市場方面，國內建築業數位化市場規模容量可達千億元，前景可期。工地上涉及大量工程機械，挖掘機、吊機、塔吊等相關車輛眾多，作業環境十分複雜，這給工地管理 帶來了很大的難度。通過數位化技術的建設與發展，可實現工地核心數據的實時傳送， 使工程管理更智慧。
作為實現產業數位化場景的關鍵技術，5G 技術將進一步推動整個建築施工過程智 能化、無人化。利用 5G 技術可以進一步貫徹落實「智慧建造、綠色施工、人文工地」的理念，為建築業企業打造數位化新模式，進一步加強產業數位化建設，助力推動建築 業的安全、創新發展。
一、5G技術的發展（略）
5G 核心技術和靈活開放的架構疊加其他領域通用技術，將為全社會全行業提供數位化轉型的基礎，未來將出現數以萬計的 5G 行業應用。從這個角度看，5G 技術在行業應用的過程就是 5G 作為供給側與需求側（各個垂直行業）互相沉澱，不斷探索創新應用的過程，是不斷進行能力供給、能力融合、能力推廣的過程。5G 技術伴隨著人工智慧、雲計算、大數據等高精新技術的融合與滲透，與垂直行業中從事專業技術服務的合作夥伴進行技術與資源的對接與整合，實現萬物感知、萬物互聯、萬物智能，推動全產業鏈創新融合發展，將會引領一場新的工業革命。
二、5G技術引領建築業數位化轉型升級
2.1 建築業數位化轉型的主要業務訴求
2.1.1 管理訴求
企業的經營利潤核心來源於一個個項目的交付，項目的收益直接決定了企業的收益。項目管理是建築業企業創造利潤的基礎，也是項目運營的屬性。每個企業都希望項目管理是標準的、可執行的、科學合理的、盈利的。如何縮短管理鏈條？通過怎樣的管理方式或者運營模式來有效決策項目 ? 怎樣通過合理有效的管理手段降低工程成本？一個有效便捷的項目管理集成平臺的重要性不言而喻。
現階段的項目管理工作，涉及管理領域眾多、管理鏈條複雜、協同互通頻繁，管理的抓手基本源自於管理者的「經驗」。項目一旦開始施工，人、材、機、料、法、環等要素就會實時發生變化，但管理工作無法全面覆蓋，過程信息無法及時傳遞，數據不能全面分析並有效支撐決策判斷。公司更是很難對項目管理到達實時數據掌握及對比分析，困於「以查代管」的窘境。因此，要解決工程項目管理的問題，需要周全、有效的項目管理解決方案。
隨著經濟的發展、建築產業的快速變革和數字時代的到來，工程管理的複雜和施工現場的變動等因素都在要求建築工程管理必須實現與網際網路、智能軟硬體的無縫融合，於是原來越來越多的傳統型企業開始了解、學習並重視新型項目管理方式，引入最新項目管理的現代化方法、工具。曾經傳統的管理手段已經無法使建築企業做到精細化管理，但 BIM、雲計算、物聯網、人工智慧、區塊鏈、移動技術和智能應用等先進技術的應用突破，建築業企業數位化的發展和成熟，將徹底改變項目管理方式，更好實現精益建造的目標。
總之，項目管理信息化、數位化、集成化、統一化是大勢所趨，但在此過程中，企業需要綜合考慮自身的發展階段、業務形態、行業競爭環境等要素，有針對性地提出自身的項目管理訴求，深度結合高新技術，從而最大化發揮項目管理價值。
2.1.2 技術創新訴求
在市場經濟快速發展的宏觀環境下，我國建築行業也取得了較為顯著的成長，但競爭環境日益嚴峻的今天，行業中也逐漸對技術創新是企業競爭力的重要組成部分，也是改革轉型的必經之路達成了共識。建築行業施工技術創新是經濟時代的基本要求，建築業作為一個擁有悠久歷史的傳統行業，要想在這個急速發展的時代延續輝煌，就必須以創新的思想來尋求發展與機遇。創新是經濟時代的主要趨勢，任何人、任何行業都只能順勢而不能背離。
近年來，「工匠精神」逐漸成為各企業的行為準則，追求企業「高、精、尖」也成為行業前沿的標準，建築業的發展要求企業通過學習、研究、創造各種新的方法及工藝來達到降低能耗、節約成本、提高效率的目的。隨著國家逐年大力推廣建築業的創新理念，支持建築業企業技術創新，鼓勵以技術帶動發展，以創新創造效益，深化技術革新，強化創新管理，希望從根本上改變以往高消耗、低技術、高投入、低產出的傳統行業定位。但同西方發達國家相比，我國建築工程技術還顯得比較落後，尤其在技術創新的實踐方面還有很大的提升空間。
但「中國速度」的發展，為我們的目標添加了「核動力」發動機，社會生產力的快速發展為技術創新提供了經濟和管理基礎，而科技的迅猛發展以及信息傳播技術在生活中的普及，為建築業企業技術創新發展提供的堅實的基礎，讓我們在技術創新的思路上不再局限和滿足於「節點創新」「工具創新」，而轉向於更加系統全面的實踐道路，更多的站在企業乃至行業發展的角度去看待技術創新。建築業企業在未來的發展過程中，利用數位化、信息化等現代化技術提高技術創新能力將成為技術創新的主要努力方向。隨著數字中國理念的推廣，如今建築業的數位化已成為企業發展與創新的指路明燈，BIM、雲計算、物聯網、大數據、人工智慧、區塊鏈和移動網際網路等先進技術的應用，數字建造等全新管理模式的誕生與成熟，但真正能運用好這些技術的企業並不多，這主要源於企業還沒有充分認識到實踐技術創新的重要性。洞察科技的前沿性、新技術的運用性是檢驗企業能否適應市場變化的重要標準，一個企業是否願意學習新技術，能否在技術創新上下苦功並取得技術上的突破，將成為決定企業能否在市場競爭中勝出的關鍵，企業如果沒有技術創新能力，輕則企業效益低下，重則被市場所淘汰。
2.2 5G 網絡環境在工程項目中的組織建設
建築業的數位化發展的核心是對數據的獲取和應用，在 5G 時代，可以結合物聯網、移動網際網路等技術更好的實現萬物互聯，更高質量的在工地現場收集建造過程信息，再結合 BIM 技術將建造階段產生的實際數據與進度、成本計劃在數字實體做關聯，實現現實世界與數字世界的實時對照，更好的利用數位化手段實現建築業的轉型升級。在此過程中，5G 技術的應用至關重要，同時也對 5G 技術在施工現場的組網搭建提出了更高的要求與挑戰。
2.2.1 5G 網絡建設在工程項目中的挑戰
想要實現建築業的數位化轉型，首先要有數據，這就離不開對建造過程數據的收集。建造過程數據主要集中產生在施工工地，工地現場屬勞動密集型環境，人員、材料、機械等情況相當複雜，同時參建各方例如業主方、設計方、承建方自身都存在不同訴求，這使得 5G 網絡在工地上的建設存在很多方面的挑戰，主要集中在：環境的挑戰、成本的挑戰、通訊設備運維和 IT 系統維護的挑戰。
環境的挑戰主要集中在工程項目類型複雜和信號穩定性這兩方面。對於不同類型的建築工地，實現 5G 網絡建設的挑戰是不同的，線性工程例如高速公路，項目長度都在幾百公裡甚至上千公裡；地鐵和隧道的建設環境在封閉的地下，同樣也涉及到項目長且複雜的挑戰；房建工程多處於大面積空地或相對偏遠的區域，無法做到信號的覆蓋。對於信號的穩定性問題，工地現場會涉及到大量金屬構件的應用，且隨著工程的進展這些金屬件也會出現位置的移動，之前可能在某處堆放造成信號的屏蔽，結構建成後可能就會導致建築空間信號屏蔽問題的出現；同時工地現場的環境簡陋，水電等資源往往是臨時性供給，缺乏穩定性，所以對於 5G 組網過程中終端設備的續航、發射功率的提供都提出了不同層面的訴求。
成本方面也是在工地進行 5G 組網建設要考慮的重要問題。對於一個工程項目而言，為了保證網絡全覆蓋，5G 基站數量需求大，但基站建設成本高、終端設備價格貴等都導致設備投資比較高，目前也需要解決如何能夠節約成本建設 5G 網絡的問題。在建造過程中涉及的參與方眾多，核心包括業主方、設計方和承建方。在 5G 網絡組網建設過程中，產生的費用主要會由承建方承擔，由於建設方在工程交付後就結束了與業主方的履約過程，5G 基站的建設費用只覆蓋了建造過程，在投入產出比方面並不划算，所以在 5G 組網的建設中，成本問題不容忽視。
對於 5G 組網建設中通訊設備運維和 IT 系統維護方面，作為承建方的施工單位將會面對多方面的挑戰。工地環境較為複雜，有線設備和線路在施工過程中很容易被工人損壞，無意的挖斷光纖、損壞設備的情況時有發生，同時雨水衝泡、粉塵腐蝕也會造成通訊設備的損壞。此外，工地現場屬於高危環境，對於網絡的穩定性就提出了一定的要求，承建方又不具備設備維護的能力，5G 網絡建設完成後，如何快速響應海量通訊設備發生故障後的發現、診斷和維護工作也是主要挑戰之一。
2.2.2 在工程項目中如何進行 5G 組網的建設
在網絡規劃和建設階段，會涉及超遠距離高速公路、封閉空間的地鐵 / 隧道、地處偏遠的房建等差異很大的多種場景。
在網絡運維和使用階段，施工現場存在位置隨時變化的大量金屬構件、不斷新建出來的建築結構，需要不斷優化調整網絡；水、電等資源臨時性供給缺乏穩定性，對設備節能續航、備電等要求高；施工可能會挖斷光纖、損壞設備，導致部署位置選擇困難；雨水衝泡、粉塵腐蝕要求設備的環境適應性更強。在網絡安全方面，為提升工程效率、提升施工安全水平，人工智慧在建造現場的應用會越來越多，自動化、智能化程度越來越高，這就會導致承載智能應用的 5G 網絡的安全性越來越重要，不穩定的網絡會導致施工效率受影響，在涉及關鍵作業流程的應用上，甚至會出現嚴重的安全事故，所以要求作為數字建造基礎的 5G 網絡，要在實現良好性能的前提下，做到可靠、穩定、安全。
綜上，建築工程項目時間周期長、場景差異大、環境複雜惡劣、安全性要求高，建造過程是一個從無到有的創造過程，工程物理環境、空間關係隨時可能發生變化，導致網絡可能也需要頻繁做出相應調整，對於建築企業是個繁瑣的負擔，所以編寫組提出建設「柔性 5G 網絡」的解決方案，用來適配建築業特殊的場景化訴求。
1、網絡規劃階段：「AI 自動精準網規」。
2、網絡建設與交付階段：「AI 優化快速交付」。
3、網絡運維階段：「自動駕駛的 5G 網絡」。
2.2.3 工程項目 5G 網絡的商業模式探索
對於工程項目而言，5G 網絡環境的建設與維護將會是不小的投入。在之前「5G 網絡建設在工程項目中的挑戰」章節中也談到了成本的問題。對此，編寫組站在推動 5G技術應用能更好服務建築業的視角，對工程項目 5G 網絡建設方面進行了商業模式的探索。在費用方面，5G 網絡建設的投入要比 4G 網絡建設的投入高很多，5G 基站建設的資本支出要高於 4G 基站投入的 1.2 至 1.5 倍。另外，由於 5G 技術採用的頻段高，所以基站需求是 4G 基站需求的二至三倍。而建築工地所處的位置不定，有在城市內的房建，還有在荒郊野地的建築工程，或者封閉空間中例如隧道地鐵等工程，都需要從零開始建設 5G 網絡，並且隨著工程的進展，5G 網絡建設也要隨之跟進。當工程結束以後，施工設備可以退場，但是每一個工程項目在竣工後都會移交給相關需求方使用，開發的樓盤會向大眾租售、建成的高速公路或是軌道交通將由交管部門運營維護，建設好的 5G 網絡沒有必要拆除，可以繼續為後續的居民和用戶提供 5G 服務。
5G 網絡的建設費用很高，這些費用完全由承建方、運營商或者業主中的某一方單獨承擔並不合理，而且從環保避免浪費的角度來說，工地的 5G 網絡設備在未來項目竣工之後肯定需要由運營商負責運營。因此需要設計一種 5G 運營商、承建方、業主等多方共同參與，從工程設計階段就開始介入，5G 網絡建設方案設計、建設、運維，多方利益和責任的分配和共擔機制，這樣統籌的考慮就能更好的解決前期 5G 網絡環境建設費用的分攤和工程竣工後 5G 網絡使用收入分成的問題，更有利於工程項目 5G 組網工作的順利開展和更多工程項目 5G 環境的實現。
2.3 5G 網絡環境將實現工程現場多傳感器融合的智能感知
建築業的數位化轉型，首先要實現建築物數據以及管理行為與結果的「數據化」，而實現「數據化」的前提是要先獲取精確的數據。將 5G 技術與物聯網技術深度融合，可以把所有的物品通過信息傳感設備，按約定的協議，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。以多傳感器為觸點，結合高速移動通訊、無線射頻、近場通訊及二維碼識別等物聯網技術，與工程項目管理信息系統的集成應用，積極探索工程信息化管理技術，將物聯網技術與施工現場管理深度融合，利用網際網路的海量數據進行項目精細化和標準化管理，讓傳統的建築工地長出「智慧大腦」。電線桿上長出了「眼睛」、「耳朵」和「鼻子」，看得到違規，聽得到噪音，聞得到粉塵；混凝土底板不用人管，自己也能「量體溫」；高支模全身遍布「末梢神經」，一有異常就發出警報，每一個傳感器的應用都相當於是在統一機體上延長了智慧觸手。
2.3.1 精確智能感知的價值
每一次嚴重事故的背後都會存在 29 次輕微事故、300 起未遂的先兆以及 100 起事故隱患。對於環境複雜的工地現場，為防止安全、質量事故的發生，就需要更多的精確智能感知設備來輔助管理人員進行安全、質量的管理。項目上基於圖像的感知儘管進步很大，但是依然存在識別率不高的問題，特別是對場景中各個物體語義的精確識別方面。而立體視覺技術可以提供圖像中各個點的深度差異，從而對環境中的物體類型、大小、數量、距離、相對運動趨勢和相互遮擋關係進行精確感知。
比如通過立體視覺，塔吊吊運貨物時可以識別吊臂位置計算每個時刻危險區域的範圍及運動趨勢預測，及時提醒可能會處於危險區域的人員避讓。再比如通過實時掃描泵站使用的傳送帶計算工程沙子總體用料，用於精準的成本核算和控制，還可以通過掃描倉庫中沙子體積，精確完成庫存檔點，從而幫助預測未來需要進貨的時間點和數量。同樣，深基坑挖掘土方的體積也可以藉助精準的感知獲得精確的數據。利用立體視覺配合雷射掃描儀等精準三維感知可以為整個工程總體進展提供客觀的數據支撐，進行精確的人工智慧輔助，進而實現半自動或全自動的施工質量檢查，確保工程實施精度達到工業級水準。精確的三維場景感知，可以輔助對大型構件裝配、設備安裝、高層建築智慧施工平臺和橋梁整體舉升進行精確的施工過程的半自動甚至是全自動監測和控制工作。當感知技術發展足夠成熟以後，就解決了機器人在建築工地的感知難題，為工程項目的自動化施工打下堅實的基礎。
此外，使用物聯網實時立體視覺技術，可以在工地現場跟蹤每位工作人員的精確位置和行動軌跡，精度可以達到釐米級。結合對工地實時危險源的監控，及時提醒工作人員與危險區域保持足夠的安全距離。同時，在出現安全事故的時候，也可以及時救援傷者。通過對人員的位置精確統計，項目的工作計劃、安全管理、物料和資源調配等各項工作流程都可以隨之進行優化。
2.3.2 5G 網絡環境實現項目現場的智能感知
想要真正實現項目現場的智能感知，需要通過全方位全頻譜的超高清視頻信號、現場模型和點雲數據的實時採集、海量物聯網傳感設備數據的實時傳送等方式實現。在此過程中，5G 技術能夠提供高帶寬、低延時、高穩定性的網絡環境，為工地現場智能感知的實現提供網絡環境的支撐。
1、全方位全頻譜的超高清視頻信號的傳輸。
2、現場模型和點雲數據的實時採集。
3、海量物聯網傳感設備數據的實時採集和傳送。
2.4 5G 網絡環境將實現項目現場與BIM 模型的數字孿生
基於對工程項目的智能感知，實現數據的採集與處理，將實時採集的數據與 BIM 模型進行掛接，形成數字模型與真實場景的關聯，通過數字模型為數據載體最終實現數位化管理。當然，項目在建造過程中，現場的情況每時每刻都會發生變化，這些變化如何實時關聯到 BIM 模型上，真正做到數字世界和現實世界的信息聯動，這就對工地現場的網絡帶寬、可靠性帶來了巨大的挑戰。5G 技術低延時、高帶寬、穩定性的特點可以很好的解決網絡問題，保證項目現場與 BIM 模型實時交互的數字孿生場景的更好實現。
2.4.1 以 BIM 技術為核心的交互方式
BIM 作為工程領域數位化轉型升級的核心技術，已經得到越來越多工程從業人員的認可。工地現場實時的智能感知實現了對項目實際生產過程的採集和記錄，再通過 BIM將虛擬建築和實體建築的信息連接在一起，就可以實現數字模型與實際工程數據的實時交互。
對於建築業企業而言，實現工程項目的數位化需要主要考慮四個方面，即建築實體的數位化、要素對象的數位化、作業過程的數位化、管理決策的數位化。建築實體數位化核心是多專業建築實體的模型化，即建立精細化項目 BIM 模型。在項目實施前，可以通過 BIM 模型先將整個項目的建造過程進行計算機模擬、優化，再進行工程項目的建設，減少後期返工問題。要素對象數位化是將工程項目上實時發生的情況，如「人、機、料、法、環」等要素的實時數據，通過智能感知設備進行收集，再將數據關聯到 BIM 模型，讓數字世界與工程現場的實時交互成為可能。作業過程數位化是在建築實體數位化和要素對象數位化的基礎上，從計劃、執行、檢查到優化改進形成效率閉環。項目進度、成本、質量、安全等管理過程數位化，將傳統管理過程中散落在各個角色和階段的工作內容通過數位化的手段進行提升，形成一線的實際生產過程數據。整個過程以 BIM 模型為數據載體，以要素數據為依據開展管理，實現對傳統作業方式的替代與提升。管理決策數位化是通過對項目的建築實體、作業過程、生產要素的數位化，可以形成基於 BIM 模型的工程項目數據中心，通過數據的共享、可視化的協作帶來項目作業方式和項目管理方式的變革，提升項目各參與方之間的效率。同時，在建造過程中，將會產生大量的可供深加工和再利用的數據信息，不僅滿足現場管理的需求，也為項目進行重大決策提供了數據支撐。
2.4.2 5G 網絡環境實現以 BIM 技術為核心的項目數位化管理
實現以 BIM 技術為核心的項目數位化管理的過程中，網絡的穩定性和低延時性是保證數據傳送與應用的重要環節，有了 5G 技術的支撐，工程項目海量數據的價值將得到更大程度的發揮與利用，真正實現了「可以穿越時空的 7D 世界建模資料庫」，在此過程中，其價值主要集中在生產全過程的數位化管理以及生產工藝工法的標準化管理。
1、生產全過程的數位化管理。
2、生產工藝工法的標準化管理。
2.5 5G 網絡環境將實現工程項目的多方協同
智能感知和數字孿生的實現，為工程項目的協同帶來了更多的可能性，通過對視覺的共享和對 BIM 模型相關數據的共享，可以更好地實現工地現場人員的協同、人員與機械設備的協同、機械設備間的協同工作，甚至還可以是來自於項目各業務線間以及項目各參與方之間的協同。
2.5.1 5G 網絡環境實現作業過程中的要素協同
工程現場的環境相對複雜，人員、材料、機械設備間的協作情況非常普遍，在項目的作業過程中涉及到很多協同的場景，其中主要以人人協同、人機協同和機械間的協同為主，下面就針對這三個主要場景進行詳細描述。
（1）人人協同：目前，在建築行業提倡建築精度能夠與工業產品近似，高精度可通過現場的全方位智能感知，實現多人感知互通的精準操作。比如在安裝配件時，多人視野共享，每人配備 AR/VR 攝像頭設備，不同人員提供不同的視角，每人能夠互通視野，達成共識，便於在出現危險時及時發現問題，避免安全事故。這種場景更多可以應用在大型設備的使用中，例如盾構機的安裝、構建裝配等等。人人協同是通過智能輔助，避免一個人的視角和精力無法兼顧整個項目而導致的安全隱患，既能預防隱患，還能及時採取行動。同時可以通過在工地工人的視野或器械數據傳輸建立遠程監控系統，來實現建築工地網際網路化智能監管，各級建設主管部門和工程項目責任主體可通過項目監管系統，對下轄的施工項目進行全方位實時監管，能夠有效地推動傳統建築業轉型升級。
（2）人機協同：人機協同是通過遠程操控、虛擬實境（VR）、增強現實（AR）、擴展現實（XR）等方式實現在施工現場更高效地完成工作，節省人力，避免工地上常出現的憑經驗判斷合規性和安全性的操作。在各種工種施工過程中可以在部件安裝顯示流程，提醒操作應該注意的事項，實現最優化的操作。塔吊、挖掘機等大型設備的遠程操控能夠保障人員安全、提升生產效能，操控者根據收到的狀態信息進行分析判斷並做出決策，再通過通信網絡向設備發送相應的動作指令，設備根據收到的動作指令執行相應的動作。為了保證操控效果，通信網絡時延和可靠性非常重要，設備中的數據可以實時上傳，遠程的監控室可以獲取監控畫面進行操作駕駛，雲端指令和本地自動化指令可以快速傳遞，從而保證室內即可操作大型設備，避免司機出現危險。
（3）機器之間協同：在施工現場不僅可以做到人機協同的遠程控制，還可以做到部分簡單工作的自動化，由機器人來更精準的完成生產任務，節省人力的使用度。比如搬磚等各類運輸工作都可由機器人來獨自完成。通常來說，機器人的動作一般比較固定、重複性較高，提前設定好每個機器人不同的運輸路徑就能保證工作的有效執行。但是從 A 點到 B 點的移動可能有許多種路徑 , 不確定性較大，而且機器人在行進過程中會遇到障礙物，比如可能有其它機器人在移動，或是可能有人員走動等情況發生。這種多變的環境對機器人提出了更高的要求，因此我們需要使用雷射導航技術或其他方式，通過 5G 網絡進行海量數據的計算，並能夠實時進行預警，停止機器人可能會出現的比如相互碰撞、物料擺放錯誤等非常規性的危險動作。
2.5.2 5G 網絡環境實現生產過程中的數據協同
現階段，工程項目在生產環節中的過程信息以人工填報為主，信息的真實性和及時性很難被解決，而且這些填報信息的多方共享也存在著較大的困難。在 5G 網絡環境下，通過對工地現場的智能感知，並將實時數據關聯在 BIM 模型上，可以更好的實現生產過程中的數據共享與協同。其中，主要集中在項目部各部門間的數據協同、公司與項目部之間的數據協同、各參建方之間的數據協同。
項目部各部門間的數據協同，可以避免各部門重複進行數據採集工作以及收集過程中存在偏差和版本不一致的問題，統一精準的數據還可以保證各部門間基於數據的協作效率和效果。公司與項目部之間的數據協同，可以在項目部需要物料和資金支持的情況下，公司基於項目真實數據進行決斷，更有效的保證項目需求的實時響應；另外，公司也可以通過項目的實時數據，根據具體情況對項目進行更具針對性的管控和賦能。各參建方之間的數據協同，可以讓業主方、設計方、總包單位以及分包單位形成基於統一數據平臺的協作，避免了在溝通過程中信息不一致和信息不對稱情況的發生，在協作過程中，參建各方通過數據的分析與應用可以更好的尋找到利益平衡點，真正促進各方之間建立利益共同體，實現收益的共贏。
2.5.3 5G 網絡環境實現雲邊端的技術協同
傳統的雲計算在 5G 的加持下，未來將屬於基於異構網絡的分布式的雲、邊、端協同計算環境，CPU，GPU，NPU，FPGA，ASIC 分散在個人電腦、伺服器、手機、路由器、攝像頭和各種傳感器中，通過高帶寬、低延遲的 5G 無線網絡和高速大容量同軸或光線線纜等連接形成了一個可伸縮的擁有眾多異構計算節點和海量存儲的虛擬的超級計算機。這些異構的計算設備有的通用性強，有的計算能力強、能耗低，通過異構網絡和合理的分配計算任務，這個超級計算機可以很容易的提供強大的算力支持工地現場的感知與決策要求。結合服務原子化、雲函數、無伺服器計算等結構，通過算力眾包模式，可以提供可靠的計算和數據處理服務。這個系統克服了完全基於雲的高延時、高廣域網絡數據傳輸帶寬的高費用，以及傳統邊緣設備不易擴展，應對峰值處理需求而建設硬體投資容易浪費的問題，做到系統整體運行費用和能源消耗的優化。同時通過使用類似 P2P網絡協議、密碼學的身份校驗算法，結合高容錯的共識算法和控制機制，系統的可靠性也能夠極大程度的得以增強。
就像傳統計算機系統性能受制於總線速率和延時性能一樣，5G 的無線和有線網絡的高帶寬能夠解決這種分布式異構計算架構用於計算任務分配和下發、數據的交換、結果驗證廣播所需的數據傳輸帶寬需求，非常適合在工地這種整體 TPS 要求不高，但是算力要求高並且對時延敏感和不敏感的請求混雜的計算環境。比如安全巡檢人員的實施視頻採集，可以先傳輸給自己攜帶的手機或者 pad 用於圖像分割，以 0.1s 為間隔進行未帶護具識別、視頻幀差異計算、視頻中人員位置計算等，發現了不合規事件，再傳輸給邊緣伺服器統一處理。同時，邊緣伺服器對劇烈變化的視頻幀，或者少量變化的視頻進行以秒級間隔進行多種複雜 AI 算法進行驗證。這個驗證可以是實時進行，也可以在系統空閒時進行更細緻的計算，這種邊緣伺服器不一定是專用的伺服器，也可能是在辦公室的工作人員正在充電或者閒置的手機。這種情況下，邊緣伺服器可以支持更多路的視頻處理，而不用巨額的硬體投資，而相關人員因為貢獻了自己的手機，通過協助 AI 分析計算，可以獲得額外的話費、流量獎勵，甚至如果他的手機工作時間足夠長，都能夠賺到換新手機的資金，形成了真正多方共贏的局面。
2.6 應對系統安全性挑戰
安全問題是所有數位化系統中繞不開的話題，只有安全可靠的數位化系統，才能讓使用者放心的把日常決策權和控制權交給數位化系統自動或半自動運行，以前所未有的效率支持行業發展。
2.6.1 數位化發展的安全挑戰
1、可靠的系統運行
建築業身處在相對惡劣的工作環境，工地現場多是高溫、多塵、潮溼的環境，這使得工地中的傳感器、網絡設備、伺服器面臨巨大的可靠性挑戰。系統任何一個錯誤都會導致嚴重且無法挽回的重大損失。比如幾個字節內存失效的小故障，可能會導致某個建築工人整體信用受損，從而造成影響後續的貸款等問題的發生。如果這幾個字節的錯誤使得遠程遙控的塔吊操作異常，導致塔吊傾覆，產生的事故將會更加嚴重。黑客攻擊也是對各類數位化系統的嚴重威脅，一旦系統被黑客攻破，輕則導致數據洩漏，重則會產生重大的安全事故。特別是隨著雲計算、大數據、微服務、雲函數和人工智慧等技術的發展，類似的安全問題就顯得更為突出。過去 IT 系統可以通過物理隔離，可控的人員訪問限制和操作方式等方式保證足夠的安全，但是在未來的世界中，IT 系統不可能對網絡進行完全的物理隔離，反而要主動與不同的系統進行相互之間的數據共享，而傳統的物理隔離，有限可控的訪問人員的保守安全策略就不再適合這種雲化、萬物互聯的智慧大腦系統。
2、數據資產化的隱私和商業機密保護
在 5G 技術引領的萬物互聯時代，用 AI 技術加持的數字系統對世界的感知、認知、決策和控制能力的進步離不開對數據的搜集和整理。系統對數據的時間跨度、數據量、數據質量的要求遠超以往，數據正成為行業的核心資產。數據資產的特點是，數據因為容易複製因而單體價值極低，數據資產的整體價值會隨著數據總量、數據維度的增加成非線性甚至指數級增長，數據資產必須通過流動才能充分發揮自身價值。這些多維度海量數據資產的採集、整理和發布往往需要同行業甚至是跨行業的協作才能完成。
數據資產的易於複製和傳播是把雙刃劍。一方面這種易於傳播的特性很容易讓數據資產變現產生巨額收益，但是這是建立在數據資產確權、流轉消費等環節完全可控的前提下，否則在無限複製和傳播的情況下，數據資產單體價格必然會趨向於無。同時，數據資產在無限之的流轉的過程中，還會給數據資產的提供者帶來自身隱私和商業機密的洩漏問題，比如工地的現場數據在給雲端第三方服務處理，第三方服務就會了解工地的實際運行狀況，當這個狀況被工地施工方的競爭對手獲得的時候，就形成了施工方商業機密的洩漏。這使得數據質量越高，越可能導致相關的隱私和機密洩漏的情況發生，最終直接導致數據資產的擁有者為了自我保護，不願意與同行進行數據共享和交換，反而選擇了將數據資產封閉起來，形成一個個的數據孤島和數據煙囪，進而造成行業整體在數據資產領域採集、處理、存儲等方面的巨大浪費，也阻礙了行業的快速發展。
3、數字身份
「你不會知道坐在那頭跟你聊天的是不是一條狗。」這是上世紀 90 年代，當網際網路剛剛興起的時候，網際網路先驅們對網際網路匿名的描述，人們認為這種匿名性能夠更好的保護用戶的權益。而在萬物互聯的數字時代，這種匿名性只能保護惡意分子對普通用戶合法權益的肆意侵害。通過木馬和病毒植入、惡意插件，非法後臺用戶使用行為搜集和分析，再結合 AI 和大數據算法，可以精準地識別具體個人的身份，並監控各種信息。只有受過專門訓練的專業人士，才能保證匿名性，而對普通用戶來說，匿名性已經成為了一種奢望。
在數字的世界中，為了保證自身利益，證明自身的清白，首先需要一個無法偽造的可靠數字世界角色與真實世界法人實體的聯繫。傳統的帳戶、密碼、證書等用於證明自身數字身份的方式都存在相關信息洩漏以後，就會被第三方非法冒用的情況。特別是基於公私鑰的系統中，私鑰不僅用於身份的驗證，還用於數據加密保護。私鑰的洩漏，必然會導致之前加密數據的洩漏，企業在招投標這種需要強安全性的業務往來中，每個窗口都需要一套自己的密鑰，再加上企業人員流動頻繁，給這些密鑰和相關的企業運營風險管理帶來巨大挑戰。
4、司法有效性
工程項目的建設涉及多方參與，為了保證工程質量，相關責任人都需要對各自的工作成果終身負責。為此，建築項目從設計開始關鍵參與方都需要通過傳統紙質資料的籤名方式標示各自的責任範圍，並進行所有紙質材料存檔。在傳統的數位化系統中，系統自身無法證明系統忠實的、以正確的順序、準確的時間、完整的記錄客觀事實，這就阻礙了建築業全數位化的進程。
2.6.2 重構數位化信息系統，建設新一代可信的計算基礎設施
1、構建可信計算系統
傳統數位化信息系統的安全策略，主要是通過訪問控制、系統漏洞及時修復、不法活動的預防檢測處置以及分布式冗餘備份等手段讓系統對外部入侵進行防範，並能夠從系統故障中恢復。然而歷史在不斷的證明，再堅固的堡壘，往往都是很容易從堡壘內部被攻破的。而且堡壘一旦被攻破，獲得了超級權限，整個系統就會像待宰的羔羊一樣，毫無反抗能力，任人宰割。
為此不妨換個思路，我們用模仿生物免疫系統的工作模式，通過軟硬體的組合，系統在遭受意外和惡意入侵時讓部分設備失效，系統一樣能夠正常工作，同時能夠及時發現入侵行為，並及時採取行動讓受感染的系統通過隔離、替換、修復、重置的方式恢復正常，這樣就建立了一個可信的計算系統。可信的計算系統是個軟硬體整合在一起的整體方案，從單個節點角度來說，使用 TCM 技術的可信 CPU、可信主板、可信伺服器、可信硬體等方案保證單節點的可信計算，從整個系統來說還需要架構設計保證系統整體的安全和可靠性。
2、用區塊鏈作為可信計算的核心引擎
區塊鏈可以作為可信計算的核心引擎是因為區塊鏈具有如下的核心特點：第一，使用密碼學的加密、摘要等算法，保證了數據生成以後的不可篡改性。第二，鏈式記帳的形式保證了全量交易數據歷史存儲和記帳事件的先後關係明確。第三，智能合約作為參與方一致認可的規則計算代碼，實現了系統運行規則的透明化。第四，分布式共識機制保證數據及時、正確的存儲在不同的節點上，整個系統的數據依然保持整體性、正確性和一致性。
如前所述，就像諜戰劇裡面的情節一樣，不能假設可信計算系統中每個節點天然都是正確工作的，隨機的硬體故障，不可預知的黑客的入侵，每次計算都有出錯的可能。區塊鏈技術提供了相關的基礎設施能夠實時地驗證每一次計算和每一次數據存儲的正確性。
首先源於比特幣的區塊鏈技術應對的就是去中心化的分布式計算系統。它要解決的就是在每一個參與方都有可能作惡，但大多數參與方願意維護整個系統整體利益的情況下，使用 PBFT、POW、POS、DPOS、DAG，分片的各種整體或者局部共識算法，來保證最終的正確計算結果能夠擴散到整個系統中。這些共識機制先讓每次計算都會有多個參與方共同驗證計算結果，同時對於驗證方的選擇保證作惡方不會佔據大多數，這樣偶爾發生的硬體故障不會影響到最終結果的正確性。黑客攻破系統後，要想讓計算結果實現被黑客控制的目的，黑客必須攻克足夠多的參與方系統。顯然這種情況實現的難度要比過去中心化系統大得多，特別是計算的各個驗證方都是僅僅通過區塊鏈數據通道連接的獨立系統，再加上足夠多的驗證參與方，個別系統故障和黑客局部入侵無法影響整體系統正常工作。總之，使用恰當共識機制的區塊鏈為中樞，配合足夠多的獨立參與方，可以為系統提供安全保證，及時發現故障和黑客入侵事件。通過利用區塊鏈可靠的記帳能力，結合電子籤名、哈希值校驗和可信時間戳，數字系統的數據和記錄的事實就與人以及真實時空聯繫起來，組成不可撤銷的客觀和完整的因果鏈條。在高院司法解釋肯定了基於區塊鏈的固證、存證的司法效力以後，區塊鏈就為建築業全數位化進程提供了一條司法認可的發展方向。
系統用戶在數字世界的所有行為證據通過個人籤名在區塊鏈上存儲，就不用擔心運營方會惡意的刪除關鍵證據，失去對自身權益的保證。而系統運營方也可以通過這些方式來證明自己所有的工作都是嚴格遵守各方同意認可的規則來執行。當用戶和運營方出現糾紛的時候，可以通過提供充足的有司法效力的數字證據來幫助仲裁或者司法機構做出正確的裁決。
通過共識機制、去中心化的分布式處理架構和各方一致認可「數字法律」智能合約，保證寫作規則可靠的自動執行，提供了一種公開、透明和可靠的機制促進多方互信。通過多維度的數據採集和大數據分析，配合數字身份體系，可以完整、客觀、準確的描述每一方在協作過程中所做的實際工作。這些記錄使某一方都無法單方銷毀或偽造數據，來擺脫自己不按規矩行動和拒絕承擔相應責任的後果，進而將系統治理從人治逐步演進成可靠的自動化數字法治。
2.7 5G 網絡下的產業發展趨勢
2.7.1 推進新時代的行業治理模式
在數字時代，數字建築產業的治理模式在不斷演化。2016 年 5 月 9 日，國務院召開全國推進放管服改革電視電話會議，《政府工作報告》提出，持續推進簡政放權、放管結合、優化服務，不斷提高政府效能。「放、管、服」成為新時代城市建設治理模式發展方向。在此趨勢下，建築業的各個參與方包括但不限於行政主管機關、建設類企業、經營類企業、金融機構、城市居民以建立美好的生活和工作環境為宗旨，以區塊鏈、大數據、人工智慧技術建立數位化的新時代行業共同治理模式。其中相關主管機關充分減政放權，轉向加強事中和事後監管。在 5G 時代，結合物聯網、大數據、AI 和區塊鏈等技術的數位化系統，可以安全可靠地解決海量數據的權屬問題，數據流轉過程全程透明可控，每個參與者的貢獻清晰明了，還不會被篡改，用戶隱私和商業機密不被洩漏，行業共識和規則透明，可靠的自動執行，所有結果具有司法效力。行業的各個參與方，借著數據互通、業務互聯，結合數字籤名背書，構成了行業整體利益共同體和生態系統。整個行業從非合作博弈導致的「納什均衡」進化成基於信任、行業準則和價值觀實現各方利益最大化的「合作性均衡」。所有阻礙生態系統健康發展的行為，都會在系統中暴露無疑，惡意分子也無處躲藏，自然就會慢慢被系統淘汰。在這個充滿著利益共同體的生態系統裡面，行業主管機關就可以充分放權，用透明的行業規範和自律規則的數位化實現智能合約以及自動報備機制逐步取代行政審批等職能，用數字籤名技術讓申請者為自己申請材料的真實有效性公開進行背書，並承擔造假的法律後果。行業主管機構和行業協會可以專注於打通行業數據孤島，見證行業數據可溯源的可信流轉，結合物聯網加強行業大數據自動搜集和分析能力，整合行業資源和智慧，為行業提供安全和環境監管、數字存證、真實性鑑別、信用評級、風險評估和預警等可溯源的數據分析公共服務，建設多方互信、公平透明的市場運營環境，為全行業賦能。
在萬物互聯的時代，以區塊鏈技術為樞紐的數位化生態系統中，在行業主管機構和行業協同搭建的公共服務平臺上，各個行業經營主體不用擔心自身隱私和商業機密的洩漏以及數據資產權屬不清，並因為非授權濫用而導致資產價值流失的問題，可以很容易以多種渠道將自身業務數據資產化，核心業務能力服務化，並賦能整個行業。當數據維度足夠多，數據來源足夠豐富，數據量足夠大，實時性足夠強，業務能力足夠專業，隱私保護足夠完善，整個行業的整體治理水平就能上一個臺階。比如通過多個競爭對手相互監督，用隱私保護不法行為揭發者，幫助相關方在保護商業機密和隱私的情況提供數據證據支持。當收繳非法所得和罰款後，相關的貢獻方又能有所分潤，甚至這些貢獻還能作為相關產業支持政策的加分項，這樣就能保護和鼓勵每一個市場經營主體共同改善行業的整體運行環境。
2.7.2 推進普惠金融支持中小微企業
建築業屬於重資產行業，各個企業在運營中對資金需求比較大。在一個工程項目中，企業在承建項目的時候往往要預先墊付大量資金，對甲方來說必然是付款越晚越好，基於同樣理由再加上甲方施工款項延遲支付，施工企業必然會將資金壓力和風險也轉嫁給下遊供應商。這些供應商往往是已經給施工企業供貨或提供服務後，還需要半年甚至更長的時間才能收到貨款或服務款。這對於中小企業而言，因為缺少擔保很難獲得銀行的資金支持，從而致使其承受著巨大的財務壓力和風險。
而在數字建築業可信的生態系統中，行業價值鏈條各個環節的經營主體都可以參與到對需要金融支持的企業實時信用評級中。在尋求金融支持的企業授權下，結合其客戶的背書，可以將物聯網中各種傳感器採集的數據貢獻出來，比如該企業客戶建築工地的現場各種視頻圖像、庫存、工藝工法實施情況、管理水平、企業產品銷售量和使用情況等數據，提供給信用模型計算服務，這個服務的運行在可信計算系統環境下，經過隱私安全審計後，保證運行時服務版本和審計時版本一致。這樣服務使用的數據僅僅用於信用計算，不會洩漏隱私和商業機密，再經過層層的歸納和計算，給出企業的信用報告。這個信用報告可以回溯到每一次計算和服務提供者、每一個原始數據、每一個數據體提供者，這種可驗證的結果帶來的各種回報可以通過收益分成、及時結算等方式讓每一個參與者根據貢獻獲得回報。同時，對金融機構來說可以快速和低成本獲得專業的信用報告，保證小額貸款足夠的收益率並控制風險，最終成為可持續運營的為中小微企業服務的普惠金融服務。
2.7.3 加強關懷廣大建築工人和他們的家庭
隨著建築業數字生態系統分享了足夠多的數據，集成足夠成熟的大數據智能算法，擁有足夠的算力以後，行業可以關注到更具體的個體，即全中國近 4 千萬建築工人和他們的家人。建築業的勞動群體為了撐起一個家，為了讓子女有學上，在惡劣工作環境中承擔著全行業最高的死亡率的風險，這也是越來越少的青壯年願意加入中國建築工人群體的原因。據統計，我國建築工人的平均年齡已經超過了 45 歲，而且還在逐年增長，未來建築業必然會面臨「人荒」危機。
為了扭轉這個局面，一方面需要通過 5G、物聯網、大數據、人工智慧等技術為建築工人提供更安全、舒適的工作環境，通過對建築工地整體態勢感知和智能認知，以及對施工工藝工法的監控，提供安全預警，減少人身傷亡的安全事故的發生概率。工地現場的整體態勢感知和智能認知可以利用 5G 的低延遲特性，用沉浸式遙控的方式進行挖掘、調運多種危險工作，還可以結合外骨骼，使用 AGV 物料運輸等降低工人的體力消耗。
用 XR 設備提供現場智能測量和知識輔助，提升工作效率，減少工作時間。整合了整個行業的智能大數據系統，結合國家正在推行的勞務實名制，除了傳統身份證、文化程度、專業類型、技能登記和相關培訓經歷以外，從不可篡改的工作經歷、工作成果、工作量等情況為每一位建築工人建立信用評級，提供普惠金融產品和服務，在還未發工資的情況下幫助他們解決家鄉老人和妻子兒女的燃眉之急。再結合對給定區域內建築工程的管理水平的評估，為該區域內的工人提供行業互助保險服務，進一步為工人和家屬提供保障。
三、5G技術在建築業的四大應用場景
3.1 5G 網絡下的智慧監控技術應用
1、5G 助力智慧監控技術的發展
在工地分布廣泛、現場環境惡劣的建築行業，確保規範施工，保證工程質量、工地作業人員安全及建築材料與設備等財產安全是施工單位管理者關心的頭等大事。因此，管理者對於工程監督、項目進度、設備及人員安全有實時監管需求，需要實時了解現場施工進度，遠程監控現場的生產操作過程及現場人員和物料的安全。但建築工地環境區域與人員複雜，安全監管和防範手段相對落後，工地信息化水平仍較低，信息化尚未深度融入安全生產核心業務。同時，傳統的基於 DVS+、網絡 +、數字矩陣的大規模網絡視頻監控系統雖已應用成熟，但這種模式下需要監視太多視頻畫面，遠遠超出人的接受能力。海量的圖像信息依靠人工實時查看，監控效率極低，只能滿足事後調閱、取證的需要，無法做到事前預防和事中管控。因此，亟需利用新的信息化手段，對建築施工過程進行智能化視頻監管。
現階段，智慧監控技術已經逐步得到推廣與應用，有了 5G 網絡的支撐，智慧監控可以更好地通過圖像處理、模式識別、計算機視覺等技術，融合視頻監控系統與智能 AI視頻分析，藉助計算機強大的數據處理能力過濾掉視頻畫面無用或幹擾信息，自動識別不同人、物，分析抽取視頻源中關鍵有用信息，快速準確的定位現場，判斷監控畫面中異常情況，以最快和最佳的方式發出警報或觸發監管動作，從而有效進行事前預警、事中處理、事後及時取證的全自動實時監控。依託於 5G 技術，智慧監控技術可以真正實現智能識別重要場景與時段，配置更高的解析度，大量收集、分析 4K 解析度監控攝像數據，保證視頻數據源質量的同時，做到成本存儲優化。
2、智慧監控的硬體設施
工地現場設備主要包括視頻採集設備，如槍形高清網絡攝像機、360 度高速球機、NVR 以及無線網橋、交換機等，採集設備通過同軸視頻電纜、網線、光纖將視頻圖像傳輸到控制主機，控制主機再將視頻信號分配到各攝像監視器及錄像設備，同時將需要傳輸的信號同步錄入到錄像機內。通過控制主機，操作人員可發出指令，對上、下、左、右動作進行控制及對鏡頭進行調焦變倍的操作，並通過控制主機實現在多路攝像機之間的切換。利用特殊的錄像處理模式，對圖像進行錄入、回放、處理等操作，使錄像效果達到最佳。同時，AI 算法相關硬體可部署在雲端或邊緣側，基於現場視頻信息智能分析現場異常行為，對異常行為進行聲光報警，同時存儲異常行為錄像與圖片，並通過傳輸網絡推送圖像信息至監控平臺。
未來採集設備高幀率、超高清和 WDR 特性將產生的大量數據流量，特別是未來 8K60 fps 視頻將會超過 120 Mbps 帶寬。因此，信息傳輸需要通過運營商 5G 通訊基站與傳輸網絡來執行。設備推送的信息通過 5G 傳輸至管理者監管平臺，平臺根據網絡協議，支持 PC、手持 PAD 等終端設備遠程調取、查看與分析視頻信息，並支持通過 5G 傳輸網絡對現場下達指令。藉助 5G 基站，可以把現場數據直接傳輸到雲端伺服器進行存儲，機房任務將僅限於讀取或調用數據。因此，光纖布線與存儲設備將大幅減少。從布線到存儲，整套智慧監控系統成本上將有極大降低。另外從 AI 人像識別角度上講，視頻數據的存儲與傳輸運用上 5G 及雲端伺服器，盤查可疑人員與異常行為的效率將大幅提高。
3、智慧監控的業務應用
智慧監控技術可以對工地各區的關鍵要害部位、重點區域等現場情況進行 24 小時實時監控。對每個人員在監視區域的進入時間、離開時間以及在監視區的活動情況都會有清晰的顯示。因此，智慧監控技術可廣泛應用於施工現場安全管理。
5G 網絡下的智慧監控可應用於項目現場周界入侵識別分析及預警，通過識別靠近危險區域的人員是否有靠近行為，通過聲光傳感實時發出預警警報，避免施工人員進入危險區域造成人身傷害，特別是深基坑周邊、臨邊洞口等特定區域。
另外，明火預防也是現場管理中非常重要的環節，特別是很多施工作業區域無法安裝防煙感報警。藉助智慧監控技術，可對監控區域內畫面的火焰以及工人違規吸菸進行識別與報警，同時將報警信息快照和報警視頻存檔。通過此項技術能及時發現現場災情隱患，尤其是項目現場電路電線、生活區私搭亂建等重點隱患問題。一經發現，異常情況通知到相關人員後可立即採取相應措施，做到未雨綢繆，防範於未然。以軌道交通建設為例，施工現場可以建立 5G 網絡通信環境，各參建單位統一 5G網絡專線接入，組成項目現場的城域網，監控網絡由各工點 5G 網絡專線直接連接至監控中心。通過 5G 統一網絡與通信平臺布署，保障城市軌道綜合監控平臺的快速搭建及各信息系統的穩定運行。通過 5G 網絡條件下的城市軌道綜合管理智慧監控平臺的應用，進行軌道交通項目全方位的的數據收集與整理、存儲與查詢、分析與決策，實現對軌道交通項目參與各方的協同工作與信息共享，以及施工過程的統一管控和動態監管。
4、智慧監控的應用價值
從項目管理角度來看，應用基於 5G 的智慧監控技術，可通過多個終端第一時間了解建築工地現場的實時情況，發現隱患及時消除，發現問題即刻整改，做到事前預防，事中管控，事後追溯。出現異常狀況和突發事件時，可以及時報警，提醒管理人員及時處理，保障工程實施質量和人員安全。
從企業管理角度來看，應用智慧監控可以遠程對全國各個地區下屬建築工地進行統一管理，消耗人力頻繁去現場監管、檢查的現狀得以改善。同時，傳輸速率的大幅增加便於企業建設統一的可視化工地系統，實現集約化管理，降低管理成本。從監理角度來看，藉助於智慧監控技術，可實時檢查建築工地的安全防範措施是否到位，包括建築物的安全網設置、施工人員作業面的臨邊防護、施工人員安全帽的佩帶、外腳手架及落地竹腳手架的架設、纜風繩固定及使用、吊籃安裝及使用、吊盤進料口和樓層卸料平臺防護、塔吊和卷揚機安裝及操作等。對於發現的施工過程中安全防範措施不到位的地方，可以第一時間通知施工單位現場整改，並及時檢查整改效果，真正做到過程管理。
3.2 5G 網絡下的高頻掃描技術應用
1、高頻掃描技術的概念
無人駕駛汽車需要一個智慧的中控大腦，除此之外，靈敏的感知系統也是其不可缺少的關鍵要素。我們偶爾會看到，一輛無人駕駛的實驗車從身邊駛過。車頂上有一個高速旋轉的設備，就是雷射雷達。雷射雷達上有一排雷射，每旋轉一周，就完成了一次周邊環境的掃描。要獲取高精度的信息，就必須通過雷射高頻的掃描完成。同樣的，很多數據或信息都是通過類似的方式獲取的。比如傳感器的信息獲取，系統內的信息數據抓取模塊是通過固定時間間隔掃描一次傳感器來實現數據獲取的。當然，並不是所有的信息都需要高頻的掃描來獲取，為了節省資源，我們一般會根據實際情況，確定掃描的頻率。比如民用的環境監測系統，一分鐘一次的數據傳輸已經綽綽有餘。但是在一些特殊行業或者場景中，掃描頻率必須要高，比如一些建築工程監測設備、無人駕駛的雷射雷達等。高頻的掃描可以儘可能減少重要信息的遺漏，提前了解監測數據的變化，在比如交通事故、安全事故等變化快速的複雜情況下，可以保證系統的正常運行。
2、5G 網絡下的高頻掃描設施建設
然而不論是 5G 技術還是高頻掃描技術，對於硬體都有相當程度的依賴。5G 技術需要重新部署基站等設施，而高頻掃描也不是僅僅提高一下掃描頻率那樣簡單。相對於低頻掃描來說，高頻掃描需要更快的的處理器，同時也需要更高品質的數據生成模塊，以及各類傳感器等設備。可以處理高頻掃描獲取的數據的處理器，對於項目本地使用而言性價比並不高，除了採購費用外，因為疏於維護而造成設備損壞的情況時有發生。使用雲端服務可以解決上述問題，但對網絡連接的穩定性和低延時性、帶寬就提出了比較嚴苛的要求。
5G 技術恰恰可以滿足可靠性、低延時、高帶寬的要求。在施工現場，僅需要為監測對象安裝對應的傳感器，在各個工作區域安裝警報裝置，傳感器通過內置的 sim 卡或者 WiFi 與 5G 網絡進行連接，在雲端的管理平臺通過 5G 網絡可以高頻掃描各個設備的數據，並在雲伺服器上完成分析處理。如果發現某個區域的數據出現異常，可以實時向該項目警報裝置發出警報指令。而在管理平臺上，同時會標明是何處發生了何類危險警報，項目部管理人員會根據這些數據，組織工人疏散，並有針對性地採取補救措施。
3、高頻掃描的業務應用
在工程項目中有大量的工程機械設備，比如挖掘機、吊機、塔吊等，同時施工現場屬於勞動密集型區域，人員情況相對複雜，工地的工人與各類型設備在同一個環境下共同作業。一旦某一個環節和要素發生了異常，很可能導致的一場損失慘重的事故。在項目管理的過程中，既需要每時每刻掌握和了解現場生產要素的狀態，還要擁有發生事故後快速對現場人員施救和財產挽回的能力。
伴隨著社會的進步，人們對建築物的功能要求不斷提升，建築物的結構造型、施工環境的複雜程度越來越大，因此催化了如高大模板工程、大體積混凝土工程、深基坑等全新施工技術和施工工藝的發展。對此，項目管理者需要對這些危險性較大的分部分項工程進行針對性監控。例如對高支模的監測可以通過全站儀使用小角度法、極坐標法等監測方法，需要由具備相應資質的第三方監測機構監測，並出具相應的監測報告。
但是往往坍塌的發生總是在電光火石之間，有些情況下，能留給工人的逃離時間只有短短的 1 到 2 秒。人工監測方式更適用於類似線性變化的情況，通過監測點與預測點對比，分析應力變化趨勢，從而判斷上一段施工工藝和參數是否符合預期，並在澆築過程中保證整個體系受力均衡。因為人工監測間隔時間久，反饋時間也較長，如果應力突然發生變化，將不能被及時發現並作出應對，所以通過應用高頻掃描技術的方式進行監測成為了 5G 網絡下的又一種選擇。
在高大模板支護工程中，常用到的有立杆傾角監測、支護水平位移（沉降）監測、頂撐軸壓監測。將位移傳感器、壓力傳感器等傳感設備布置到關鍵應力節點上，現場基站會每隔 1 秒抓取一次感應數據。經過處理後，通過無線信號傳輸給系統平臺和其他警報設備。但有時每一秒的變化可能都會非常巨大，而支護結構的形變更是會隨時間累加起來，越來越快。高頻的掃描技術，能夠更加細緻地找出這其中的蛛絲馬跡。原來每一秒輸出的信息，被更多細節連接在一起，這些信息在經過處理器分析後，就可以更早發現存在的安全隱患，更快做出事故前的預警。
另外，一些施工機械運行情況如果發生了異常，同樣有可能造成很嚴重的工程事故。現在更多的項目關注到了這些問題，也陸續應用高頻掃描技術對施工機械的運行進行監測，比如塔吊防碰撞監測、吊籃超載監測、卸料平臺超載監測、施工電梯運行監測等等。這些監測有的是單項參數的監測，例如卸料平臺；有的會涉及 10 多項監測參數，例如塔吊。
作為施工現場重要的起重機械，塔吊已經普遍應用於各類工程項目中，其安裝拆卸需要有相關資質的專業公司操作，操作人員也需要具備塔司證才行，但是即便如此，塔吊傾覆等事故也是屢見不鮮。塔吊在自然使用過程中，各個參數是在不斷變化的，如何在這樣變化中發現異常，就需要高頻的掃描各個傳感器的數據，形成近乎無損的數據。海量的數據利用雲端的強大算力，加之人工智慧的分析，可以在危險將要顯現之前給出警示，同時暫停機械設備的一切動作，報告相關人員前來檢查確認。
可以肯定，今後在建築行業，會有非常多的業務場景需要用到高頻掃描的技術以達到最優的監測和警報效果。高頻掃描因掃描頻率的提升，必然會產生海量的數據流，這些數據流是提供給人工智慧進行判斷分析的必要資料。但是因為以往在 3G、4G 網絡條件下，網絡穩定性和帶寬都無法實現高頻掃描，導致整個傳遞過程耗時 5 秒左右，無法實現有效預警。
4、高頻掃描的應用價值
在以前，施工現場的眾多生產要素都需要靠項目部人員進行管理。即便是對現場不斷重複的檢查，也並不能有效實時、整體全面地了解項目的生產運行情況。伴隨著包括5G、高頻掃描以及各類硬體設備的製造等相關技術的整體提升和成熟，未來對於建築施工現場各生產要素的管理將變得更加智能。
5G 作為一種新的信息傳輸技術，相較於 3G、4G 來說，並不僅僅是數據傳輸速度或者帶寬的提升，它還帶來了非常穩定的數據傳輸能力、可連接大量終端設備的能力。建築施工現場實現數位化轉型，海量的機器類終端通信必然要被更廣泛的應用，並且需要部署在現場的各個角落，對實時數據進行有效的收集與傳輸，加上高精度的高頻掃描應用，會抓取體量龐大的施工生產數據。而這些數據會通過 5G 技術，穩定地、及時地傳輸給雲端處理器，處理器再將處理後的結果指令發送給項目的管理平臺以及設備機械控制系統，管理者就可以通過網絡，對施工現場各個關鍵角落進行有效監管。僅是結合5G 技術的高頻掃描應用這一點，就可以把建築業安全生產的事故率降低 80%。
3.3 5G 網絡下的數據實時傳輸與處理技術應用
1、數據實時傳輸與處理技術的概念
包括施工建築在內的各種工業環境都離不開數據的交換，藉助先進的數據實時傳輸與處理技術，能夠將分布式安裝的終端設備採集到的數據快速上傳至伺服器或雲端，使用戶掌握現場的最新信息，從而進一步控制現場設備，調整作業步驟，也能夠使不同地理位置的終端和終端之間進行數據交換，協同工作。
傳統的數據傳輸與處理技術通常可按物理連接形式分為有線傳輸和無線傳輸兩種，按空間距離劃分又可分為中短距離（≤ 1km）和長距離（>1km）兩種。每種具體的技術有著各自的優勢和劣勢，從而使其適用於相應類型的應用。5G 網絡是目前最先進的網絡連接和數據傳輸技術，它屬於無線傳輸，有著極高的通訊速率和傳輸穩定性。5G 有著極高的系統容量，能夠連接大量設備並讓它們保持在線狀態，同時兼顧行動裝置的電池壽命問題。
2、數據實時傳輸與處理的設施建設
視頻監控是施工作業中視察施工進度、檢查生產質量、防範安全隱患以及全面了解工地狀況的實用手段。工地上視頻監控現有使用的傳輸技術一般是有線乙太網和 Wi-Fi兩種。有線乙太網支持 1000Mb/s 的帶寬，可以有效滿足工地高清視頻流的傳輸，但需要施工布線，且傳輸距離超過 100 米後信號大幅衰減（使用光纖可有效加長距離），施工場所在作業期間偶爾也有挖斷電纜的現象發生。在室外使用 Wi-Fi 的情況下，多徑幹擾造成的信號覆蓋差、數據異常中斷等現象明顯。5G 藉助於 Massive MIMO 和 OFDM 技術，可以達到 1Gbps 以上的帶寬（實測值），不僅可以保證支持 5G 通訊的高清攝像頭採集到的數據不間斷、高質量地直接傳送至雲端，還可以支持 4K/8K 超高清視頻的直播傳輸，這將為自動 AI 識別提供優質的數據源。
基於深度學習的視頻 AI 分析是近年來施工企業非常關注的新興技術，通過此類技術，可以有效發現或預警工地上發生或可能發生的危險情況或違規作業。為了能夠實現低延時的流媒體處理和快速分析計算，常用的做法是在工地部署邊緣計算的硬體設備。當 AI計算能力落到邊緣側時，5G 的 D2D 技術可以使得終端硬體設備（如攝像頭）與定製化的邊緣計算網關便捷快速地互聯。將來也有可能提供小微基站在工地中心位置以進一步增強設備到邊緣計算網關間的數據傳輸能力。
3、數據實時傳輸與處理技術的業務應用
塔吊及塔吊群組是施工生產中非常重要的大型設備工具。群塔作業施工時，群塔之間存在起重臂與起重臂、起重臂與鋼絲繩、起重臂與平衡臂、起重臂與塔身等多種碰撞安全隱患。現在的塔吊一般加裝有風力、風速、力矩、行程等傳感器，配合塔機輔助駕駛儀（俗稱「塔吊黑匣子」），預測塔機到達控制點的時間，實現高速運行時提前控制、低速運行時延遲控制的作業目標。當塔吊運行過程中可能出現碰撞危險時，系統將根據設定的角度、距離，向司機發出斷續的聲光預警。當塔機達到碰撞設置極限值時，向司機發出持續的聲光報警，系統將自動限制塔機迴轉控制，允許塔機向安全方向控制的動作，不允許向危險方向運轉。塔吊黑匣子目前使用 GPRS 或 3G 技術，在使用 5G 網絡後，由於傳輸延時極低，可以高效實時地傳送至雲端，解決雲端數據同步慢，項目看板顯示滯後的問題，也有利於遠程指導。塔吊作業環境艱苦，對司機身體素質和意志力考驗大。在 5G 技術的幫助下，數據傳輸實時性和可靠性的提高，將使得遠程控制塔吊作業成為可能。環境監測、混凝土測溫、水電抄表、高支模監測、深基坑監測等應用的主要任務是將對應的傳感器數據本地顯示及間隔傳送至雲端，對帶寬和時延要求都極低，仍可採用原有的 GPRS 或 3G/4G 的無線傳輸技術。但 5G 網絡建設後仍對這些前代技術兼容。此外，5G 傳輸技術的高速、低延遲特性也顯著增強了無人機在建築工地的應用。目前，已經有工地試點了「5G+ 無人機 +VR」的新應用方式，利用無人機上搭載的高清雲臺，可以近距離懸停並對施工作業現場進行 360 度全景 4K 高清拍攝，再通過 5G 網絡將 4K 全景視頻傳輸到伺服器或雲端。監理人員可以利用 VR 眼鏡、PC 管理系統接入伺服器，對施工工藝、安全、質量等進行監督，並及時督促問題整改。
3.4 5G 網絡下的無線傳感技術應用
1、無線傳感網絡的概念
隨著半導體技術、通信技術、計算機技術的快速發展，90 年代末，美國首先出現無線傳感器網絡（WSN）。1996 年，美國 UCLA 大學的 William J Kaiser 教授向 DARPA提交的「低能耗無線集成微型傳感器」揭開了現代 WSN 網絡的序幕。1998 年，同是UCLA 大學的 Gregory J Pottie 教授從網絡研究的角度重新闡釋了 WSN 的科學意義。在其後的 10 餘年裡，WSN 網絡技術得到學術界、工業界乃至政府的廣泛關注，成為在國防軍事、環境監測和預報、健康護理、智能家居、建築物結構監控、複雜機械監控、城市交通、空間探索、大型車間和倉庫管理以及機場、大型工業園區的安全監測等眾多領域中最有競爭力的應用技術之一。美國商業周刊將 WSN 網絡列為 21 世紀最有影響的技術之一，麻省理工學院（MIT）技術評論則將其列為改變世界的 10 大技術之一。
無線傳感器網絡是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，以協作地感知、採集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內被感知對象的信息，並最終把這些信息發送給網絡的所有者。無線智能傳感器網絡又增加了無線通信能力，WSN將交換網絡技術引入到智能傳感器中使其具備交換信息和協調控制功能。而傳感器與5G 網絡的結合，將會使無線智能傳感器網絡如虎添翼，無論是容量、長連接、實時性都會有質的飛躍。
2、無線傳感網絡的構成
一個典型的無線傳感器網絡的系統架構包括分布式無線傳感器節點（群）、接收發送器匯聚節點、網際網路或通信衛星和任務管理節點等。大量傳感器節點隨機部署在監測區域內部或附近，能夠通過自組織方式構成網絡。傳感器節點監測的數據沿著其他傳感器節點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理，經過多跳後路由到匯聚節點，最後通過網際網路或衛星到達管理節點。用戶通過管理節點對傳感器網絡進行配置和管理，發布監測任務以及收集監測數據。
傳感器節點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，通過小容量電池供電。傳感器節點由部署在感知對象附近大量的廉價微型傳感器模塊組成，其目的是協作地感知、採集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，並發送到匯聚節點。各模塊通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網絡系統，傳感器節點採集到的數據沿著其他傳感器節點逐跳傳輸到匯聚節點。一個 WSN 系統通常有數量眾多的體積小、成本低的傳感器節點，從網絡功能上看，每個傳感器節點除了進行本地信息收集和數據處理外，還要對其他節點轉發來的數據進行存儲、管理和融合，並與其他節點協作完成一些特定任務。
匯聚節點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，它是連接傳感器網絡與Internet 等外部網絡的網關，實現兩種協議間的轉換，同時向傳感器節點發布來自管理節點的監測任務，並把 WSN 收集到的數據轉發到外部網絡上。匯聚節點既可以是一個具有增強功能的傳感器節點，有足夠的能量供給和更多的 Flash 和 SRAM 中的所有信息傳輸到計算機中，通過彙編軟體，可很方便地把獲取的信息轉換成彙編文件格式，從而分析出傳感節點所存儲的程序代碼、路由協議及密鑰等機密信息，同時還可以修改程序代碼，並加載到傳感節點中。
管理節點用於動態地管理整個無線傳感器網絡，傳感器網絡的所有者通過管理節點訪問無線傳感器網絡的資源。
3、無線傳感網絡的業務應用
（1）無線傳感器網絡在隧道環境監測系統中的應用：
在傳統的隧道環境監測系統中，由於監測系統的設施、裝置等位置比較固定，使採集數據是孤立的，無法匯聚做實時大數據分析，從而使得監測系統往往形同虛設，再加上隧道下聯網有一定的難度，使有關人員無法進行有效的監管，以致事故無法預警。所以我們的設計思想是要環境監測系統能夠把隧道環境信息實時、準確地傳送到相關人員手中，在隧道中部署足夠量的無線傳感器數據採集節點，利用「傳感器 + 近距離無線通訊技術」（LORA，WiFi 等）在隧道出入口有廣域網覆蓋的環境部署沒有監測功能僅帶有 5G 廣域網通訊能力，以及無線傳感網絡接收裝置的特殊網關設備，實現兩種協議棧之間的通信協議轉換，同時發布監測中心的監測任務，並把收集的數據通過 5G 高速網絡傳至監控中心系統。甚至可以在特殊網關設備上部署邊緣計算，進一步優化加強環境監測系統。
（2）無線傳感器網絡在用電管控系統中的應用：
利用智能電能表採集宿舍和動力設備的用電量，通過 5G 網絡將採集到的宿舍和動力設備的用電量實時上傳至遠端雲平臺，雲平臺對於每個智能電能表的數據進行存儲、處理和分析，並可根據用戶的需求對用電功率較小的宿舍進行電能表斷電控制。實時在線監測施工現場各個電箱空開閉合狀態及電能使用情況的遠程物聯網儀表，配合後臺集中管理及手機 APP，管理人員可以及時發現各個電箱相應的空開閉合狀態，及時定位跳閘的空開電箱，從而達到及時、快速、準確的電力恢復。
（3）無線傳感器網絡在移動在線巡檢系統中的應用：
現階段移動在線巡檢最重要的制約因素就是網絡，網絡帶寬不足以支持圖像視頻類實時超清傳輸，在 5G 網絡環境下這個問題迎刃而解。在線巡檢可形成多元化的巡檢任務，提前預設點位信息，在巡檢點上實用無源 RFID 標記，採用專業 PDA 讀取，獲取巡檢點位信息及檢查內容，確保巡檢人員在點位現場。同時對每個巡檢點都能建立一個圖文檔案，以及完整的現場實錄，可以隨時觀察巡檢點位每次巡檢的變化，幫助巡檢人員了解點位狀態，增加巡檢人員的工作效率。
（4）無線傳感器網絡在實時定位管理中的應用：
目前主流的定位技術主要有 GNSS 定位、LTE 定位、藍牙定位、WiFi 定位、zigbee定位等。GNSS 主要用於室外定位，主要有美國 GPS、俄羅斯 GLONASS、歐盟 GALILEO和中國北鬥衛星導航系統；LTE 是通過基站發送的信號進行三角定位，電信商通過基地臺的位置以及對應信號的強弱程度來判斷接收者的位置，但定位精度不高，與實際物理位置偏差較遠；藍牙、WiFi、zigbee 由於帶寬、通訊距離受限，主要用於室內定位，目前藍牙 AOA、AOD 定位越來越被市場認可，在低成本應用中可以做到釐米級精準定位。現有定位技術可以提供不錯的效果，但是受到建築物群遮擋以及其它信號幹擾，無法正真將定位技術用起來，結合場景做到實時分析預警，以及事故後搶救。
正是因為 5G 高頻波具有嚴重的穿透損失性質，在鋼結構多、建築物遮擋、大型器械多的複雜環境中，反而支撐了電磁波的散射、繞射、反射。另外 5G 高頻波直線路徑傳遞方式更有利於計算路徑距離，用於位置解算，配合 5G 低時延特性，可以實時的將位置信息上報，無論是查尋施工人員軌跡還是定位事故現場人員位置，都能使實際位置與平臺獲取的位置定位更加精準，如果結合 GPS、藍牙 MESH、WiFi, 將實現室內外以及複雜環境的實時定位應用。
結束語：信息化、智能化是當前科技發展趨勢，作為傳統行業的建築業其發展趨勢也必然是信息化、智能化、智慧化。今後幾年，在 5G 技術全面商用化的助推下，建築業將全面提高數位化水平，著力增強 BIM、大數據、智能化、移動通訊、雲計算、物聯網等信息技術集成應用能力，建築業數位化、網絡化、智能化將取得突破性進展，更好實現成熟的一體化行業監管服務平臺，數據資源利用水平和能力的明顯提升。隨著工程體量的快速增長，工程複雜程度的不斷加大，對於工程的工藝水平和管理要求也提出了更高的要求，這不僅是社會發展的需求，更是時代的變革。5G 技術的全面利用，為建築業的數位化發展提供了機遇。無論是工地精細化管理的內在需求還是當代先進技術快速發展和綜合應用的外在動力，都將驅動著建築業向更加集成統一管理、高效協同工作以及更加自動化和智能化的智慧化趨勢演進，逐步實現全鏈條產業鏈的和諧可持續發展。
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（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：廣聯達科技股份有限公司、中國聯合網絡通信有限公司、華為技術有限公司、中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院）
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