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基于物联网的施工定额测定方法探讨

2025-05-05 51 上传者：管理员

摘要：施工定额是概(预)算单价和建设项目投资编制的依据。为提升定额测定“数字化、信息化、智能化”水平，提出了基于物联网的施工定额测定总体思路，针对人工、机械及材料消耗量，分析了数据数字化、智能化采集与传输方式的具体实现方法。实践表明，所提方法具有可行性和经济性，为施工定额补充或修编提供了一种新途径。

关键词：
传感器
施工定额
材料消耗量
测定方法
物联网
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定额测定就是在一定的生产技术和管理水平条件下,对完成某项工作所需的人工､材料､机械消耗量数据进行采集､整理和分析,并最终形成该项工作的消耗量工程定额[1]｡传统的人工和机械消耗量主要通过经验估计法､统计分析法､比较类推法､技术测定法等方法获取,材料消耗量主要通过经验估计法､统计分析法､理论计算法和技术测定法等方法获取｡其中,技术测定法(测时法､写实记录法､工作日写实法)因其精度较高､测定资料较全面等特点被广泛应用于以往的施工定额测定中｡但技术测定法本质上还是以现场观测为基础,通过旁站､跟踪､平行记录等方式获取定额测定所需的基础数据,该方法需投入大量定额测定工作人员在施工现场,完成原始定额数据的采集,具有测定周期长､测定效率低､测定成本高等缺点｡本文将从物联网技术出发,结合笔者在多个项目施工定额的实测经历,进行基于物联网的施工定额测定方法探讨｡

1、基于物联网的施工定额测定方法总体思路

物联网是指把各种信息传感设备,如射频识别装置､传感器节点､GPS､激光扫描器､嵌入式通信模块､摄像头等组成传感网络将所获取的物理世界的各种信息经由通信网络的传输,到达集中化的信息处理与应用平台,为用户提供智能化的解决方案[2-3]｡本文在现有物联网技术基础上,采用各类传感器芯片和互联网相结合的物联网技术,再辅以基于各类传感器芯片特点开发的物联网传输协议,进行施工定额基础数据的采集和传输(见图1)｡其中,人工消耗量采用智慧门禁系统､智能安全帽和远程视频监控系统相结合的方式进行数据采集,施工机械消耗量通过电参数采集终端､振动数据采集终端､RTK定位数据采集终端相结合的方式进行数据采集,材料消耗量测定分为主要材料､辅助(消耗性)材料和周转性材料三大类分别探讨其消耗量数据采集方法｡

图1基于物联网的施工定额测定方法总体思路

2、人工消耗量测定方法

根据本文作者在多个项目施工定额测定工作中的实践和验证,总结出了人工消耗量通过“反向测定”方式进行测定的新思路:首先通过智慧门禁系统记录的不同工种人员进场和出场时间,统计出施工现场不同工种工人的工作总时间,再通过智能安全帽和远程视频监控系统采集工人在不同作业环境下的作业轨迹和工作内容,识别出施工现场工人多余或偶然工作时间､停工时间和违反劳动纪律等属于非定额的时间,两者相减即为人工定额时间消耗量｡

其中,智慧门禁系统由施工现场入口处安装的AI人脸识别门禁机(也称人脸识别终端一体机)和现场服务器组成｡在项目开工前,将施工现场各类管理人员和施工人员身份信息､工种类别录入门禁系统中｡在项目施工时,严格实行人脸识别进出制度,当识别到现场管理或施工人员未通过人脸识别进出施工场地时,及时启动门禁系统报警机制｡智能安全帽采用基于RFID技术的安全帽,具备人员定位､区域监控､历史轨迹查询､穿透性强､识别率高等功能｡远程视频监控系统由AI智能识别摄像头､网络视频录像机､视频监控硬盘组成,具有自动识别施工现场作业人员窝工､停工､违反劳动纪律等功能,并记录其累计时长｡

如图1所示,智慧门禁系统和远程视频监控系统数据通过网线传输至现场服务器,智能安全帽数据通过专用物联网传输协议传输至LoRa网关和现场服务器,再通过互联网将数据加密传输至云服务器和后方终端设备,实现施工现场人工消耗量数据的高效实时稳定采集与传输｡

图1基于物联网的施工定额测定方法总体思路

3、机械消耗量测定方法

为了编制完成施工机械消耗量定额,需同时对施工机械设备的工作时间和工作位置(行动轨迹)数据进行采集｡同时,施工机械按动力供应方式,又分为电动施工机械和油动施工机械,需采取不同方式对其定额数据进行采集｡

3.1电动施工机械消耗量测定方法

电动施工机械(如冲击钻机､地质钻机､振冲器等)消耗量通过电参数采集终端进行数据采集,电参数采集终端由三相交流电参数计量芯片､MCU芯片和LoRa传输芯片组成(见图2)｡其中,三相交流电参数计量芯片可直接精确地测量三相交流电网中的电压､电流､功率､电量及电能总量等用电相关参数,通过上述电参数信息,采用专用程序处理分析,即可获取电动施工机械设备的运行状态和运行时间｡MCU芯片作为电参数采集终端的处理器,负责执行现场服务器的程序指令,当现场服务器需要采集施工机械电参数信息时,通过LoRa传输芯片向MCU芯片发送程序指令,MCU芯片收到程序指令后,从三相交流电参数计量芯片中采集各项电参数数据,并按约定的数据包协议将数据进行打包,再通过LoRa传输芯片依据专用物联网传输协议向LoRa网关和现场服务器发送数据包｡现场服务器接收到数据包后,根据数据包传输协议解析相关电参数,并通过互联网将数据加密传输至云服务器和后方终端设备,从而实现施工现场电动施工机械设备运行状态和运行时间数据的高效实时稳定采集与传输｡

图2电参数终端数据采集传输原理

3.2油动施工机械消耗量测定方法

油动施工机械(如挖掘机､装载机､自卸汽车等)消耗量通过振动数据采集终端进行数据采集,振动数据采集终端由振动传感器芯片､MCU芯片和LoRa传输芯片组成｡其中,振动传感器芯片是一种用于检测和测量物体振动的重要传感器,它能够将机械振动转换为电信号,从而便于分析和处理,通过上述振动数据信息,采用专用程序处理分析,即可获取油动施工机械设备的运行状态和运行时间,振动数据采集终端数据传输原理同电参数采集终端｡

3.3电动和油动施工机械定位数据采集方法

电动和油动施工机械定位数据通过RTK定位数据采集终端进行数据采集,RTK定位数据采集终端由RTK定位芯片､MCU芯片和LoRa传输芯片组成｡其中,RTK定位芯片通过GNSS卫星与高精度卫星定位基准站传回的差分数据,实现载波相位实时差分定位,可达到厘米级精度｡通过上述RTK定位信息,采用专用程序处理分析,即可获取施工现场电动施工机械设备和油动施工机械设备的工作位置､作业对象和行动轨迹,RTK定位数据采集终端数据传输原理同电参数采集终端｡

4、材料消耗量测定方法

4.1主要材料消耗量测定

主要材料是指构成建筑物实体的材料,也为直接性消耗材料[4]｡如混凝土防渗墙浇筑中的混凝土材料､振冲碎石桩施工中的碎石材料｡主要材料消耗量数据一般以具体工作对象为单位进行测定,通过RFID识别车辆触发称重､拍照和自动生成磅单的智能地磅[5]､安装在混凝土拌合站中的计量传感器､安装在装载机上的称重传感器等方式进行材料消耗量采集,数据采集完成后通过专用物联网传输协议传输至Lo⁃Ra网关和现场服务器,再通过互联网将数据加密传输至云服务器和后方终端设备,从而实现施工现场主要材料消耗量数据的高效实时稳定采集与传输｡

4.2辅助(消耗性)材料消耗量测定

辅助(消耗性)材料是指需要在施工过程中消耗,但又不构成建筑物实体的材料[4]｡如混凝土防渗墙施工中的铣齿､斗齿､耐磨合金块､排渣钢丝管､钢丝绳､膨润土材料,再如振冲碎石桩施工中的膨润土､碱粉､外加剂､电焊条材料｡辅助(消耗性)材料消耗量数据一般以某一个标段或分部分项工程为单位进行测定,通过施工现场基于RFID和ZigBee技术的物资仓库智能化管理系统[6]对各项辅助(消耗性)材料领用及使用情况进行详细记录,并通过施工现场布设的远程视频监控系统监控现场辅助(消耗性)材料使用情况,当识别到现场工人操作不规范或材料损耗量超过规范要求时,及时启动材料使用违规报警机制｡

4.3周转性材料消耗量测定

周转性材料是指在施工中不是一次消耗完,而是随着使用次数,逐渐消耗,不断补充,多次使用,反复周转的材料[4]｡如混凝土防渗墙施工中的浇筑导管､钢导管､接头管,再如振冲碎石桩施工中的钢护筒｡

周转性材料消耗量(摊销量)可按如下步骤进行测定:首先通过施工现场安装的智能地磅获取周转性材料的一次投入使用量,再通过物资仓库智能化管理系统记录的周转性材料使用一次后由于损坏而需补损的数量,最后通过施工现场布设的远程视频监控系统获取周转性材料的周转次数,在此基础上,按如下公式计算周转性材料消耗量(摊销量):

式中:T为周转摊销量;Z为周转使用量;H为周转回收量;K1为周转回收折旧系数;L为回收折价率(材料使用前后价值的变化);FA为施工管理费率｡

其中,周转使用量和周转回收量可分别按式(3)和式(5)进行计算:

式中:Z为周转使用量;Q1为周转材料一次使用量;S为周转损耗率;n为周转次数;ΔQ为周转损耗量,是周转性材料使用一次后由于损坏而需补损的数量;H为周转回收量;H0为周转回收总量｡

5、结语

本文通过多个项目施工定额的实测经历和总结,探讨了基于物联网技术进行人工､机械､材料消耗量数据的数字化､智能化采集与传输方式｡通过大量实践与验证,采用文中提出的施工定额测定方法,不仅可大幅减少施工现场定额测定人员投入数量和时间,还可减少测定现场环境影响和施工干扰,提高定额测定数据的准确性和可靠性｡后期再通过MySQL数据库和Python编程技术手段,处理和分析各类传感器芯片采集的施工过程基础数据,可大幅提高定额测定数据分析效率,提升定额测定“数字化､信息化､智能化”水平,为施工定额补充或修编工作提供一种安全､高效､可靠的新思路和新技术｡

参考文献:

[1]李斌,黎勇刚,杨敏,等.基于“互联网+”的水电工程定额测定系统架构:CN201710661955.5[P].2017-12-15.

[2]白蛟,全春来,郭镇.基于物联网的公共安全云计算平台[J].计算机工程与设计,2011,32(11):3696-3700.

[3]张继立,王益群,张连兵,等.浅析做“互联网+”的新能源开发企业[J].水电与新能源,2016(2):72-75.

[4]田志超,张然,邓子谦,等.施工资源消耗量测定及成果编制导则[R].成都:中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,2023.

[5]丁志军,张俊阳,王超,等.土石方调运动态平衡技术研究与应用[J].水电与新能源,2022,36(1):18-22.

[6]吴凡.基于物联网的水电企业一线班组智能管理[J].水电与新能源,2019,33(6):4-7.

文章来源:邓子谦,吴洁,董爽,等.基于物联网的施工定额测定方法探讨[J].水电与新能源,2025,39(04):9-12.