摘要：为了加强对施工现场人员及企业安全质量行为的管理，探讨将基于射频技术的超高频电子标签黏贴在安全帽、工具或者作业设备上，在施工现场通道等关键部位设置一定数量读卡器读取标签，以实现对活动轨迹的追踪。处理读卡器读取标签获得信息，传送至现场数据管理系统/云端，丰富“智慧工地”内涵，积累并分析数据，提出预警预判。希望能通过该设想方案来深化上海建设工地现场人员管理，实现多重管理活动和制度规章的落实。
关键词：人员管理；射频；超高频标签；窄带互联网；智慧工地
1施工现场管理现状
由于施工现场组成复杂，故政府管理部门对施工人员管理难度较大；发包方对承包商合同履行和安全质量管理责任难以落实。本文介绍引入超高频电子标签实现定位的物联网技术，尝试推动上述问题的解决。目前，对于施工操作工人，上海市建设行政主管部门要求总包单位采取施工区入口闸机刷卡/人脸识别来实现，媒体报道将此技术作为“智慧工地”的组成部分来宣传；针对参建各方管理人员现场行为管理，采用办公室留存的检查记录手段。也就是说，除了施工区域出入口和现场办公室资料柜，目前现场施工人员管理和企业/项目安全质量行为的落实，仅通过定点、书面二种形式来体现。
2利用超高频电子标签实现施工现场个人定位
2.1射频识别和超高频电子标签技术的定义。按照百度百科定义，射频识别（RFID）原理为阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信，达到识别目标目的。完整的RFID系统由读写器（Reader）、电子标签（Tag）和数据管理系统三部分组成。电子标签按供电方式分为无源、有源和半有源三类。日常应用最为简便的无源电子标签，通过接受读写器传输来的微波信号，以及通过电磁感应线圈获取能量来对自身短暂供电，从而完成信息交换。因省去供电系统，故无源标签的体积可以达到“厘米级”甚至更小，而且自身结构简单，成本低，故障率低，使用寿命较长。作为射频识别技术的1种，超高频（UHF，UltraHighFrequency）电子标签属于无源电子标签。根据电子产品世界（EEPW）百科，目前超高频电子标签识别具有距离远、识读率高、防冲突能力强、扩展性好等特点，读卡距离达6~10m，每秒可读100张卡，单标签识别率<8ms。常见的高速路不停车自动收费（ETC）即为早期超高频标签的技术实现之一。“不准跟车”是每个ETC收费口都张贴的告示，这样规定自然是为了防止逃费，但更主要的原因是ETC采用的读卡器抗冲突性能较差，识别标签耗时较长，二车连续通过闸口，读卡器大概率会漏读信息。
2.2现场实施方案设想。2.2.1人员定位系统组成。现场人员定位系统使用物联网技术，使用射频感应技术读取电子标签，记录读取时间和标签数据，传送至现场边缘服务器，计算得到人员实时位置和历史移动轨迹。设想中该系统主要由超高频电子标签、读卡器/场内传输模块、边缘计算服务器三部分组成。其中电子标签基本一次性使用，而读卡器、网络传输模块和服务器皆可在不同工地持续使用。超高频电子电子标签实质上就是铜质感应线圈，其价格低廉，内部存储信息可供读卡器读取；使用时粘贴在安全帽、工具或者施工设备上。一线作业工人/管理人员进场前登记需要验证二代身份证，之后就仅需携带超高频标签进入施工场地。读卡器和网络传输模块需两两配对成套使用，形成1个数据读取/传输节点，仅需布设1条电源线路/或电池供电，数据通过无线传输。施工现场不论处于基础阶段、主体结构还是内部装饰、设施设备安装阶段，在场地主要通道出入口和交汇处，每个点位设置若干读卡器，用读卡器的扇形读取面重叠覆盖经过人员必经之路。现场从业人员/工具设备携带超高频标签，经过读卡器覆盖范围信息即被读取，读卡器通过网络传输模块在每条信息上添加时间戳后定时发送。读卡器节点采用窄带物联网技术（NB-IoT，采购移动/联通/电信模块+配套物联网SIM卡）与现场边缘计算服务器之间传送信息。目前超高频读卡器的工作距离能达到6~10m不等，参照交警对非机动车闯禁监管、ETC技术和仓储物流管理系统，完全能满足施工现场人员定位需求。边缘计算服务器存放于现场办公室机房，其作用在于运行施工现场数据管理系统，将所有接收到的数据经计算整理后发送云端，由各使用单位从云端接口提取。根据具体需求，读卡器发送的原始数据经过服务器整理计算，就能再现所有人员的历史活动轨迹[1]。2.2.2数据存储。数据主要产生于读卡器节点。节点设计时应配置一定容量存储空间，临时存储获取的数据，并考虑工地用电不稳定/电池耗尽等因素，掉电保存数据；由网络传输模块定时发送数据后清空缓存。边缘计算服务器作为常规设施，不必考虑存储空间利用效率，不论原始数据还是计算结果，都可永久存储。边缘计算结果还可进一步深化开发，丰富智慧工地内涵。2.2.3数据应用。（1）边缘计算结果及用途。边缘计算结果上传云端之后，通过专门应用接口，可供相关各方使用[2]。建设、勘察、设计、施工、监理、保险公司等都能在数据利用中享受其便利。政府部门通过边缘计算结果，可查看人员定位计算结果，包含某特定人员/工具设备的移动轨迹、年龄/出厂日期、工种/用途、执业资格/技术指标、健康状况/保养情况等。人员定位在建筑管理中有基础性的作用，从实名制人员管理、疲劳作业、危险区域设定、消费扣除/报酬领取等，对一线作业工人、基层管理人员乃至公司技术部门人员现场检查/验收/巡视的管理由单纯的数字增减转化到有工种、有年龄、有活动轨迹的鲜活真人；结合每条数据中携带的位置标识和时间戳，可以得到每个人/工具设备的移动轨迹。从轨迹的集合可以得到不同工种在现场不同区域投入程度，从中可追溯突发事件、工程质量、劳务报酬、健康安全等。（2）为意外事件提供信息。所有进入施工现场人员都必须佩戴安全帽；施工中必然使用特定工具或者设备，将超高频标签粘帖/镶嵌在安全帽内侧/工具设备外壳，深化一线操作工人实名制管理的作业区移动定位落实；忠实记录管理人员现场检查、验收和带班制度的实施；督促发包单位对承包商逐级管理；由于射频电子标签读取和信息发送的即时性，所以一旦紧急事件发生，管理方即可掌握涉及人员的大致方位，为拯救生命，提供关键参考信息。
3与其他技术的差别
（1）成本低廉。随着电子行业的发展，基于射频技术的超高频标签读写器以及电子标签价格已经大幅下降，相对其能提供的功能与价格的性价比，应该说已处于非常合适投入使用的阶段。（2）与有源定位系统区别。除射频技术外，全球定位系统（GPS）在室内几乎无法使用；实时定位系统（RTLS）和超宽带定位系统（UWB）[3]通常要求被定位个体提供电源。在施工现场一线操作工人使用时，在防水防尘、便利性方面，超高频标签的便利性更胜一筹。鉴于施工现场环境条件差：粉尘、温度、震动等外力影响因素，及标签/读写器设施损毁更换等综合因素，无缘超高频标签技术经济性亦更胜一筹。（3）与人脸识别技术的差别。面部识别技术在施工现场人员管理应用中局限性较大。恶劣的自然环境不利于面部识别技术在现场大量部署，经济方面也接受不了面临的设备损毁比率。目前上海地区工程建设领域面部识别技术人员管理仅在工地现建设管理与经济场入口或者管理层办公室处设置，仅能证明人员抵达照明充足的入口（停顿、整理仪容后接受验证）情况：甚至个别工地仅在初次进入现场时候用来“验明正身”。与超高频电子标签能提供人员、工具、设备在施工场地的大致移动轨迹相比，差距颇大。（4）不足之处。当然，超高频电子标签技术在施工人员管理方面并非是完美无缺，如换戴安全帽、极端天气下操作人员脱下安全帽和电子标签磨损、脱落等都可能造成信息缺失或失真；存在定位精确度只能依靠读卡器位置信息等缺点。
4结语
（1）本文提出的探索方案作为智慧工地[4]的组成部分，提供与IBM施工内窗和施工时间段相匹配、基于物联网技术获得的边缘计算结果，为现场安全质量管理提供鲜活数据集合：“智慧工地”若没有数据整理和分析的基础、大量物资精力的投入换来的仅仅是工地出入口、塔吊顶点鸟瞰视频，合同签订分包队伍清单罗列等信息。（2）拥有了“智慧”系统，应该能做到在既有事实基础上先于人类，不受从业人员的情绪体力、学识专业或经历经验等影响，就可给出下一步切实可行的措施建议。若以前述超高频电子标签应用为例，进场人员携带标签体现了所有承包合同履行的劳务、管理和施工进度的三位一体实现，配备标签的工具/设备是补充。（3）重要施工工序、恶劣天气甚至现场突发情况时，智慧工地能主动统计信息、提出建议，组织人手物资，或待命，或撤离；同时建议地区管理部门，提前协调封路、切断电力燃气，尽量主动降低损失，减小不良影响。
参考文献：
[1]周向阳，李鑫奎，沈志勇，等.人员定位技术在施工现场安全管控中的研究与应用[J].建筑施工，2020，42（4）：618-620.
[2]方俊杰，雷凯.面向边缘人工智能计算的区块链技术综述[J].应用科学学报，2020，38（1）：1-21.
[3]尚虎军，王志颖，李志鑫.UWB定位的智能小车避障技术研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2002，2（1）：45-47，51.
作者:余洪川 单位:上海市建设工程安全质量监督总站