基于物聯(lián)網(wǎng)人工智能技術(shù)的智慧安監(jiān)應(yīng)用探索

文｜ 江蘇省建筑安全監(jiān)督總站 張并銳

1.引言

由于建筑行業(yè)的勞動(dòng)密集型特性以及建筑產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源眾多、環(huán)境復(fù)雜等因素的影響，建筑業(yè)安全生產(chǎn)一直是政府監(jiān)管的重點(diǎn)內(nèi)容之一。而根據(jù)國(guó)務(wù)院安委會(huì)通報(bào)顯示全國(guó)建筑業(yè)安全生產(chǎn)事故保持在高位，事故總量已經(jīng)連續(xù)多年排在工礦商貿(mào)事故第一位，成為了名副其實(shí)的“高危行業(yè)”。如何改善監(jiān)管手段，強(qiáng)化監(jiān)管力度，加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管控，構(gòu)建安全監(jiān)管長(zhǎng)效機(jī)制成為行業(yè)安全監(jiān)管的重點(diǎn)發(fā)展方向。

以南京市江寧區(qū)建筑安全生產(chǎn)監(jiān)督站為例，2017年全區(qū)在建工程項(xiàng)目共328個(gè)，建筑面積2276萬(wàn)平方米，人均監(jiān)督面積134萬(wàn)平方米；2018年全區(qū)在建工程項(xiàng)目360個(gè)，建筑面積約2360萬(wàn)平方米，人均監(jiān)督面積約139萬(wàn)平方米。依靠委派監(jiān)督員到現(xiàn)場(chǎng)巡查監(jiān)督難以應(yīng)對(duì)如此規(guī)模的建筑業(yè)市場(chǎng)。借鑒物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)在安防、交通等領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，在2018年3月份，江蘇省建筑安全監(jiān)督總站啟動(dòng)了數(shù)字工地智慧安監(jiān)系統(tǒng)的升級(jí)建設(shè)，結(jié)合試點(diǎn)工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)智能化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)人員、機(jī)械、材料、環(huán)境等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)對(duì)這些采集數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分析、計(jì)算并形成關(guān)鍵性的動(dòng)態(tài)指標(biāo)和預(yù)警信息，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)安全監(jiān)督管理主要依靠人員巡查而存在的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、能力、精力等局限性問(wèn)題，大大提升了行業(yè)安全監(jiān)管的科技應(yīng)用水平。

智慧安監(jiān)系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.智慧安監(jiān)的體系構(gòu)建

在充分利用南京市既有的建設(shè)工程安全監(jiān)督管理信息化設(shè)施基礎(chǔ)上，利用信息化技術(shù)，建立開(kāi)放數(shù)據(jù)接口智慧安監(jiān)平臺(tái)，對(duì)接施工現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵性要素（人、機(jī)、料、環(huán)等）的工況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析提取風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高的工況參數(shù)，結(jié)合人工智能算法，形成關(guān)鍵性的安全指標(biāo)推送到項(xiàng)目各方主體，進(jìn)而促進(jìn)責(zé)任主體的安全生產(chǎn)自律管理，同時(shí)能夠?yàn)樾袠I(yè)監(jiān)管部門(mén)提供遠(yuǎn)程監(jiān)管手段，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行差異化監(jiān)管。

IAAS層：以物聯(lián)網(wǎng)傳感器、單片機(jī)、DTU通信組件、ARM終端等組成基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)層，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管要素的工況數(shù)據(jù)的采集，這些采集對(duì)象主要包括人員、機(jī)械、環(huán)境、危大工程等。

PAAS層：以物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)、人工智能平臺(tái)以及信息安全組件構(gòu)建的數(shù)據(jù)處理分析服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)IAAS層數(shù)據(jù)的采集、清理、存儲(chǔ)、分析等服務(wù)，為應(yīng)用層軟件提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

SAAS層：為給最終用戶提供安全監(jiān)管的軟件服務(wù)，包括消息提醒、實(shí)時(shí)參數(shù)、BI分析、遠(yuǎn)程監(jiān)管等應(yīng)用服務(wù)。

智慧安監(jiān)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)施依托于施工現(xiàn)場(chǎng)的各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器，結(jié)合PASS服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)人、機(jī)、料、環(huán)等關(guān)鍵監(jiān)管要素的主動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析。針對(duì)不同類型的監(jiān)管要素，主要采集的數(shù)據(jù)有：

監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)類型分析表

2.1.人員監(jiān)管子系統(tǒng)

人員監(jiān)測(cè)主要包括實(shí)名制信息、進(jìn)出場(chǎng)記錄、移動(dòng)軌跡、異常行為記錄等，通過(guò)門(mén)禁、攝像頭、智能安全帽等終端設(shè)備對(duì)人員進(jìn)出場(chǎng)、作為行為進(jìn)行主動(dòng)監(jiān)測(cè)。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化識(shí)別人員的不安全行為狀態(tài)，并進(jìn)行提示報(bào)警。

2.2.高支模/腳手架監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

高支模/腳手架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)在關(guān)鍵部位的模板、立桿、橫桿等構(gòu)件上安裝應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)儀器采集這些構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變的瞬時(shí)變化和累計(jì)變化數(shù)據(jù)，結(jié)合無(wú)線通信模塊的GRPS網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，由云端服?wù)按照預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)模型以及閾值指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算分析并自動(dòng)進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警，有效的提升模架、腳手架專項(xiàng)工程實(shí)施過(guò)程的監(jiān)控能力，結(jié)合聲光報(bào)警裝置能夠極大的提高高支模、腳手架的作業(yè)安全性。

2.3.基坑監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

基坑工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)綜合利用不同的傳輸方式，將多種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器、檢測(cè)設(shè)備、無(wú)線傳感器通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)通起來(lái)，采用主動(dòng)或被動(dòng)觸發(fā)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)的橫向位移、豎向位移、傾斜變化以及錨桿等構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變的瞬時(shí)變化和持續(xù)變化等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集，并通過(guò)無(wú)線通信模塊的GRPS網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍ＷC數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性和實(shí)時(shí)性。

2.4.起重機(jī)械監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

起重機(jī)械的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)安裝在機(jī)械關(guān)鍵控制部位的傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)的采集(諸如：吊重、高度、幅度、傾角、風(fēng)速)以判斷當(dāng)前工況下機(jī)器的安全狀態(tài)，同時(shí)結(jié)合設(shè)備電路的控制單元對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行必要的限位控制，大大提升了設(shè)備操作的安全性。與此同時(shí)，結(jié)合司機(jī)身份識(shí)別系統(tǒng)以及云端服務(wù)，能夠結(jié)合管理體系要求防止非法作業(yè)以及設(shè)備狀態(tài)和人員操作的監(jiān)管。

人員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

試點(diǎn)項(xiàng)目系統(tǒng)建設(shè)模塊清單表

2.5.環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信技術(shù)為一體的新型在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以監(jiān)控工地現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的PM2.5、PM10、溫度、濕度、噪聲、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓等數(shù)據(jù)，為行業(yè)監(jiān)管部門(mén)評(píng)價(jià)文明施工及環(huán)境水平提供有效的遠(yuǎn)程監(jiān)管手段。

3.智慧安監(jiān)系統(tǒng)的實(shí)施

以培育一批標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化、信息化的“智慧工地”為目標(biāo)，探索建立基于數(shù)字化工地的智慧安監(jiān)體系，通過(guò)提高安全監(jiān)管效率、改善監(jiān)管手段引導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)字化、在線化、智能化升級(jí)?？紤]到不同企業(yè)、不同項(xiàng)目的投資規(guī)模、人員能力、示范效應(yīng)等綜合因素，智慧安監(jiān)系統(tǒng)實(shí)施分為三步驟實(shí)施。

第一階段：方案規(guī)劃，平臺(tái)設(shè)計(jì)

通過(guò)委托咨詢、招標(biāo)采購(gòu)等方式尋找具有較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力的廠商提供方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)、服務(wù)咨詢，在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)《江蘇省智慧工地實(shí)施指南》標(biāo)準(zhǔn)草案的制定，同時(shí)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，不同完成系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及平臺(tái)的升級(jí)研發(fā)。

第二階段：試點(diǎn)應(yīng)用

由市、區(qū)兩級(jí)建筑安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)梳理在建項(xiàng)目情況，根據(jù)智慧工地的實(shí)施內(nèi)容結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，擇優(yōu)推薦試點(diǎn)項(xiàng)目。市和各區(qū)建筑安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)至少推薦2-5個(gè)試點(diǎn)示范項(xiàng)目，由省級(jí)和南京市安監(jiān)機(jī)構(gòu)組織有關(guān)專家審核，擇優(yōu)確定試點(diǎn)項(xiàng)目以及實(shí)現(xiàn)建設(shè)內(nèi)容。

第三階段：應(yīng)用總結(jié)

以智慧安監(jiān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為監(jiān)管參考指標(biāo)，通過(guò)監(jiān)督員的現(xiàn)場(chǎng)巡檢反饋以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋進(jìn)行評(píng)估系統(tǒng)的參數(shù)的可靠性，并委托開(kāi)發(fā)單位進(jìn)行持續(xù)跟蹤改進(jìn)，通過(guò)建立試點(diǎn)項(xiàng)目聯(lián)絡(luò)小組，及時(shí)了解項(xiàng)目各方對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用反饋，總結(jié)系統(tǒng)實(shí)施建設(shè)中的問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)，階段性的組織相關(guān)轉(zhuǎn)件優(yōu)化《江蘇省智慧工地實(shí)施指南》草案內(nèi)容，并最終形成江蘇省“智慧工地”建設(shè)和安全監(jiān)管指導(dǎo)意見(jiàn)。

4.結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)仍處于新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化持續(xù)推進(jìn)的過(guò)程中，建筑業(yè)安全生產(chǎn)工作面臨許多挑戰(zhàn)。一是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、城鄉(xiāng)和區(qū)域發(fā)展不平衡，長(zhǎng)效監(jiān)管體制機(jī)制不完善，企業(yè)責(zé)任主體安全生產(chǎn)意識(shí)、法治意識(shí)不強(qiáng)等深層次問(wèn)題沒(méi)有得到根本解決。因此借助于信息化手段來(lái)強(qiáng)化市場(chǎng)主體安全管理意識(shí)，改善安全管理手段，提升安全管理水平顯得尤為重要，對(duì)提升行業(yè)安全管理水平，遏制安全事故發(fā)生有重大意義。