建筑行业是我国经济支柱行业之一，随着近年来经济的发展、政府政策的支持，建筑行业智慧化升级速度加快，截止到2018年底，我国智慧工地行业规模已经达到99.1亿元，并正在飞速占领更大的市场空间。
但智慧工地的发展依然受到了诸多因素的限制，发展情况不尽人意，智能化进程缓慢。建筑行业现场环境复杂、施工环节众多、工人文化程度差异大、监管多依靠人工等因素造成的施工管理效率低下、施工质量无法保证、安全生产隐患高等问题依然困扰着整个行业。智慧工地需要与更多新技术结合，以技术驱动建筑行业的智慧化升级。
传感技术驱动工地数字化进程
目前大部分人对智慧工地的认知依然停留在人脸识别闸机和安全帽识别等较为简单的功能上。但其实建筑施工过程交叉作业面广，需要涉及到人员、机械、材料、法规、环境等多方面的复杂流程，需要利用传感技术全方位多角度感知记录施工现场的数据，提高建筑工地现场决策数据的完整性。
传感技术与计算机技术、通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，可有效保证采集数据的精度、效率和可靠性。前端的传感采集模块可实时感应施工现场信息，是智慧工地系统中唯一与外部信息接触的模块和数据来源。在建筑工地中布置多种类传感器，如：视频传感器、压力传感器、红外遥感传感器、光学传感器、气体传感器、温度传感器、设备工况传感器等。通过对信号的处理、特征的提取与选择、信息识别比较、信息分类等技术，实时将复杂多样的施工流程和现场情况模拟信号转换为数字信号，给智慧工地大脑决策提供更多依据。
（图一）工地塔吊传感器
5G提升数据的传输速度和效率
目前智慧工地项目中存在海量异构的传感设备，且通信协议种类繁多接口复杂，数据无法得到有效汇聚；在智慧工地中得到一定应用的NB-IoT、Zigbee、LoRa等无线技术、在覆盖范围、延迟、可靠性、功耗、安全性等方面，存在一定的局限性，随着数据量的激增，传统无线传输技术已无法保证数据的有效稳定传输。
（图二）当前主流无线技术参数对比
大连接、低时延的5G网络，传输速率可达每秒10G，能将工地内海量设备及关键部件进行互联进行协议汇聚，提升生产施工数据的实时采集和上传，为生产流程优化、能耗管理提供网络支撑。5G中大规模MIMO技术、毫米波通信技术和D2D通信技术等为支撑数据实时快速传输的关键技术，为智慧工地等新型应用场景提供更有力的支持：
• 大规模MIMO技术也成为大型天线系统，在4G的基础上增加数百上千根服务天线的使用，额外的天线可把信号能量的传输和接收整合到一个很小的空间，使得在有同时调度大量用户需求的终端获得了巨大的吞吐量；
• 毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。目前全球无线电信系统60GHz以下的频段资源非常稀缺，而处在毫米波频段上（3GHz-60GHz）的资源尚未被充分开发利用，毫米波技术可让数据传输速度变得更快；
• D2D通信技术为设备间的通信，相比于蓝牙、WIFI等其他通信技术，D2D可在蜂窝系统的频段工作，及时通信双方通信距离变大仍能保持通信的质量，且具备低时延、低功耗、更稳定等特点。
边缘计算赋能数据的处理和应用
智慧工地项目在施工生产的过程中实时产生海量数据，对带宽和算力提出了更高的要求。端计算算力不足、云中心计算带宽成本高昂且网络时延大、建筑工地现场架设服务器环境差等问题限制了工地数据的处理和应用。
边缘计算为靠近数据源头，将传输、计算、存储、应用等功能融为一体，就近提供服务，云计算中心不再是数据汇聚和处理的唯一中继。由于数据的传输和处理都在边缘侧完成，网络服务延时更低、带宽成本更低，可满足智慧工地等新型应用的带宽、延时、安全、隐私等方面的需求。
（图三）云边协同的网络架构
边缘计算层由广泛分布在终端设备与云计算中心之间的网络边缘节点构成，但由于边缘节点的计算和存储资源差别大且在实时动态变化，因此如何在动态的网络拓扑中对计算任务进行分配和调度和计算功能的动态部署成为了边缘计算应用中的重点和难点。FDN（Function Delivery Network，功能分发网络）技术的出现解决了这一问题：FDN可实时将计算任务自动调度至最优边缘节点，并将相关计算功能从云计算中心分发至该节点，并通过API提供服务接入，有效解决了智慧工地场景中数据的传输、计算、存储和应用，保证服务的实时性和可靠性。
（图四）FDN系统架构
微服务技术助力系统快速部署
智慧工地项目涉及人员、设备、环节、车辆等环节众多，体系庞大，若采用单体应用结构，则需要较长的开发周期，且需求响应慢、效率低下、升级运维困难等问题，极大地限制了智慧工地的智能化、自动化、敏捷化进程。
微服务具备单一业务功能、独立部署运行、轻量级通信机制、轻耦合等特性，支持快速开发、快速实施。其本质是从单体系统转变为由大量微服务组成的分布式集群系统，将单一应用程序分成多组独立运行在部署单元中的小服务，每个微服务相互之间采用轻量级的通信机制互相沟通协调；且每个微服务都围绕具体业务进行构建，可独立部署在生产环境中，配合Terraform、Ansible、Packer等DevOps工具，可快速实现开发部署，节省开发运维成本，帮助建筑工地轻松快速实现智能化升级。
（图五）微服务架构原理
未来，随着智慧工地与新兴技术的深度融合，将革新建筑行业的建造生产方式，释放更多的生产力，使建筑施工行业向集成统一管理、高效协同工作的智慧化方向发展。同时，也将助力建筑行业数字化转型，加速社会整体智能化发展。
