统一的数据处理，降低数据采集设备在硬件上对数据处理能力的需求，充分发挥5G网络在数据传输速度上的优势，同时也能减轻数据传输压力和带宽荷载，防止数据泄露，维护工地内部数据资产的安全。3.2 系统层系统层对MEC设备系统处理后的数据池进行数据筛选，为多个智慧工地子系统进行数据匹配和归档，其子系统包括“鹰眼”AI识别监控系统、5G智慧数据系统、5G智慧监测系统和作战指挥中心远程指挥联动系统。黄俊豪、周敏、陆杨、陈少军、李明月、陈燕安:基于5G技术的大型医疗建筑智慧工地系统应用研究20231Building Construction1583.3 应用层应用层是指基于各子系统实现的建设项目智慧管理应用服务，能够满足智慧工地各方人员的不同定制需求，主要包括安全管理、质量管理、进度管理和成本管理。3.4 展示层展示层是对应用层内数据的集中展示，各子系统中的应用服务可以通过不同的终端设备将信息反馈给用户。各子系统的数据接口以按需集成的方式对设备信息进行调度，使得管理者能够在智慧工地内庞杂的信息数据中检索出符合其功能需要的数据，进行调用、查看，实现PC设备、智能手机和智慧大屏的不同展示需求和效果。4 基于5G技术的大型医疗建筑智慧工地系统的应用特点4.1 系统应用工程背景深圳市新华医院项目是深圳市政府投资建设的重大医疗卫生项目，位于深圳龙华区新区大道与民宝路交会处。本项目为新建门诊（B区）与行政科研楼（C区）、住院医技楼（A区）一栋，地上22层，地下4层，建筑高度99.9 m，总建筑面积50.9万 m2，院区规划床位2 500床，是集医疗、科研、教学为一体的三级甲等综合医院。4.2 系统应用特点4.2.1 5G网络专属基站项目周边建立5G网络专属基站，确保了5G网络的信号覆盖与稳定，能够实现5G网络最高速率900 Mbps，平均速率700 Mbps，为项目所有设备提供高效网络基础。4.2.2 基于CPE定制化专属网络网络传输方面，深圳市新华医院项目根据项