基于CIM 的塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)研究

石俊衛(wèi) 何宇杰

(奧格科技股份有限公司)

1.研究背景

1.1 CIM 平臺(tái)發(fā)展概況

2007 年，Khemlani 提出City Information Modeling（CIM）這一概念，當(dāng)時(shí)CIM 還只是簡(jiǎn)單的被理解為BIM 在城市范圍內(nèi)的應(yīng)用。2014 年，Xu 等人提出通過(guò)集成BIM 和Geographic Information System(GIS)來(lái)建立CIM。2015年，同濟(jì)大學(xué)吳志強(qiáng)院士將這一概念延伸為City Intelligent Modeling，即城市智能信息模型，至此，物聯(lián)網(wǎng)Internet of Things(IoT)技術(shù)也逐漸與BIM、GIS 技術(shù)一并成為了CIM的主要技術(shù)支持[1]。2016 年城市信息模型（CIM）概念在國(guó)內(nèi)被正式提出以來(lái)，經(jīng)過(guò)近些年的發(fā)展已成為新型智慧城市建設(shè)的熱點(diǎn)，并且受到政府和各行各業(yè)的高度關(guān)注和認(rèn)同。目前，CIM 研究在國(guó)內(nèi)外都處于初級(jí)階段，其主要研究方向可劃分三大方向: 框架設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)融合及可視化。

自2018 年起，廣州、南京、北京、廈門(mén)、雄安新區(qū)被列為CIM 試點(diǎn)城市建設(shè)以來(lái)，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門(mén)多次頒布了CIM 相關(guān)政策文件。為指導(dǎo)各地推進(jìn)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)，2020 年6 月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部會(huì)同工業(yè)和信息化部、中央網(wǎng)信辦印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出了CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)的基本原則、主要目標(biāo)等，要求“全面推進(jìn)城市CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)和CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)在城市規(guī)劃建設(shè)管理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，帶動(dòng)自主可控技術(shù)應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升城市精細(xì)化、智慧化管理水平”。在CIM 平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)上，CIM+城市更新、CIM+智慧工地、CIM+智慧園區(qū)等“CIM+”應(yīng)用等得到快速發(fā)展。

1.2 智慧工地塔吊管理發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化、新基建和大型工業(yè)場(chǎng)地等工程的建設(shè)，建筑工地?cái)?shù)量呈快速上升趨勢(shì)，隨之而來(lái)的是連年不斷上升的工地安全事故問(wèn)題，安全形勢(shì)不容樂(lè)觀。十八大以來(lái)，黨中央高度關(guān)注建筑業(yè)發(fā)展和改革問(wèn)題，2014 年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見(jiàn)》，要求全面推進(jìn)“智慧工地”的建設(shè)，利用信息化手段將建筑工地上的人員、設(shè)施設(shè)備進(jìn)行全方位的管理，通過(guò)計(jì)算機(jī)算法、大數(shù)據(jù)分析輔助工地管理人員進(jìn)行科學(xué)監(jiān)督?jīng)Q策，從而保障施工現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備的安全和有序作業(yè)。起重機(jī)作為建筑工地常見(jiàn)的大型機(jī)械設(shè)備，主要包括塔式起重機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)“塔吊”）、汽車(chē)吊和履帶吊等。近年來(lái)，塔吊安裝運(yùn)營(yíng)數(shù)量較以往有了明顯的增長(zhǎng)，大型塔吊、移動(dòng)式履帶吊所占的比重越來(lái)越大，而大型塔吊與移動(dòng)式吊車(chē)的事故率連續(xù)多年居高不下。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010-2019 年我國(guó)至少發(fā)生塔吊生產(chǎn)安全事故382 起[2]，引起了社會(huì)上的廣泛關(guān)注，政府也多次發(fā)文強(qiáng)調(diào)要求加強(qiáng)管理。塔吊事故類(lèi)型比較多，常見(jiàn)的主要有碰撞、傾翻、吊物墜落、折斷臂、構(gòu)建脫落、工人事故等，但主要以碰撞、傾翻和斷脫繩事故為主[3]。因此，基于生產(chǎn)安全要求，需要對(duì)塔吊進(jìn)行實(shí)時(shí)作業(yè)監(jiān)控，并建立塔吊防碰撞預(yù)警機(jī)制，從而保證人員生命安全與項(xiàng)目工程順利施工。段銳等[4]提出了未來(lái)塔吊安全管理的目標(biāo)和框架，將信息與通信技術(shù)（ICT）中有潛力的建筑信息模型（BIM）與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)（CV）融入塔吊安全管理框架中，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)于塔吊運(yùn)行過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和危險(xiǎn)預(yù)警，有效減少事故的發(fā)生。王倩與田莉梅[5]提出通過(guò)搭建塔吊安全管理信息共享平臺(tái)，找到塔吊事故風(fēng)險(xiǎn)源與BIM 相關(guān)技術(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)與管理活動(dòng)的匹配關(guān)系。牛前進(jìn)等[6]提出將人工智能中的無(wú)人駕駛技術(shù)以及精確導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用在塔吊的運(yùn)行系統(tǒng)之中，這將會(huì)大大提升塔吊的運(yùn)輸效率和協(xié)同工作效率，減少施工過(guò)程中人員的參與，降低塔吊施工過(guò)程的事故率。

2.研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)

2.1 研究?jī)?nèi)容

本文重點(diǎn)是對(duì)基于CIM 平臺(tái)的塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)思路、功能模塊、數(shù)據(jù)場(chǎng)景搭建、物聯(lián)數(shù)據(jù)對(duì)接與防碰撞預(yù)警的應(yīng)用進(jìn)行深入的分析。

2.2 研究目標(biāo)

針對(duì)當(dāng)前工地大型塔吊與移動(dòng)式吊車(chē)常見(jiàn)的碰撞、傾翻和斷脫繩事故問(wèn)題，基于CIM 平臺(tái)的塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)使用三維空間防碰撞預(yù)警算法來(lái)實(shí)現(xiàn)群塔吊之間的防碰撞預(yù)警、吊重預(yù)警、大臂傾角異常預(yù)警等，在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模項(xiàng)目塔機(jī)作業(yè)預(yù)警的同時(shí)，還支持固定式、移動(dòng)式等多類(lèi)型塔機(jī)遠(yuǎn)程信息接入傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔吊的管理。主要研究目標(biāo)包含以下四個(gè)方面：

（1）場(chǎng)景三維建模與展示：建立項(xiàng)目場(chǎng)地場(chǎng)景三維模型，對(duì)場(chǎng)地模型數(shù)據(jù)進(jìn)行單體化和輕量化處理，完成塔吊三維建模，將建立的三維模型在系統(tǒng)上展示瀏覽。

（2）塔吊物聯(lián)數(shù)據(jù)接入監(jiān)測(cè)與管理：對(duì)接塔吊物聯(lián)感知數(shù)據(jù)，系統(tǒng)上能模擬實(shí)時(shí)塔吊運(yùn)行，實(shí)時(shí)展示塔吊運(yùn)行時(shí)間、吊重、大臂轉(zhuǎn)動(dòng)幅度等信息，并統(tǒng)計(jì)分析塔吊運(yùn)行狀態(tài)信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)塔吊數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

（3）塔吊碰撞實(shí)時(shí)預(yù)警：根據(jù)物聯(lián)傳感設(shè)備數(shù)據(jù)，利用三維模型碰撞分析算法實(shí)現(xiàn)塔吊碰撞實(shí)時(shí)預(yù)警功能，預(yù)防塔吊碰撞，并對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)分析。

（4）視頻投影虛實(shí)結(jié)合：將監(jiān)控視頻投射到三維空間場(chǎng)景里，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)與三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)的全時(shí)空立體融合。

3.基于CIM 的塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于CIM 的塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)集成物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、GIS、BIM，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔吊等信息數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存、傳遞，滿(mǎn)足塔吊監(jiān)測(cè)、防碰撞預(yù)警等各項(xiàng)應(yīng)用需求。系統(tǒng)整體架構(gòu)分為六層，分別為：設(shè)施層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、展示層，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖2 系統(tǒng)部署架構(gòu)

圖3 汽車(chē)吊控制模擬效果

圖5 防碰撞算法場(chǎng)景

圖6 塔臂與塔身碰撞預(yù)警

圖7 塔吊與汽車(chē)吊碰撞預(yù)警

圖8 塔臂與吊鉤碰撞預(yù)警

圖9 視頻投影功能效果

其中設(shè)施層包括塔吊、汽車(chē)吊、履帶吊的傾角傳感器、回轉(zhuǎn)編碼器、高度傳感器、風(fēng)速傳感器、無(wú)線(xiàn)重量傳感器以及其它物聯(lián)終端設(shè)備等；傳輸層包括IoT 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、綜合網(wǎng)關(guān)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋等；數(shù)據(jù)層包括柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)、建模數(shù)據(jù)等二三維數(shù)據(jù)以及傳感器數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；服務(wù)層主要來(lái)自CIM 平臺(tái)的數(shù)據(jù)模擬分析服務(wù)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)、數(shù)據(jù)集成服務(wù)等；應(yīng)用層主要包括系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用、三維場(chǎng)景模擬應(yīng)用、塔吊監(jiān)測(cè)與管理應(yīng)用、防碰撞預(yù)警應(yīng)用、視頻投影應(yīng)用已經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用，展示層包括Web 端展示以及綜合大屏端展示。

3.2 系統(tǒng)部署架構(gòu)

系統(tǒng)由塔吊監(jiān)控硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸模塊、防碰撞監(jiān)測(cè)軟件3 部分組成。采用專(zhuān)線(xiàn)與lora 網(wǎng)關(guān)結(jié)合的方式，固定塔吊拉專(zhuān)線(xiàn)較為方便、移動(dòng)式吊車(chē)不宜拉專(zhuān)線(xiàn)，采用lora網(wǎng)關(guān)的方式對(duì)接，lora 網(wǎng)關(guān)再通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)的方式，將數(shù)據(jù)傳送機(jī)房的服務(wù)器上，在機(jī)房服務(wù)器上部署防碰撞系統(tǒng)，并將計(jì)算后的結(jié)果發(fā)送到塔吊監(jiān)控室，當(dāng)監(jiān)控室人員接收到預(yù)警之后，采用對(duì)講機(jī)提醒塔吊操作人員，提高塔吊防碰撞識(shí)別性，從而有效地輔助塔吊司機(jī)進(jìn)行高空作業(yè)。

3.3 二三維場(chǎng)景搭建

二三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的底圖，包括項(xiàng)目場(chǎng)地三維傾斜攝影數(shù)據(jù)、塔吊建模數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)（DEM）以及遙感影像數(shù)據(jù)等。在完成三維傾斜攝影數(shù)據(jù)輕量化與其他基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的服務(wù)發(fā)布處理后，需要將項(xiàng)目場(chǎng)地上的塔吊進(jìn)行實(shí)體建模。因?yàn)樵诜琅鲎差A(yù)警功能實(shí)現(xiàn)中，需要根據(jù)塔吊模型的大小等參數(shù)進(jìn)行防碰撞預(yù)警的算法判斷，所以在建模過(guò)程中要求做到1 ∶1 真實(shí)還原施工場(chǎng)地上的塔吊設(shè)備，模型的地理坐標(biāo)位置也需要精確定位。塔吊的建模主體主要包括塔（車(chē)）身、大臂、吊鉤等結(jié)構(gòu)，其中汽車(chē)吊還包括伸縮臂、轉(zhuǎn)臺(tái)等復(fù)雜構(gòu)件。在建模過(guò)程中需要根據(jù)不同的塔吊類(lèi)型使用不同的建模參數(shù)，其中塔吊建模參數(shù)包括：塔吊型號(hào)、塔頂距離地面高度、吊臂距離地面高度、平衡臂長(zhǎng)、吊臂長(zhǎng)、塔吊顏色、坐標(biāo)位置以及樣式照片；移動(dòng)式吊車(chē)建模參數(shù)包括：吊車(chē)型號(hào)、整機(jī)尺寸、最大起升高度、起重臂最大長(zhǎng)度、變幅角度以及樣式照片，其中，大型履帶吊還需要細(xì)分主臂長(zhǎng)度與副臂長(zhǎng)度。數(shù)字孿生建模在實(shí)施過(guò)程中面臨著不少難點(diǎn)，其中，最大的問(wèn)題就在于塔吊的吊鉤升降模擬、汽車(chē)吊的液壓桿伸縮模擬以及履帶吊的拉繩模擬，這三個(gè)問(wèn)題都有一個(gè)共通點(diǎn)，就是在模擬過(guò)程中會(huì)發(fā)生長(zhǎng)度或角度的變化。本研究通過(guò)建模軟件的自定義動(dòng)畫(huà)將模擬過(guò)程中會(huì)發(fā)生長(zhǎng)度或高度變化的構(gòu)建進(jìn)行建模，導(dǎo)出gltf 格式的模型數(shù)據(jù)，再結(jié)合軟件代碼從而實(shí)現(xiàn)對(duì)塔吊模型的控制。

3.4 物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)獲取接入與孿生模擬

基于CIM 的塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)傾角傳感器、風(fēng)速傳感器等物聯(lián)傳感設(shè)備獲取塔吊實(shí)時(shí)作業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的塔吊構(gòu)件進(jìn)行對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)塔吊的孿生模擬。由于塔吊、汽車(chē)吊、履帶吊機(jī)械結(jié)構(gòu)的差異，在作業(yè)過(guò)程中會(huì)存在不同的運(yùn)行狀態(tài)，因此需要細(xì)分每種塔吊類(lèi)型的物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)。其中塔吊包括大臂回轉(zhuǎn)角度、滑軌移動(dòng)距離、吊鉤長(zhǎng)度、吊重以及風(fēng)速數(shù)據(jù)；汽車(chē)吊包括大臂傾角、大臂伸縮長(zhǎng)度、主副鉤長(zhǎng)度、吊重以及GPS 定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)；履帶吊包括大臂傾角、副臂傾角、主副鉤長(zhǎng)度、吊重以及風(fēng)速等數(shù)據(jù)。在實(shí)現(xiàn)塔吊孿生模擬的過(guò)程中，需要根據(jù)每一項(xiàng)參數(shù)與塔吊的各項(xiàng)構(gòu)件進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，例如傾角傳感器對(duì)應(yīng)塔吊大臂傾角、回轉(zhuǎn)編碼器對(duì)應(yīng)塔吊大臂回轉(zhuǎn)角度等，需要注意的是，在對(duì)接傳感數(shù)據(jù)時(shí)，需要根據(jù)每一項(xiàng)構(gòu)件的歸零角度和高度進(jìn)行設(shè)置，避免出現(xiàn)初始角度和高度不一致的情況。完成傳感數(shù)據(jù)對(duì)接后，還需要結(jié)合塔吊自身的塔身高度、機(jī)身尺寸等基礎(chǔ)信息進(jìn)行1 ∶1 還原，從而模擬出塔吊大臂、吊鉤、汽車(chē)吊大臂以及履帶吊大臂的實(shí)時(shí)空間位置，實(shí)現(xiàn)塔吊孿生模擬。最后結(jié)合計(jì)算機(jī)算法，判斷出塔吊之間的安全距離，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)警。此外，對(duì)于大臂傾角、吊重等參數(shù)存在異常時(shí)，同樣能發(fā)出監(jiān)測(cè)預(yù)警。

3.5 防碰撞預(yù)警

塔吊防碰撞預(yù)警功能作為系統(tǒng)的重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容，包括塔吊與塔吊之間、塔吊與移動(dòng)吊之間、移動(dòng)吊與移動(dòng)吊之間的碰撞預(yù)警。系統(tǒng)完成物聯(lián)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)接后，獲取到大臂回轉(zhuǎn)角度、吊鉤高度、小車(chē)幅度等數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)中可預(yù)設(shè)塔吊的碰撞預(yù)警距離，對(duì)相鄰的塔吊進(jìn)行空間碰撞運(yùn)算。在防碰撞預(yù)警算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，將塔吊模型各個(gè)構(gòu)件生成虛擬包圍盒，將獲取的物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)同步到包圍盒使其與塔吊一樣進(jìn)行孿生模擬，各個(gè)構(gòu)件包圍盒之間進(jìn)行空間距離運(yùn)算，從而判斷出塔吊大臂、吊鉤、塔（車(chē)）身每一處的最短觸碰距離，當(dāng)相鄰塔吊之間達(dá)到預(yù)設(shè)的距離時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息，并發(fā)出聲光警報(bào)。同時(shí)，系統(tǒng)前端支持記錄24小時(shí)預(yù)警歷史信息，并在后臺(tái)記錄所有發(fā)生的碰撞預(yù)警信息，這對(duì)于防碰撞預(yù)警信息統(tǒng)計(jì)分析功能提供了數(shù)據(jù)支撐。此外，系統(tǒng)會(huì)將各個(gè)設(shè)備的位置、運(yùn)動(dòng)信息以及預(yù)警狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示在界面上，供管理人員觀察和判斷，幫助管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，以作分析決策，并采取必要的措施避免事故發(fā)生。

針對(duì)移動(dòng)式吊車(chē)作業(yè)許可范圍限制監(jiān)督問(wèn)題，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了自定義繪制電子圍欄模擬吊車(chē)作業(yè)范圍的功能，利用吊車(chē)GPS 定位儀實(shí)時(shí)跟蹤其位置所在，若在吊車(chē)運(yùn)行作業(yè)期間離開(kāi)或大臂超出作業(yè)許可范圍，則觸發(fā)預(yù)警，可以很好的做到監(jiān)督移動(dòng)式吊車(chē)作業(yè)范圍是否合規(guī)的作用。

3.6 視頻監(jiān)控與投影

視頻監(jiān)控與投影功能作為系統(tǒng)輔助性功能，主要的作用在于輔助管理人員查看施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)場(chǎng)景情況。通過(guò)對(duì)接施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊監(jiān)控視頻，將監(jiān)控視頻與對(duì)應(yīng)塔吊掛接，在系統(tǒng)上可以查看塔吊運(yùn)行作業(yè)實(shí)時(shí)視頻。在塔吊發(fā)生碰撞預(yù)警時(shí)，根據(jù)碰撞相關(guān)塔吊編號(hào)，可進(jìn)行快速關(guān)聯(lián)調(diào)出掛接的視頻監(jiān)控畫(huà)面，輔助管理人員迅速了解現(xiàn)場(chǎng)情況。

而視頻投影功能是對(duì)視頻監(jiān)控的升級(jí)，在CIM 平臺(tái)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)了二三維場(chǎng)景與視頻畫(huà)面的統(tǒng)一聯(lián)動(dòng)融合。通過(guò)查看視頻監(jiān)控畫(huà)面所在地理位置，在CIM 平臺(tái)中尋找對(duì)應(yīng)的空間位置，繪制監(jiān)控視頻畫(huà)面，可實(shí)現(xiàn)同步視角的瀏覽。此功能實(shí)現(xiàn)了整體宏觀和細(xì)節(jié)場(chǎng)景的協(xié)調(diào)統(tǒng)一態(tài)勢(shì)感知，高效用于工地施工監(jiān)控、治安監(jiān)控、交通監(jiān)控等場(chǎng)景應(yīng)用。

3.7 統(tǒng)計(jì)分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)對(duì)接的塔吊信息、塔吊上的實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)，對(duì)塔吊進(jìn)行塔吊統(tǒng)計(jì)、預(yù)警統(tǒng)計(jì)、異常統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行分析等，讓相關(guān)人員可以整體了解全部塔吊的信息，根據(jù)塔吊運(yùn)行時(shí)間、預(yù)警次數(shù)、預(yù)警類(lèi)型等數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)塔吊整體運(yùn)行情況，為塔吊管理工作提供數(shù)據(jù)支撐。

4.系統(tǒng)應(yīng)用成效

CIM 塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)可以減少意外碰撞導(dǎo)致的設(shè)備損壞、人員傷害以及生產(chǎn)中斷的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提高吊裝設(shè)備的操作精度和效率。

（1）提高施工作業(yè)整體安全性：起重機(jī)作業(yè)安全對(duì)施工項(xiàng)目整體安全性至關(guān)重要?；贑IM 的塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)不僅有助于保護(hù)作業(yè)人員免受意外傷害，還能預(yù)防碰撞、過(guò)載、傾翻等問(wèn)題帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，降低計(jì)劃外停機(jī)成本費(fèi)用。通過(guò)安裝傾角傳感器、無(wú)線(xiàn)吊重傳感器、高度編碼器、回轉(zhuǎn)編碼器、幅度編碼器、風(fēng)速傳感器等物聯(lián)設(shè)備，將物聯(lián)設(shè)備對(duì)接到系統(tǒng)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的可視化、降低施工作業(yè)過(guò)程中的監(jiān)督難度和風(fēng)險(xiǎn)、提高施工作業(yè)過(guò)程的安全性。

（2）增強(qiáng)工地塔吊操作員視力：封閉的塔吊駕駛室通常會(huì)阻礙操作員的視線(xiàn)，并且在誤差幅度非常低的復(fù)雜站點(diǎn)中會(huì)更加嚴(yán)重。即使在開(kāi)放式駕駛室中，門(mén)式起重機(jī)周?chē)匀淮嬖诿c(diǎn)。相比起傳統(tǒng)的單物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，塔吊系統(tǒng)不僅可以使操作員能夠更好地觀察周?chē)h(huán)境，還可以利用數(shù)字孿生使監(jiān)控人員直接快速獲取施工場(chǎng)地整體情況。

（3）實(shí)現(xiàn)同步現(xiàn)場(chǎng)溝通：傳統(tǒng)作業(yè)中塔吊、汽車(chē)吊、履帶吊操作員習(xí)慣運(yùn)用手勢(shì)與地勤人員交流，但部分標(biāo)志可能會(huì)被忽視或誤解，導(dǎo)致雙方信息不對(duì)稱(chēng)。應(yīng)用塔吊系統(tǒng)后操作員可以直接在操控室了解到周?chē)鹾偷踯?chē)情況，結(jié)合傳統(tǒng)的防碰撞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，這種協(xié)同和信息共享可以減少溝通誤解和協(xié)調(diào)問(wèn)題，從而提高施工安全性。

（4）有效輔助管理人員科學(xué)決策：系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)計(jì)塔吊運(yùn)行時(shí)間、預(yù)警次數(shù)、預(yù)警類(lèi)型、吊裝次數(shù)等數(shù)據(jù)，可得出塔吊整體運(yùn)行情況綜合評(píng)價(jià)分析，為塔吊運(yùn)維工作和操作員監(jiān)管工作提供數(shù)據(jù)支撐，有效輔助管理人員在作業(yè)排班、統(tǒng)計(jì)績(jī)效和設(shè)備維護(hù)進(jìn)行科學(xué)決策。

5.結(jié)語(yǔ)

盡管基于CIM 的塔吊碰撞預(yù)警系統(tǒng)取得了不錯(cuò)的應(yīng)用成效，但是依然存在較多難以避免的問(wèn)題。例如傳感器和攝像頭等元器件的使用壽命問(wèn)題、物聯(lián)傳感器傳輸速率問(wèn)題、移動(dòng)式吊車(chē)轉(zhuǎn)臺(tái)水平角度傳感器適配與對(duì)接問(wèn)題、偏遠(yuǎn)地區(qū)4/5G 信號(hào)傳輸穩(wěn)定性問(wèn)題等，這些問(wèn)題更多的是影響傳感數(shù)據(jù)的精度與穩(wěn)定性，從而對(duì)防碰撞預(yù)警、吊重預(yù)警等功能造成延時(shí)性與正確性影響。同時(shí)，在防碰撞預(yù)警算法判斷方面，目前僅以塔吊構(gòu)件包圍盒的頂點(diǎn)與邊線(xiàn)去識(shí)別碰撞距離風(fēng)險(xiǎn)，存在一定的優(yōu)化空間。針對(duì)以上問(wèn)題，需要從傳感器硬件設(shè)備、信號(hào)傳輸設(shè)備、碰撞算法等方面不斷進(jìn)行優(yōu)化，從而提升系統(tǒng)預(yù)警功能的精確性和穩(wěn)定性。