建筑工程安全智慧工地的應(yīng)用實踐與研究

楊三建 梁利華

摘 要：創(chuàng)建和應(yīng)用智慧工地，可以達到降本增效和實現(xiàn)精細化、智能化、智慧化管理的目的。安全智慧工地作為智慧工地的重要組成部分，也是提升本質(zhì)安全的發(fā)展方向。匯總大量建設(shè)工程項目關(guān)于智慧工地的應(yīng)用與實踐經(jīng)驗，梳理、分析關(guān)于智慧工地的最新研究，重點展示工程建設(shè)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵工序應(yīng)用的新技術(shù)、新成果，將理論和實際相結(jié)合，提出安全智慧工地的定義，并為創(chuàng)建安全智慧工地提供了新的思路和參考。

關(guān)鍵詞：建筑工程；智慧工地；智能化；安全管理

中圖分類號：TU714 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）01-0053-05

0 引言

建筑業(yè)具有高強度、重體力、高風(fēng)險、作業(yè)分散等特點，多年來一直延續(xù)著粗放的傳統(tǒng)管理模式，不能滿足新的時代發(fā)展要求，特別是建筑業(yè)作為高危行業(yè)的屬性并未發(fā)生本質(zhì)性的變化。

為了加快建筑工程智能化的建設(shè)，2017年國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》。意見指出，要進一步推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，推廣智能和裝配式建筑。同時明確了建筑業(yè)要堅持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)和信息化管理、智能化應(yīng)用等，致力于推動建造方式創(chuàng)新，在新建建筑和既有建筑改造中推廣普及智能化應(yīng)用，完善智能化系統(tǒng)運行維護機制，實現(xiàn)建筑舒適安全、節(jié)能高效[1]。

2020年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門也印發(fā)了《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》，意見指出，到2025年我國智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的政策體系和產(chǎn)業(yè)體系將基本建立，建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化水平將顯著提高。到2035年，我國智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展將取得顯著進展[2]。

隨著我國制造業(yè)不斷向智造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和人口紅利的優(yōu)勢減弱，智能化成為建筑業(yè)實現(xiàn)提質(zhì)增效、降本增效高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路和大勢所趨。

1 安全智慧工地的定義

根據(jù)毛志兵[3]的研究，智慧工地主要是建筑施工領(lǐng)域推廣應(yīng)用人工智能技術(shù)的具體體現(xiàn)，是建立在高度信息化基礎(chǔ)上的一種支持對人和物全面感知、施工技術(shù)全面智能、工作互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享、決策科學(xué)分析、風(fēng)險智慧預(yù)控的新型施工手段。安全智慧工地則圍繞建筑工程項目施工現(xiàn)場的安全、進度、質(zhì)量、物資、設(shè)備、人員、綠色施工等方面，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)、云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代高科技信息技術(shù)，對施工現(xiàn)場進行全方位、一體化的可視化管理，數(shù)字化決策。

安全智慧工地將人工智慧、傳感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實等高科技技術(shù)引入，并應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備、物資材料、人員管理、現(xiàn)場主要進出口等各類施工過程中的主要環(huán)節(jié)、重點工序、重要設(shè)施中，并且通過“物聯(lián)網(wǎng)”和“互聯(lián)網(wǎng)”等技術(shù)，采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，對其分析和傳輸，形成數(shù)字化、智能化決策，從而指導(dǎo)施工現(xiàn)場的施工。

安全智慧工地的核心是以一種“更智慧”的方法，來改進工程各干系組織和崗位人員相互交互的方式，從單獨的人工作業(yè)，到機械設(shè)備輔助人工作業(yè)，再到機械設(shè)備的智慧化作業(yè)，以更高的人機交互，增強確定性、靈活性。

2 安全智慧工地的應(yīng)用

本文根據(jù)各大建筑施工總承包企業(yè)集團在智慧工地的建設(shè)經(jīng)驗，梳理、提煉各大中型工程項目創(chuàng)建智慧工地的具體應(yīng)用和實際成效，展現(xiàn)重點管理環(huán)節(jié)和關(guān)鍵工序的智慧工地新成果。

安全智慧工地智慧數(shù)字系統(tǒng)分為前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和后端集中管理平臺3大部分。前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是實時、準(zhǔn)確地將施工現(xiàn)場人員作業(yè)信息、機械設(shè)備運行狀況、施工材料使用情況、工地現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境等情況進行采集，并通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸至后臺管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)主要是采用5G等無線技術(shù)把前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確及時地傳輸至后端集中管理平臺。后端集中管理平臺將前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)匯聚的各種數(shù)據(jù)，通過分析、過濾、處理，將有效信息以直觀可視化的方式提供給各級管理人員，智能輔助決策，從而提高管理效率。

安全智慧工地智慧數(shù)字系統(tǒng)包括（不限于）以下系統(tǒng)：安全監(jiān)控智慧管理、作業(yè)人員智慧管理、機械設(shè)備智慧管理、環(huán)境分析智慧管理、施工監(jiān)測智慧管理、機器人智慧管理等。

2.1 安全監(jiān)控智慧管理

安全監(jiān)控智慧平臺由集團公司級、區(qū)域分公司級、項目層級平臺和施工現(xiàn)場智能傳感器組成。

通過視頻監(jiān)控，初步具備違章作業(yè)行為識別及違章記錄管理、具備現(xiàn)場文明標(biāo)化規(guī)范化管理識別功能，并具備現(xiàn)場安全警示及語音智能廣播功能。

通過對安全作業(yè)風(fēng)險的大數(shù)據(jù)進行收集，對現(xiàn)場安全作業(yè)風(fēng)險實行智能分析及現(xiàn)場安全預(yù)警，并實時上報上一級監(jiān)控管理中心。

“視頻監(jiān)控+現(xiàn)場違章巡檢”的解決方案結(jié)合了傳統(tǒng)的項目工地視頻監(jiān)控，引入了最新的行為識別系統(tǒng)，對工程施工現(xiàn)場常見的違章行為進行全過程監(jiān)控識別、告警，并上報上級系統(tǒng)。同時對現(xiàn)場安全文明布置不規(guī)范的現(xiàn)場進行智能別、取證，并上報上級系統(tǒng)，確保高風(fēng)險作業(yè)項目人員的人身安全。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)用于實現(xiàn)對視頻設(shè)備、解碼設(shè)備、視頻存儲設(shè)備等的集中管理。采用B/S架構(gòu)配置、C/S架構(gòu)控制結(jié)合的方式，實現(xiàn)視頻安防設(shè)備接入管理、實時監(jiān)控、錄像存儲、檢索回放、智能分析、解碼上墻控制等功能。視頻監(jiān)控類別及主要功能如表1所示。

2.2 勞務(wù)工人智慧管理

2019年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等印發(fā)《建筑工人實名制管理辦法（試行）的通知》，要求建筑工地實行勞務(wù)實名制管理。目前，施工現(xiàn)場的勞務(wù)工人管理平臺綜合利用智能硬件、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)，從源頭上實現(xiàn)勞務(wù)工人管理的智能化、信息化、精細化。勞務(wù)工人智慧管理系統(tǒng)類別及主要功能如表2所示。

2.3 機械設(shè)備智慧管理

2.3.1 塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)

塔機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是獨立于塔機安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的智能安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過在塔機吊運超載監(jiān)測、塔機司機特種作業(yè)人員管控、群塔防碰撞、吊鉤可視化等方面的應(yīng)用，在實現(xiàn)最大限度杜絕人員傷亡和機械事故中發(fā)揮著重要的作用。塔機安全智慧管理系統(tǒng)類別及主要功能如表3所示。

2.3.2 升降機安全管理系統(tǒng)

升降機安全監(jiān)測系統(tǒng)是一款全新的智能化、可視化的施工電梯/升降機/物料提升機（簡稱施工升降機）實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、安全預(yù)警及智能控制系統(tǒng)。該施工升降機安全管理系統(tǒng)能夠全方位實時監(jiān)測施工升降機的運行工況，在出現(xiàn)不安全狀態(tài)時，能夠及時發(fā)出預(yù)警警報和啟動自動安全控制信號，同時對施工升降機的全程運行工況數(shù)據(jù)進行收集，并將工況數(shù)據(jù)傳輸至遠程監(jiān)控中心。該系統(tǒng)是集精密測量、自動控制、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N高技術(shù)于一體的電子監(jiān)測系統(tǒng)，包含施工載重監(jiān)測、轎廂內(nèi)視頻監(jiān)控、升降速度監(jiān)測（防墜）、傾斜度監(jiān)測、高度限位監(jiān)測、防沖頂監(jiān)測、門鎖狀態(tài)監(jiān)測，駕駛員身份識別等功能。安全監(jiān)測整體系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

施工升降機安全檢測儀安裝在升降機吊籠內(nèi)，該儀器由主機及各種傳感器組成， 可實時檢測升降機的載重、人數(shù)（選配）、駕駛員身份（人臉、指紋雙識別+應(yīng)急鑰匙）、起升高度、運行速度、門鎖狀態(tài)、傾斜度等內(nèi)容，并完成轎廂內(nèi)部抓拍，并通過 GPRS 模塊實時將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到遠程監(jiān)控中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)管。儀器配置圖如圖2所示。

2.4 環(huán)境分析智慧管理

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由顆粒物在線監(jiān)測儀、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)、后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及信息監(jiān)控管理平臺等部分組成， 環(huán)境分析智慧管理系統(tǒng)示意圖如圖3所示。該系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)和云計算等技術(shù)引入到施工現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測中，能夠?qū)崿F(xiàn)實時、遠程、自動監(jiān)測施工現(xiàn)場的顆粒物濃度。工地環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)ㄖさ毓潭ūO(jiān)測點的揚塵、噪聲、氣象參數(shù)等環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集、存儲、加工和統(tǒng)計分析，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過5G技術(shù)傳輸?shù)胶蠖似脚_，為政府部門和建筑施工企業(yè)提供管理決策。環(huán)境分析智慧系統(tǒng)類別及主要功能如表4所示。

2.5 施工監(jiān)測預(yù)警智慧管理

2.5.1深基坑智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

深基坑智能監(jiān)測系統(tǒng)，是通過土壓力盒、錨桿應(yīng)力計、孔隙水壓計等智能傳感設(shè)備，對基坑，特別是深基坑的土方開挖、基坑支護、地下結(jié)構(gòu)施工、土方回填及基坑竣工后的基坑及周邊構(gòu)筑物實時監(jiān)測，同時能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、傳輸、分析、預(yù)警等功能。深基坑智能監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能如表5所示。

2.5.2高支模監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

高支模監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)通過在模板支架頂部安裝傳感器，對高支模的豎向荷載壓力、水平位移、豎向位移等進行實時監(jiān)測。當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)定預(yù)警數(shù)據(jù)時，及時通過聲光報警設(shè)備通知管理人員，從而采取加固、撤離等應(yīng)急措施，保障高支模安全施工，減少生產(chǎn)安全事故。高支模監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的主要功能如表6所示。

2.5.3卸料平臺安全管理

卸料平臺監(jiān)控系統(tǒng)是在卸料平臺內(nèi)設(shè)置質(zhì)量傳感器，將傳感器與聲光報警裝置連接，當(dāng)卸料平臺內(nèi)的作業(yè)人員在作業(yè)過程中荷載質(zhì)量超過預(yù)警值時，報警裝置會自動發(fā)出聲光報警，提示卸料平臺內(nèi)的作業(yè)人員立即糾正，同時監(jiān)控系統(tǒng)會將該違章信息記錄到系統(tǒng)后臺內(nèi)。實時監(jiān)控卸料平臺工作數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至云平臺和手機APP，可以有效杜絕卸料平臺超重堆碼材料的違章行為。卸料平臺監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的主要功能如表7所示。

2.6 現(xiàn)場車輛智慧管理

現(xiàn)場車輛管理以出入口為主要信息采集場所，通過前端采集系統(tǒng)獲取車輛基礎(chǔ)信息，利用網(wǎng)絡(luò)將車輛信息數(shù)據(jù)發(fā)送至后端管理中心，利用車牌識別技術(shù)實現(xiàn)號牌數(shù)據(jù)比對，確保車輛的進出有據(jù)可查，確保車輛的進出可控，確保固定車輛快速通過道閘，加強現(xiàn)場出入口的高效通行和安全管理?，F(xiàn)場車輛智能管理系統(tǒng)的主要功能如表8所示。

2.7 智能機器人的智慧應(yīng)用

隨著建筑機器人的快速發(fā)展，建筑工程施工作業(yè)人員將逐步被智能施工機器人所替代，這將促進經(jīng)濟的增長[4]。機器人的施工效率都比傳統(tǒng)人工施工的效率提升了2～3倍，不僅能夠提高效率，而且施工的精度和質(zhì)量更加有保證。智能機器人的類別及主要功能如表9所示。

3 結(jié)語

本文通過對建筑施工行業(yè)實際工程施工過程中智慧工地應(yīng)用的研究，得出以下3條結(jié)論。

第一，安全智慧工地的創(chuàng)建，提供了先進的技術(shù)手段，通過在機械設(shè)備、分部分項工程上安裝各類傳感裝置、監(jiān)測設(shè)備等，構(gòu)建全方位、實時的智能監(jiān)控預(yù)警體系，能夠有效地彌補傳統(tǒng)靠人、靠經(jīng)驗在監(jiān)管中的不足，實現(xiàn)對施工全過程、全方位的在線化、可視化、智能化監(jiān)測，從而提高了施工現(xiàn)場的本質(zhì)安全管理水平。

第二，通過大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的推廣應(yīng)用，能夠使施工現(xiàn)場的安全生產(chǎn)管理更加簡約化、智能化。通過對信息數(shù)據(jù)的自動采集、加工、分析，能夠為建筑工程項目的安全、質(zhì)量、進度、環(huán)境、機械、材料和人員的管理提供科學(xué)決策，從而提升工程施工的現(xiàn)代化管理水平，保證了作業(yè)工人和機械設(shè)備的安全。

第三，智慧工地的發(fā)展趨勢將會向智慧系統(tǒng)集成化、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化，將施工現(xiàn)場安全管理、進度管理、質(zhì)量管理、財務(wù)管理、材料管理、機械管理、合同管理、人力管理等進行集成，從而打通項目級和公司級的信息流，實現(xiàn)動態(tài)互聯(lián)，真正起到提質(zhì)增效的作用。這不僅可以為建筑企業(yè)提高管理效率，創(chuàng)造利潤，而且為建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供新的經(jīng)濟增長點，建筑施工企業(yè)應(yīng)該加大對智慧工地的技術(shù)研發(fā)和資金投入。

參考文獻

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