基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全信息化設備在建筑工程中的應用研究

文／黃金龍 首都經(jīng)濟貿(mào)易大學 北京 100070

1、緒論

1.1 研究背景

建筑行業(yè)屬于高危行業(yè)已是社會的共識，從已公布的近期數(shù)據(jù)可以做出證明。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年全國共發(fā)生房屋市政工程生產(chǎn)安全事故733 起，造成904人不幸喪生，這一數(shù)據(jù)相比2018年在事故起數(shù)上增加了39 起，而造成人員死亡增加了64 人；2019年全國發(fā)生的房屋市政工程生產(chǎn)安全較大及以上事故共有23 起，造成死亡人員為107 人，同比2018年，事故增加了一起，造成死亡人數(shù)增加了20 人。

慘痛的事故教訓引發(fā)社會和業(yè)界深刻的思考，我們還可以采取何種方式對事故進行積極有效預防和高效應急處置。筆者結(jié)合工作實踐和若干探索提出解決這一問題的一個途徑：加大安全信息化設備的應用與探索。眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展對社會產(chǎn)生了巨大的影響力，從市場經(jīng)濟方式到人們的溝通方式、生活方式方方面面帶來了變革，我們看到了信息化技術(shù)的巨大影響力和極高的效率，但在建筑生產(chǎn)安全領域的應用尚處于初步階段，建筑業(yè)從業(yè)人員和相關(guān)領域?qū)＜覍W者應積極開發(fā)、引入、應用信息化技術(shù)支撐建筑施工安全的健康發(fā)展。

1.2 研究現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當前國內(nèi)應用已經(jīng)有了好的開端，如智慧校園建設方面、智慧消防建設工程方面、圖書館座位預約系統(tǒng)應用方面、物流領域中的應用、建筑智能化項目應用分析等，其中很多為大眾所受益和熟悉。

而在建筑工程安全管理方面，國內(nèi)目前多家科技公司推出了安全信息化設備，如武漢安邦致遠科技有限公司、深圳市九象信息科技有限公司、重慶皓貽科技有限責任公司、珠海新華通軟件股份有限公司、珠海塔安科技有限公司、陜西華筑科技有限公司、北京萬象智聯(lián)科技有限公司、重慶迎門電子科技有限公司、武漢安邦致遠科技有限公司等推出了自己的安全信息化設備，涉及實名制信息采集、紅外語音感應、云廣播、施工電梯安全監(jiān)測系統(tǒng)、塔吊安全監(jiān)測系統(tǒng)、現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)、爬模荷載監(jiān)測系統(tǒng)、信息終端系統(tǒng)，上述科技公司推出的科技設備在實用性和有效性方面取得了成效，有利于施工現(xiàn)場隱患發(fā)現(xiàn)與預防。

2、安全信息化設備應用實踐

為積極預防安全事故并提升應急處置能力，建筑施工企業(yè)應立足實踐，應用并不斷探索適用本企業(yè)的安全信息化設備。下列10 項安全信息化設備應用是基于筆者本人工作中和職務范疇內(nèi)親力親為的實踐總結(jié)：安全教育、人員信息整理的高效性為安全工作打下良好基礎；風險隱患信息的捕捉迅捷性，給管理人、操作人員的風險規(guī)避和改進提供了前置處置時間，有效避免了事故發(fā)生。

2.1 工地人員實名制管理系統(tǒng)

工地人員實名制管理系統(tǒng)，從企業(yè)管理端，工地端和手機APP 端全方位地解決施工現(xiàn)場中出現(xiàn)的工人出勤天數(shù)不清、出勤人數(shù)不清、工資發(fā)放糾紛、施工現(xiàn)場情況無法實時掌控等問題。系統(tǒng)同時具有監(jiān)測工作人員體溫功能，體溫超出設定值后，現(xiàn)場語音報警，同時數(shù)據(jù)上傳后臺，后臺軟件具有分析功能，統(tǒng)計工作人員近期上下班體溫數(shù)值，以圖表形式展現(xiàn)出來，這點在疫情時代意義顯著。主要系統(tǒng)構(gòu)成：

（1）人臉識別終端：人臉采集對比，響應速度低于300ms，可快速驗證。

（2）閘機系統(tǒng)：不銹鋼輥閘，內(nèi)置信息接收器與人臉識別聯(lián)系。該系統(tǒng)有效規(guī)避了總包方面的安全責任缺陷也保障了作業(yè)人員的權(quán)利。

（3）LED 屏：實時顯示工人數(shù)量、工人身份信息、隸屬單位、班組、教育情況等。

（4）系統(tǒng)軟件：分析工人考勤信息、支持手機APP錄入，靈活便捷。

2.2 紅外感應語音提示系統(tǒng)

作業(yè)人員進入安全敏感區(qū)及時提示安全事項，防范麻痹引發(fā)的事故，該系統(tǒng)應用了紅外線感應信號與芯片聯(lián)動技術(shù)。

在工地大門進出口、樓棟安全通道口部位設置紅外感應語音提示系統(tǒng)，提示作業(yè)人員必須遵守的安全規(guī)定，內(nèi)容可以視項目階段性需求設置，如“進入施工現(xiàn)場必須正確佩戴安全帽、禁止流動抽煙、登高作業(yè)必須系掛安全帶”等內(nèi)容，做到提醒常態(tài)化，有助于作業(yè)人員牢記安全紀律要求，規(guī)范作業(yè)。

2.3 工地廣播系統(tǒng)

廣播系統(tǒng)是一種傳統(tǒng)的信息傳播方式，具有傳播速度快、范圍廣的特點，鑒于建筑工地現(xiàn)場布線困難，我們選擇當下適應性更廣的無線廣播，利用其可擴展性強，靈活性高，免布線，維護簡單的特點，實現(xiàn)信息傳遞目的。

具體應用，在安全信息化控制室設置主機，在施工現(xiàn)場主干道、休息區(qū)、生活區(qū)布置音柱音箱，可以針對工地近期安全控制要點或行業(yè)安全新聞進行錄音播放或喊話播放，宣傳安全知識、管理要求，在遇到緊急情況時可以組織疏散及避險，做到信息傳遞的及時性、廣泛性。

2.4 施工電梯監(jiān)測系統(tǒng)

支持持證司機人臉識別啟動升降機，通過傳感器、無線傳輸技術(shù)，實現(xiàn)防墜在位監(jiān)測、高度監(jiān)測、載重監(jiān)測、運行路徑360 影像傳輸、實時聲光報警，實時數(shù)據(jù)無線上傳，支持歷史記錄查閱、預警信息查詢、報警信息查詢，為升降機安全管理提供保障，滿足監(jiān)管需求。

（1）人臉識別裝置

施工電梯配置人臉識別系統(tǒng)，司機操作電梯必須刷臉啟動，其他人無法操作，避免了他人隨意操作電梯引發(fā)事故的風險。

（2）路徑360 影像傳輸

電梯轎廂設置360 攝像頭，電梯行程中對周邊環(huán)境實時監(jiān)控，影像投射到駕駛室和安全信息化控制室，及時發(fā)現(xiàn)行程障礙和隱患，如“停層防護門的關(guān)閉情況、行程路線上下是否有障礙物、行程區(qū)域有無人員違章穿越或臨邊作業(yè)”。

（3）運行參數(shù)顯示與預警

施工電梯運行參數(shù)顯示，含“重量、速度、即時風速、限位等”，異常數(shù)據(jù)會引發(fā)聲光報警提示司機和監(jiān)控室人員予以防范。

2.5 塔吊信息化監(jiān)控

應用塔吊信息化監(jiān)控系統(tǒng)，主要實現(xiàn)群塔防碰撞、塔吊關(guān)鍵參數(shù)顯示、危險警報、起重作業(yè)規(guī)范性監(jiān)控，以期實現(xiàn)塔吊安全運行。

（1）超載限制功能

通過在塔吊上安裝吊重傳感器可以測量塔吊每吊重物的實際重量（誤差率3%），根據(jù)塔吊自身的荷載表，當重物的重量超過系統(tǒng)設定的預警值（該值可根據(jù)項目實際情況調(diào)整，一般設定為80%）時，監(jiān)控系統(tǒng)會進行語音預警。

（2）小車幅度限位功能

通過在塔吊上安裝變幅傳感器可以測量塔吊小車的行程距離，根據(jù)系統(tǒng)預設的限位值，當小車行程值達到系統(tǒng)設定的預警值時，系統(tǒng)發(fā)出語音報警。

（3）力矩限制功能

塔吊安裝了吊重和變幅傳感器后，根據(jù)力矩=重力＊力臂，系統(tǒng)自動計算小車在不同位置的力矩值，隨著小車的行進，當力矩值達到系統(tǒng)設置的預警值（額定力矩的百分比，工地一般設定為90%）時，系統(tǒng)會發(fā)出語音預警。

（4）吊鉤高度限位功能

在吊鉤上安裝高度傳感器，可以測量吊鉤距離小車的高度，系統(tǒng)設置高度預警值，當高度達到后系統(tǒng)發(fā)出語音預警。

（5）回轉(zhuǎn)限位功能

通過在塔吊上安裝回轉(zhuǎn)傳感器可以測量塔吊的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角，根據(jù)塔吊操作規(guī)程，塔吊回轉(zhuǎn)禁止在一個方向上超過540°，系統(tǒng)設置±540°轉(zhuǎn)角值后，當司機操作塔吊回轉(zhuǎn)值達到系統(tǒng)設定的額定值時（該值設定時要考慮塔吊回轉(zhuǎn)斷電后的自由旋轉(zhuǎn)值），系統(tǒng)自動語音報警。

（6）區(qū)域保護功能

在施工現(xiàn)場，經(jīng)常會存在高壓線、街道、學校等禁止塔吊進入?yún)^(qū)域，大多數(shù)情況下項目部會建立各種防護裝置進行防護，如高壓線防護架、建筑物防護棚等，成本高、效果有限，通過塔吊監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)域保護功能，在塔吊工作范圍內(nèi)，任意設定一區(qū)域（監(jiān)控系統(tǒng)支持各種復雜情形的設定），在該區(qū)域里，通過設置區(qū)域保護功能，可以實現(xiàn)小車或塔吊轉(zhuǎn)角的控制，當塔吊小車或回轉(zhuǎn)角到達保護區(qū)域的預警值時，系統(tǒng)會語音報警，進而達到實現(xiàn)區(qū)域保護的目的。

（7）群塔防碰撞功能

當前建筑工程項目少則數(shù)棟樓，多則數(shù)十棟樓，部分超高層項目單體建筑面積大、高度高，項目群塔作業(yè)是一個普遍現(xiàn)狀。群塔作業(yè)中，碰撞是施工現(xiàn)場最大最危險的安全隱患之一；通過使用監(jiān)控系統(tǒng)的防碰撞功能，可以避免施工中群塔碰撞的風險。其原理是通過安裝無線通訊模塊，將現(xiàn)場的塔吊控制系統(tǒng)組成一個通訊網(wǎng)絡，塔吊通過安裝的變幅傳感器和回轉(zhuǎn)傳感器采集塔機的實時數(shù)據(jù)，發(fā)送至主機及相鄰碰撞關(guān)系的塔吊，通過三維防碰撞計算模型，系統(tǒng)自動計算塔吊間的距離，并根據(jù)設定的碰撞的角度和幅度預報警值發(fā)出控制指令，實現(xiàn)群塔作業(yè)的防碰撞控制。

（8）塔吊參數(shù)監(jiān)測

利用控制元件將塔吊關(guān)鍵運行參數(shù)進行讀取傳輸至塔吊操作室和項目安全信息化控制室，操作人員和信息監(jiān)督員可及時掌握塔吊運行參數(shù)，包含力矩、吊物重量、變幅、風速、起吊高度，系統(tǒng)設定預警值和報警值，達到設定數(shù)值發(fā)出聲音和彈屏警告，引導操作人員及時調(diào)整起重措施，防止起重事故發(fā)生。通過監(jiān)控平臺，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控、吊次、預警信息、報警信息等多功能實時查詢，利用數(shù)據(jù)分析設備安全狀況和起重作業(yè)缺陷，后期采取措施予以改進。

（9）吊鉤可視化

在變幅小車上安裝廣角攝像頭，可以監(jiān)控吊鉤下方作業(yè)影像，及時判定違章司索行為和起吊障礙環(huán)境，引導作業(yè)人員正確操作，停止違規(guī)行為。

建筑專用星光級、夜視防抖攝像頭，實時采集吊鉤作業(yè)視頻，協(xié)助塔司實現(xiàn)可視化操作；支持吊鉤、前橋卷揚機及駕駛艙等多視頻采集，最大4TB 本地視頻儲存；鏡頭自動變焦，快捷變焦。

2.6 施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控

通過項目視頻監(jiān)控網(wǎng)布置，可實現(xiàn)總平面布置監(jiān)控、現(xiàn)場火災監(jiān)控、建筑外立面及室外防護監(jiān)控、臨建區(qū)消防監(jiān)控。

在塔吊頂部、生活區(qū)、辦公區(qū)等部位安裝360 旋轉(zhuǎn)攝像頭，監(jiān)控項目個管轄區(qū)的情況，及時發(fā)現(xiàn)室外環(huán)境隱患、臨邊防護隱患、臨建區(qū)綜合隱患，信息化監(jiān)控人員及時記錄傳遞隱患信息給責任人，進行積極整改。

2.7 安全教育基地

配備常見事故類型的體驗設備和基于VR 技術(shù)的危大工程事故體驗設備，事故警示教育更加直觀，更加生動。包含：高墜、火災、物體打擊、觸電、坍塌等多種類型，通過體驗式教育，進一步加強作業(yè)人員安全教育效果。

2.8 安全電教系統(tǒng)

該教育系統(tǒng)應用能夠?qū)崿F(xiàn)信息錄入與集成，并開展電訊化教育，具有生動性、多樣性，提升效果，其中電教箱作為核心的技術(shù)設備包含人員信息模塊、學習計劃模塊、學習考試模塊、數(shù)據(jù)管理模塊4 個部分。

（1）人員信息模塊

可將受培訓作業(yè)人員的身份證、指紋、照片錄入系統(tǒng)，該模塊可進行批量錄入功能，設定好公司、班組后刷身份證批量導入，加快了人員信息的智能化采集工作，替代傳統(tǒng)的簽到和大量紙質(zhì)文件及人工數(shù)據(jù)處理，大大減少管理人員工作量。

（2）學習計劃模塊

在新增計劃界面中可創(chuàng)建學習方案名稱，勾選導入的教學課件，進入學習主頁后選擇培訓方案與人員后點擊“開始培訓”，即可播放教學課件。

（3）學習考試模塊

教學完畢后可進入考核模塊，進入答題環(huán)節(jié)，考核合格分數(shù)線可以自行設定，參加考核人員每人發(fā)放一個答題器，答題器可以人員信息進行匹配，試題自動播放可以選擇播放遍數(shù)，考試人員使用答題器選擇頁面考題對應選項按確認鍵，考試完成后系統(tǒng)自動計算成績并做顏色區(qū)分，未及格人員可給予一次補考機會。

（4）數(shù)據(jù)查詢模塊

可實現(xiàn)對培訓單位和人員進行個人信息管理和導出，并可實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步功能，將數(shù)據(jù)上傳至本單位安全培訓管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準查找和集成。

2.9 爬模荷載報警裝置

為應對施工荷載堆放點難以管控，特別超高層建筑使用爬模時，堆放荷載只能憑經(jīng)驗及感官進行管控，存在較大的誤差，易發(fā)生事故的問題，有必要使用爬模報警裝置。

該信息化技術(shù)裝備包括相互電連接的承重銷傳感器、數(shù)據(jù)顯示箱和控制箱，所述承重銷傳感器具有一出線部，所述出線部的引出線位置與地面平行。本裝置的測力裝置能檢測爬模的荷載值，并通過所述數(shù)據(jù)顯示箱顯示荷載值數(shù)據(jù)，當超過預設的預警值時，報警燈報警，提示必須停止物料堆放，確保施工安全，大大降低安全隱患。

2.10 信息化數(shù)據(jù)終端

實現(xiàn)對安全信息化設備采集信息的集成顯示，用于管理層對信息的綜合利用和調(diào)度。將各類影像、數(shù)據(jù)信息集成到地面屏，控制室人員對全面信息化參數(shù)進行監(jiān)控、記錄，并傳達到各責任部門和對應人員，是信息的集成區(qū)。

3、安全信息化設備技術(shù)框架

安全信息化設備技術(shù)框架由影像技術(shù)設備、紅外語音設備、無線廣播系統(tǒng)、大型設備安全監(jiān)測系統(tǒng)、VR 設備、數(shù)據(jù)終端這幾個部分組成。

其中：

影像技術(shù)設備主要包括了光感元件、變焦元件、電動旋轉(zhuǎn)組件、電力元件、機械固定件；

紅外語音設備主要包括了紅外感應元件、語音芯片；

無線廣播系統(tǒng)主要包括了調(diào)頻元件、音頻元件、無線芯片；

大型設備安全監(jiān)測系統(tǒng)主要包括了傳感器、無線通信模塊、計算軟件、聲光信號；

VR 設備主要包括了聲光信號、視覺技術(shù)；

數(shù)據(jù)終端主要包括了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟硬件、顯示器。

4、結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

（1）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全信息化設備具有先進性，該類技術(shù)是綜合物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和建筑工程專業(yè)學科技術(shù)的融合，將傳統(tǒng)的建筑工程生產(chǎn)安全技術(shù)研究成果進行信息化轉(zhuǎn)換，形成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能夠批量高效投入應用；

（2）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全信息化設備具有智能性，是將建筑工程生產(chǎn)安全研究成果物化后，利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)計算能力實現(xiàn)后臺高效計算，前臺即時顯示成果的智能化技術(shù)；

（3）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全信息化設備能夠提升建筑施工企業(yè)安全管理效能，是傳統(tǒng)人力管理方式的重要輔助技術(shù)。國家層面“推動實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、加快建設數(shù)字中國”的思想以及行業(yè)主管部門發(fā)布的“建設智慧工地”的文件均反映出信息化技術(shù)的重要性和廣闊前景，建筑業(yè)應在當前的有利大背景下積極開發(fā)、引入、應用安全信息化設備。

4.2 展望

（1）安全信息化技術(shù)設備在房屋建筑、市政工程領域重大事故隱患風險預警、監(jiān)測方面將大有應用和提升空間；

（2）在信息化產(chǎn)業(yè)、技術(shù)創(chuàng)新能力飛速發(fā)展的今天，建筑業(yè)人員和科技工作者應使信息化技術(shù)的觸角延伸到社會廣為關(guān)注的生產(chǎn)安全領域；

（3）未來安全信息化設備的開發(fā)應用必將降低安全事故率、促進安全發(fā)展。