工地施工中智慧工地系統(tǒng)研究

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在建設(shè)工程施工中，有效提升現(xiàn)場施工安全、人員設(shè)備管控才能保障現(xiàn)場施工秩序和建設(shè)工程施工質(zhì)量。目前建設(shè)工程施工缺乏有效解決現(xiàn)場管理痛點(diǎn)難點(diǎn)的信息化技術(shù)，包括視頻AI分析、疫情防控、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、文明施工、應(yīng)急響應(yīng)、指令傳達(dá)回復(fù)、設(shè)備車輛管理和安全線上培訓(xùn)等，提升現(xiàn)場安全管理水平，同時以往紙質(zhì)記錄資料管理難度大、易損壞，可通過信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子化，提高管理效率[1]。

1系統(tǒng)目標(biāo)

以智慧引領(lǐng)、數(shù)據(jù)賦能和精細(xì)管理為理念，打造安全管理完善、高度智能化的智慧工地系統(tǒng)。以人工智能AI能力平臺+ABCIG（AI+AR、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、IOT和GIS+BIM+5G）為技術(shù)支撐，將傳統(tǒng)的建設(shè)工地打造為“安全、環(huán)保、高效、智慧”的科技先進(jìn)型智慧工地。系統(tǒng)支撐PC網(wǎng)頁和手機(jī)APP操作使用，主要包含有人員設(shè)備信息管理、AI分析預(yù)警、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析對比、隱患巡檢智能分析、視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控、應(yīng)急演練管理、安全培訓(xùn)及施工進(jìn)度管理8大模塊的功能，后續(xù)還將結(jié)合實(shí)際工作需要不斷開發(fā)、完善，包括圖紙變更臺賬、安全風(fēng)險管理流程和隱患圖片對比功能等。以信息技術(shù)為抓手，進(jìn)一步提升安全管理水平[2]。

2總體設(shè)計(jì)

依托計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建工地現(xiàn)場智能監(jiān)控和控制體系，彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法在監(jiān)管中的缺陷，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目對項(xiàng)、人、機(jī)、物、環(huán)和事的全方位實(shí)時監(jiān)控，利用信息化手段安全、質(zhì)量地檢查整改閉環(huán)管理，同時留下管理痕跡。總體架構(gòu)如圖1所示。智慧工地系統(tǒng)主要包含各項(xiàng)目的施工人員監(jiān)控、機(jī)械設(shè)備監(jiān)控、物料監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、重點(diǎn)區(qū)域（基坑等）監(jiān)控、安全管理應(yīng)用、PC端應(yīng)用和移動終端應(yīng)用等，提供視頻監(jiān)控、可視化數(shù)據(jù)分析、預(yù)警和預(yù)判，提高項(xiàng)目信息化管理水平，實(shí)現(xiàn)信息化、精細(xì)化和智能化管控。功能架構(gòu)如圖2所示。應(yīng)用過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)、資料，在項(xiàng)目實(shí)施的各個階段實(shí)時、完備地在智慧工地管理平臺中進(jìn)行記錄，數(shù)據(jù)應(yīng)確保完整性和準(zhǔn)確性、及時性。系統(tǒng)應(yīng)有相應(yīng)的安裝調(diào)試方案、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及流程、操作手冊等文件[3]。

3系統(tǒng)組成

3.1平臺軟件

RPA流程自動化平臺：上報數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)自動上報、數(shù)據(jù)自動下載和RPA機(jī)器人集中調(diào)度管理等。IOT物聯(lián)網(wǎng)平臺：設(shè)備管理、遠(yuǎn)程控制、設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)展示等。智慧工地一張圖：GIS，BIM數(shù)據(jù)展示等。AI大數(shù)據(jù)分析平臺：數(shù)據(jù)清洗ETL、應(yīng)用主題庫建設(shè)、統(tǒng)計(jì)分析、AI分析和數(shù)據(jù)對外接口等。數(shù)據(jù)服務(wù)平臺：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

3.2門戶展示

一張圖全盤掌握工程項(xiàng)目信息、BIM模型、工地設(shè)備點(diǎn)位、設(shè)備信息、人員信息、行車位置及環(huán)境等實(shí)時數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，輔助管理員快速發(fā)現(xiàn)問題，做出決策。集團(tuán)門戶的主頁可顯示各項(xiàng)目的綜合信息，包括工程項(xiàng)目分布、在場人員分析、告警處理分析、環(huán)境數(shù)據(jù)分析和各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等；可通過選擇工程項(xiàng)目顯示對應(yīng)工程項(xiàng)目的各類信息。項(xiàng)目門戶的主頁可顯示本項(xiàng)目的綜合信息，包括實(shí)名制考勤、人員作業(yè)狀態(tài)、環(huán)境監(jiān)測分析和告警提示等；可切換至項(xiàng)目信息、項(xiàng)目管理、勞務(wù)管理、材料管理、安全管理、質(zhì)量管理和資料管理等子頁顯示本工程項(xiàng)目的詳細(xì)信息。

3.3網(wǎng)絡(luò)傳輸

現(xiàn)場監(jiān)控視頻、人臉/車輛識別信息優(yōu)先使用網(wǎng)線、光纖，以及收發(fā)器、交換機(jī)等通信模塊進(jìn)行有線傳輸，保證連接傳輸可靠。如采集設(shè)備安裝在塔式起重機(jī)或其他不具備敷設(shè)網(wǎng)線、光纖條件的，應(yīng)采用工地專用無線網(wǎng)橋、微波等傳輸技術(shù)，設(shè)備支持無線自動選頻功能，避免網(wǎng)橋之間的頻率干擾，保障視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。視頻信號傳輸距離過長時，應(yīng)適當(dāng)加裝中繼器基站設(shè)備，鏈路中串聯(lián)的中繼器或基站不宜超過2臺。施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控平臺、監(jiān)控管理平臺均應(yīng)配置不小于100M帶寬的1∶1專用寬帶。

3.4視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控范圍包括各工地車輛出入口、施工作業(yè)人員出入口、工地制高點(diǎn)（或塔吊處）、危大工程的施工作業(yè)區(qū)、工地施工活躍區(qū)域、動土施工作業(yè)全區(qū)域、監(jiān)管部門認(rèn)定需重點(diǎn)監(jiān)控的其他施工作業(yè)區(qū)域、排水口、工程項(xiàng)目部會議室或公共活動室、建筑材料堆放處、倉庫、施工場地周邊、生活區(qū)、廚房食材存放區(qū)、加工區(qū)、生熟保存區(qū)、塔吊操作室和監(jiān)控室。應(yīng)當(dāng)隨著工程進(jìn)展，適時增加視頻攝像機(jī)數(shù)量，覆蓋所有作業(yè)面，調(diào)整監(jiān)控點(diǎn)位，做到監(jiān)控部位無盲區(qū)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)對視頻中的違規(guī)作業(yè)事項(xiàng)進(jìn)行AI智能分析，包括未戴安全帽、未穿戴安全服、抽煙、人臉疲勞、人員形態(tài)異常（如睡覺等）、高空作業(yè)未系安全繩、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上違規(guī)行走、吊車作業(yè)時作業(yè)半徑人員違規(guī)闖入和渣土車出工地未清洗未遮蓋違規(guī)作業(yè)事項(xiàng)的識別。監(jiān)控管理平臺識別到異常信息后，應(yīng)進(jìn)行聲光報警、自動抓拍和形成報警記錄并存儲[4]。

3.5起重設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)

塔吊的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時讀取傳感器的信息，分析、展示塔吊狀態(tài)，包括但不限于風(fēng)速、幅度、傾角、重量、轉(zhuǎn)角和高度等信息，超出設(shè)定值應(yīng)及時報警、制動[5]。塔吊的監(jiān)測系統(tǒng)具備單塔區(qū)域限位、群塔防碰撞功能。塔吊的監(jiān)測系統(tǒng)具備吊鉤視頻監(jiān)控、夜間吊鉤激光引導(dǎo)功能。塔吊和龍門吊的監(jiān)測系統(tǒng)具備駕駛員身份識別、資格核對功能和駕駛員工作狀態(tài)監(jiān)測。真正地做到控制權(quán)限到人、專人專機(jī)。升降機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時監(jiān)測各臺升降機(jī)的載重、上下限位和內(nèi)外門的信息，具備防沖頂、防墜落監(jiān)測和維保提醒的功能，具備使用人員人臉識別功能和人數(shù)監(jiān)控功能，若人數(shù)超限應(yīng)及時報警。

3.6深基坑、高支模監(jiān)測系統(tǒng)

基坑監(jiān)測系統(tǒng)具備各類監(jiān)測儀器實(shí)時自動錄入數(shù)據(jù)的功能，開放相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口，并支持人工錄入監(jiān)測數(shù)據(jù)的功能，系統(tǒng)應(yīng)對基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、變化趁勢分析、預(yù)警，具備報警設(shè)定值修改的功能。高支模監(jiān)測系統(tǒng)具備各類監(jiān)測儀器實(shí)時自動錄入數(shù)據(jù)的功能，開放相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口，并支持人工錄入監(jiān)測數(shù)據(jù)的功能，系統(tǒng)應(yīng)對高支模監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、變化趁勢分析和預(yù)警，具備報警設(shè)定值修改的功能。

3.7文明施工監(jiān)測系統(tǒng)

實(shí)時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)，包括揚(yáng)塵、噪聲、風(fēng)速和濕度等，并視頻輔助實(shí)時記錄。數(shù)值超標(biāo)預(yù)警，系統(tǒng)啟動自動報警，保留當(dāng)時數(shù)據(jù)，并視頻抓拍留檔。LED大屏實(shí)時反映環(huán)境數(shù)據(jù)，展現(xiàn)文明施工成果。具備與霧炮機(jī)、噴淋裝置等聯(lián)動的功能。實(shí)時監(jiān)測施工場地排放的廢水中懸浮物SS、COD、pH、流量和流速等水質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)具備出土信息統(tǒng)計(jì)功能，包括出土車輛、出土量等信息。

3.8隱患巡檢管理系統(tǒng)

隱患巡檢管理系統(tǒng)后臺設(shè)置巡檢對象、巡檢任務(wù)計(jì)劃、巡檢路線和巡更點(diǎn)，自動生成二維碼，二維碼粘貼于設(shè)定的位置，手機(jī)掃碼即可巡檢，巡檢完成后可生成巡檢報告，系統(tǒng)應(yīng)通過視頻監(jiān)控匹配巡檢人員位置，防止作弊，系統(tǒng)提前提醒巡檢人員及時開展巡檢。同時，管理人員可通過隱患上報功能將日常檢查發(fā)現(xiàn)的問題上報至系統(tǒng)，生成整改通知，系統(tǒng)會流轉(zhuǎn)至對應(yīng)人員進(jìn)行整改，并由監(jiān)理審批整改情況，完成閉環(huán)管理。

3.9質(zhì)量管理系統(tǒng)

質(zhì)量管理人員及時錄入材料檢測信息，系統(tǒng)形成合格、不合格臺賬，對于不合格項(xiàng)啟動流程形成待辦至施工單位總工，由總工回復(fù)整改情況，再由監(jiān)理人員進(jìn)行審批，形成閉環(huán)管理。同時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成直觀的統(tǒng)計(jì)圖表，便于對施工現(xiàn)場材料質(zhì)量情況進(jìn)行把控。

3.10人員管理系統(tǒng)

人員管理系統(tǒng)包括人員基本信息臺賬管理、疫情防控信息管理、人員通行來訪信息管理、人員軌跡分析、人員統(tǒng)計(jì)分析和人員考勤統(tǒng)計(jì)等，通過工地所有出入口（包括人員出入閘機(jī)、車輛出入口和基坑通道）的視頻監(jiān)控進(jìn)行人臉識別、體溫檢測，統(tǒng)計(jì)分析人員通行數(shù)據(jù)。系統(tǒng)直接控制人臉閘機(jī)接口，可更新人員花名冊，對于非在冊人員可禁止使用閘機(jī)進(jìn)場。非在冊人員可通過系統(tǒng)小程序錄入個人信息后生成通行碼，實(shí)現(xiàn)所有人員通行的管控。疫情防控信息管理可對所以在冊人員的核酸檢測信息、疫苗接種信息和行程信息進(jìn)行管控，在個人上傳截圖或批量導(dǎo)入檢測結(jié)果后系統(tǒng)進(jìn)行自動識別，再對各類信息進(jìn)行分析，提醒核酸檢測時間超期、疫苗應(yīng)接未接和行程涉中高風(fēng)險地區(qū)或帶星號等情況，提升參建人員疫情防控管理效率和精準(zhǔn)度。

3.11設(shè)備管理系統(tǒng)

設(shè)備管理系統(tǒng)對現(xiàn)場使用的各類機(jī)械設(shè)備進(jìn)行信息登記，包括設(shè)備的基本信息、合格證件、作業(yè)人員信息及證件和環(huán)保信息等；定期提醒維保人員開展維保作業(yè)，保障及時維保；設(shè)備使用過程中和退場進(jìn)行設(shè)備評價，對設(shè)備狀態(tài)、使用情況和租賃情況等多維度進(jìn)行綜合評價，通過評價機(jī)制形成設(shè)備黑白名單，為其他項(xiàng)目設(shè)備分包商和供應(yīng)商的選擇提供參考[6]。3.12安全培訓(xùn)系統(tǒng)

安全培訓(xùn)系統(tǒng)可對培訓(xùn)學(xué)習(xí)課件進(jìn)行管理，提前設(shè)置培訓(xùn)計(jì)劃，授課人必須上傳課件后才能生成培訓(xùn)二維碼，參加培訓(xùn)人員掃碼、獲取定位、自拍頭像和系統(tǒng)自動加載個人信息后才能簽到成功，可區(qū)分監(jiān)理人員是否參加安全培訓(xùn)，培訓(xùn)后生成培訓(xùn)記錄，關(guān)聯(lián)至人員管理系統(tǒng)。解決紙質(zhì)培訓(xùn)材料管理難度大、易出錯的難題[7]。

3.13指令系統(tǒng)

指令系統(tǒng)含有編輯、發(fā)送、簽收和回復(fù)指令的功能，系統(tǒng)配置好值班人員、項(xiàng)目經(jīng)理、監(jiān)理總監(jiān)，便于指令的快速傳達(dá)、收集落實(shí)情況。對于需現(xiàn)場落實(shí)的各項(xiàng)要求，可由指令簽收人員逐項(xiàng)對應(yīng)回復(fù)，便于逐一核實(shí)落實(shí)情況；對于需要統(tǒng)計(jì)三防數(shù)據(jù)的指令，可形成三防數(shù)據(jù)表格，自動分析指令應(yīng)急響應(yīng)級別、類型和啟動時間，結(jié)合級別和啟動時間自動定時提醒指令簽收人員填寫數(shù)據(jù)，系統(tǒng)形成報告；對于三防預(yù)案中的相關(guān)措施提前在系統(tǒng)中進(jìn)行配置，根據(jù)實(shí)際啟動應(yīng)急響應(yīng)的級別和類型，形成三防預(yù)案措施落實(shí)表單，由三防人員回復(fù)落實(shí)情況，形成指令、預(yù)案的閉環(huán)管理。

3.14應(yīng)急管理系統(tǒng)

根據(jù)各類應(yīng)急預(yù)案，配置好事故類型、應(yīng)急人員、聯(lián)系方式和應(yīng)急職責(zé)，一旦啟動一鍵應(yīng)急功能，系統(tǒng)將應(yīng)急基本信息和應(yīng)急職責(zé)以短信方式發(fā)送至各應(yīng)急人員，各應(yīng)急人員會收到應(yīng)急信息和相應(yīng)的職責(zé)，可在第一時間趕至事故現(xiàn)場開展應(yīng)急工作。同時，建立可視化實(shí)景指揮系統(tǒng)，指揮中心可時時查看現(xiàn)場搶險情況，并且通過標(biāo)記有構(gòu)筑物名稱、行走通道、搶險物資等信息的AR視頻，提升應(yīng)急指揮精準(zhǔn)度[8]。

4系統(tǒng)效益

以人工智能AI能力平臺+ABCIG（AI+AR、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、IOT和GIS+BIM+5G）為技術(shù)支撐，以數(shù)字化、智能化為主線，將傳統(tǒng)的建設(shè)工地打造為“智慧、高效、安全、環(huán)保”的科技先進(jìn)型智慧工地系統(tǒng)。對工程建設(shè)施工過程的人員、機(jī)械、材料、環(huán)境、方法、隱患風(fēng)險、應(yīng)急指揮和事件追蹤等進(jìn)行全方位的管控，有效提升施工現(xiàn)場安全、質(zhì)量管理水平。通過大數(shù)據(jù)、AI的事件響應(yīng)機(jī)制提高管理效能和反應(yīng)速度，通過智能發(fā)現(xiàn)到安全預(yù)防人員意識到數(shù)據(jù)分析做到全方位的安全保障機(jī)制，打造數(shù)字化、智能化的智慧工地分級管理系統(tǒng)。

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作者:李偉亮 單位:廣州地鐵集團(tuán)有限公司