“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧工地建設(shè)方案

王 立， 黃 印

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

全國網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作會議提出要推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，利用互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)新應(yīng)用對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行全方位、全角度、全鏈條的改造，提高全要素生產(chǎn)率，釋放數(shù)字對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的放大、疊加、倍增作用。要推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，加快制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

目前，國內(nèi)流行的“智慧企業(yè)”就是對上述精神的具體體現(xiàn)?！爸腔酃さ亍毕到y(tǒng)[1]是“智慧企業(yè)”中最小的系統(tǒng)單元，也是施工類企業(yè)收集大數(shù)據(jù)的最前端，同時也是企業(yè)感知層最重要的一環(huán)[2]。它是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，依托互聯(lián)網(wǎng)云平臺，充分利用RFID數(shù)據(jù)采集技術(shù)、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、地理信息系統(tǒng)(GIS)等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場施工人員、設(shè)備、物資的實(shí)時定位，有效獲取人員、車輛、機(jī)械設(shè)備以及環(huán)境等信息，及時發(fā)現(xiàn)遺漏、異常行為，實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)管設(shè)施聯(lián)合動作，提高應(yīng)急響應(yīng)速度和事件的處置速度，變被動式管理為主動式智能化管理，有效提高施工現(xiàn)場的管理水平和管理效率[3]。

基于“智慧工地”系統(tǒng)平臺，管理層可以隨時隨地掌握項(xiàng)目的進(jìn)展情況，監(jiān)控現(xiàn)場的施工動態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題并督促施工單位、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及時整改隱患，杜絕各種違規(guī)操作和不文明施工現(xiàn)象，促進(jìn)安全生產(chǎn)和工程質(zhì)量管理水平的提高。

2 智慧工地建設(shè)的思路

智慧工地是施工資源在信息系統(tǒng)加載中的大數(shù)據(jù)分析運(yùn)算，是企業(yè)對工地現(xiàn)場的現(xiàn)代化、信息化、集成化管理手段。以工程建設(shè)項(xiàng)目為主線,加載農(nóng)民工實(shí)名制考勤信息、工地視頻信息、揚(yáng)塵及環(huán)境監(jiān)測信息、運(yùn)渣車監(jiān)管信息、起重機(jī)械監(jiān)測等信息, 構(gòu)建覆蓋“公司、二級單位、項(xiàng)目”三級智慧監(jiān)管服務(wù)體系[4]。

系統(tǒng)功能模塊包含實(shí)名制考勤、現(xiàn)場監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備管理、重點(diǎn)車輛等模塊。系統(tǒng)組成分為三級架構(gòu)，分別為以攝像頭、傳感器為主的前端感知層；以計算、傳輸、控制為主的中間層；以平臺軟件、數(shù)據(jù)存儲、計算分析為主的控制中心。按照權(quán)限設(shè)置、分級管理的原則，公司、二級單位、項(xiàng)目經(jīng)理部等共享資源可以查看自己權(quán)限范圍內(nèi)的信息。

系統(tǒng)的建設(shè)以“一個平臺、N個應(yīng)用”為原則。其中“一個平臺”是“智慧工地”系統(tǒng)，其目的是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目資源信息與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)合，構(gòu)建一個信息共享、集成、綜合的工地管理和決策支持平臺?！癗個應(yīng)用”是基于“一個平臺”的數(shù)據(jù)作為底層支撐進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人、材、機(jī)、質(zhì)量、安全環(huán)保、成本、輔助決策等場景的應(yīng)用，并為各部門之間的數(shù)據(jù)共享交換提供管理服務(wù)，解決信息孤島問題，避免重復(fù)投資，科學(xué)合理地利用現(xiàn)有資源。

(1)B/S模塊化架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)整體采用B/S架構(gòu)?？梢岳脀eb直接登錄，數(shù)據(jù)展現(xiàn)直觀，界面美觀，并且各相關(guān)人員通過電腦PC端可以隨時查閱到權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。同時，系統(tǒng)提供移動App客戶端，管理人員可以方便地通過手機(jī)隨時隨地進(jìn)行查看。

(2)以元數(shù)據(jù)管理為核心。系統(tǒng)中的元數(shù)據(jù)是指[5]：統(tǒng)計信息體系(包括部門配置、人員信息等一系列統(tǒng)計目錄)、查詢分類/分組標(biāo)準(zhǔn)(包括各施工片區(qū)、部門分類等)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)對上述元數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一編碼、描述、分類分域管理。系統(tǒng)可以動態(tài)擴(kuò)展和維護(hù)元數(shù)據(jù)，并以元數(shù)據(jù)為紐帶，保持不同歷史時期數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，為數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、統(tǒng)計分析的應(yīng)用和開展統(tǒng)計預(yù)測等后續(xù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

(3)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。運(yùn)行管理平臺數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，采用新一代核心解決方案。新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有有效達(dá)到采集精度高、建網(wǎng)簡單易行、全天候工作、運(yùn)行維護(hù)容易、項(xiàng)目成本低、通訊速率高、可靠性好、安全性優(yōu)異、便于系統(tǒng)升級拓展、支持平臺化等一系列特點(diǎn)。

系統(tǒng)運(yùn)行管理平臺的總體架構(gòu)設(shè)計：系統(tǒng)運(yùn)行管理平臺分為資源層、集成層、應(yīng)用層、展現(xiàn)層四部分。系統(tǒng)運(yùn)行管理平臺總體架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)平臺總體架構(gòu)圖

資源層：無線定位網(wǎng)絡(luò)具有雙向短距離傳輸、功耗低、組網(wǎng)靈活、網(wǎng)絡(luò)自愈能力強(qiáng)等特點(diǎn)，十分適合工地內(nèi)組網(wǎng)。人員定位終端、各種傳感器等將感知到的數(shù)據(jù)實(shí)時傳遞給分基站，由分基站通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸層統(tǒng)一上傳。

集成層：主要利用無線通信、設(shè)備標(biāo)識、數(shù)據(jù)采集、人員活動狀態(tài)檢測等技術(shù)將各類由感知層采集到的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)中間件服務(wù)器。

應(yīng)用層：系統(tǒng)運(yùn)行管理平臺提供多種設(shè)備接入技術(shù)，通過不同類型的感知設(shè)備適配器獲取海量原始數(shù)據(jù)并解析。該系統(tǒng)還提供復(fù)雜事件處理引擎，將解析后的數(shù)據(jù)經(jīng)過過濾、分組、關(guān)聯(lián)和聚合，形成透明的感知數(shù)據(jù)供上層應(yīng)用使用。同時，針對具體需求形成特定的業(yè)務(wù)場景服務(wù)，并提供接口服務(wù)供上層應(yīng)用直接訂閱。

展現(xiàn)層：根據(jù)解析的感知數(shù)據(jù)快速構(gòu)建工地監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員管理和定位系統(tǒng)、物資監(jiān)控及實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)等，且系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享(圖2)。

圖2 現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)框圖

3 功能模塊

3.1 項(xiàng)目部數(shù)據(jù)看板

支持工地基礎(chǔ)信息展示、各班組到崗人數(shù)統(tǒng)計展示、30 d出勤人數(shù)變化統(tǒng)計。

支持環(huán)境量數(shù)據(jù)展示，近30 d環(huán)境檢測狀況和近24 h環(huán)境變化趨勢數(shù)據(jù)展示。

支持安全帽告警事件數(shù)展示以及安全帽狀態(tài)數(shù)據(jù)展示。

支持工地視頻畫面和地圖展示，地圖上的區(qū)域信息展示，地圖上的危險和普通區(qū)域狀態(tài)展示、地圖中展示異常事件人員定位、地圖上按工種類型展示安全帽佩戴人員的分布情況，以及大型設(shè)備信息、車輛定位及地圖的運(yùn)行軌跡。

工程項(xiàng)目信息、人員統(tǒng)計、告警事件、安全帽數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測、大型設(shè)備及車輛等信息可跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)平臺模塊查看具體詳情。

3.2 實(shí)名制考勤子系統(tǒng)

在施工現(xiàn)場安裝按實(shí)名制采集人臉識別考勤終端設(shè)備并接入政府監(jiān)管部門系統(tǒng),完成相關(guān)人員信息的采集和核驗(yàn),對現(xiàn)場崗位人員和勞務(wù)人員進(jìn)行實(shí)名管理,上下班考勤記錄,將相關(guān)實(shí)時信息和預(yù)警信息與智慧工地平臺實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

(1)實(shí)名制考勤看板用于考勤實(shí)時數(shù)據(jù)和出入口視頻。通過監(jiān)視器24 h實(shí)時直觀了解人員出入狀態(tài),包括實(shí)時考勤統(tǒng)計、考勤結(jié)果統(tǒng)計、人員出勤統(tǒng)計、工地出勤狀況模塊，考勤刷卡實(shí)時顯示。同時還包括工地視頻的預(yù)覽，單位出勤人數(shù)的實(shí)時統(tǒng)計與考勤在場人數(shù)趨勢圖的統(tǒng)計。

(2)人員實(shí)時監(jiān)測分布圖。結(jié)合工地分片地圖，顯示各水平面人員數(shù)目及其所在的相對位置信息等。對作業(yè)人員其精確的定位建立一個完整而實(shí)時的管理信息系統(tǒng)以達(dá)到落實(shí)責(zé)任、提高安全生產(chǎn)的技術(shù)水平、保證安全生產(chǎn)的目的，特別是當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時能準(zhǔn)確快速地識別遇險人員的具體地點(diǎn)和位置，提高搶險效率和救護(hù)效果。

(3)人員出勤統(tǒng)計模塊。平臺按照工人維度統(tǒng)計出每個工人的出勤天數(shù)與出勤時長。人員出勤統(tǒng)計可以根據(jù)時間段、工種、組織單位、工人姓名進(jìn)行查詢，且需支持導(dǎo)出到excel功能。

(4)安全教育平臺為員工學(xué)習(xí)安全知識的平臺。該平臺包括新工人安全須知、安全技術(shù)操作規(guī)程、安全生產(chǎn)紀(jì)律、安全技術(shù)措施等安全知識。同時，該平臺還可以實(shí)現(xiàn)在線測試。通過在線測試，可以考核工人安全知識掌握的程度。

3.3 環(huán)境變量檢測子系統(tǒng)

在施工現(xiàn)場安裝揚(yáng)塵在線視頻監(jiān)測設(shè)備,實(shí)時采集現(xiàn)場 PM10等揚(yáng)塵數(shù)據(jù)，將相關(guān)實(shí)時信息和預(yù)警信息與智慧工地平臺實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

環(huán)境變量監(jiān)測子系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)對工地的環(huán)境進(jìn)行集中監(jiān)控。平臺提供了組織機(jī)構(gòu)管理、服務(wù)器管理、設(shè)備管理(環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng))、環(huán)境量配置、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄查詢等功能，實(shí)現(xiàn)了通過環(huán)境監(jiān)測設(shè)備對溫度、濕度、噪音、粉塵、氣象的監(jiān)測、收集和報警聯(lián)動等功能。

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)包括實(shí)時數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)三大模塊。

(1)實(shí)時數(shù)據(jù)模塊。實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示。

(2)小時數(shù)據(jù)模塊。平臺會統(tǒng)計出設(shè)備PM2.5和PM10的小時平均數(shù)據(jù)并將其保存到小時表中。小時數(shù)據(jù)可以根據(jù)時間段按年月日進(jìn)行查詢。

(3)日數(shù)據(jù)模塊。平臺會在每天凌晨定時統(tǒng)計出前一日設(shè)備PM2.5和PM10的平均值，計算噪音累計超標(biāo)時長和最大累計超標(biāo)時長并將其保存到日數(shù)據(jù)表中。日數(shù)據(jù)可以根據(jù)時間段按年和月查詢。

3.4 大型機(jī)械設(shè)備安全監(jiān)控子系統(tǒng)

在對大型機(jī)械實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場安全監(jiān)控、運(yùn)行記錄和聲光報警的同時，通過遠(yuǎn)程高速無線數(shù)據(jù)傳輸，將機(jī)械運(yùn)行工況的安全數(shù)據(jù)和預(yù)警報警信息實(shí)時發(fā)送到可視化監(jiān)控平臺，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程報警和遠(yuǎn)程告知，使安全監(jiān)控成為開放的實(shí)時動態(tài)監(jiān)控。

其主要功能需滿足：

(1)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示；

(2)運(yùn)行狀態(tài)檢測的預(yù)警報警；

(3)檢測數(shù)據(jù)超載自動限位；

(4)智能防碰撞功能。

該模塊需具有實(shí)時監(jiān)測載重、垂直度、起吊高度、回轉(zhuǎn)角度、作業(yè)高度、風(fēng)速等參數(shù)的功能，以及實(shí)時信息顯示、超限報警、超載控制、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程存儲、區(qū)域防碰撞和GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

3.5 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

在施工現(xiàn)場安裝遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場的重點(diǎn)部位,如進(jìn)出通道口、施工作業(yè)面、基坑等區(qū)域場所進(jìn)行視頻監(jiān)控的目的,并將相關(guān)信息數(shù)據(jù)與智慧工地平臺實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

工地現(xiàn)場施工安全監(jiān)督子系統(tǒng)是施工企業(yè)對項(xiàng)目工地現(xiàn)場施工安全管理和質(zhì)量管理的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目工地監(jiān)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要圍繞工地施工安全質(zhì)量的管理，關(guān)聯(lián)工地可視化系統(tǒng)，結(jié)合施工企業(yè)工地現(xiàn)場安全隱患排查處理方法，抓拍視頻違章信息，通過系統(tǒng)下發(fā)整改命令給施工工地，在施工現(xiàn)場及時進(jìn)行整改并反饋給監(jiān)督人員，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)督的閉環(huán)管理，亦為施工企業(yè)對工地安全質(zhì)量監(jiān)控管理處置提供了科學(xué)的管理工具。

(1)支持點(diǎn)擊組織樹上任意監(jiān)控點(diǎn)預(yù)覽。

(2)支持不同畫面的顯示方式。

(3)支持選擇不同的存儲方式查看回復(fù)，支持點(diǎn)擊時間軸播放從該時間點(diǎn)開始的錄像。

(4)支持選擇不同的存儲方式查看錄像，支持點(diǎn)擊時間軸播放錄像。

(5)兼容主流設(shè)備廠商的DVS/NVR/IPC[6]、高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。

3.6 車輛出入管理子系統(tǒng)

在施工現(xiàn)場出入口安裝車輛號牌識別設(shè)備并采集運(yùn)渣車、混凝土攪拌車等工程車輛GPS信息、進(jìn)出場信息、車身覆蓋及清潔狀況信息。利用GPS技術(shù)跟蹤車輛運(yùn)行軌跡，對駛離工作區(qū)域的車輛及時預(yù)警。通過與城市管理部門車輛備案信息進(jìn)行比對,及時對非法營運(yùn)和違規(guī)運(yùn)營車輛進(jìn)行預(yù)警提示。

利用視頻監(jiān)控技術(shù)，在各建筑工地出入口裝備圖像抓拍識別設(shè)備管理車輛進(jìn)出并記錄合法車輛進(jìn)出記錄明細(xì)和圖片，記錄渣土車出場覆蓋記錄，記錄材料車輛進(jìn)出裝載情況，預(yù)防黑車出入導(dǎo)致的車輛事故。

4 結(jié) 語

施工企業(yè)所屬項(xiàng)目復(fù)雜多樣，涵蓋水利水電、道路橋梁、鐵路、市政工程、地鐵管廊、環(huán)境治理等。在推進(jìn)“智慧工地”建設(shè)過程中，首先要確保所有數(shù)據(jù)接口符合國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步深入解決信息孤島問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高資源的利用率，降低綜合成本。

同時，“智慧工地”也是一些城市的政府部門對市政項(xiàng)目管控的基本要求。該系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，對于網(wǎng)絡(luò)條件不好的偏遠(yuǎn)地區(qū)，亦或是大型隧洞及地下工程為施工方提供了一種合理的、節(jié)約成本的智慧工地網(wǎng)絡(luò)解決方案。