智慧工地系統(tǒng)在建筑施工過程中的應用

胡蕓暢HU Yun-chang

（成都青龍湖未來社區(qū)建設發(fā)展有限公司，成都 610000）

0 引言

技術進步的今天，各行各業(yè)都迎來了高速發(fā)展階段，特別是在建筑行業(yè)，建筑項目中不僅在施工期間采用了大量的新技術、新工藝，還在施工管理中采用了人工智能等技術，彌補了傳統(tǒng)施工技術、管理模式的不足。建筑行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的趨勢下智慧工地的概念陸續(xù)出現(xiàn)且在行業(yè)內(nèi)受到了普遍關注。大型建筑企業(yè)可建立智慧工地系統(tǒng)，統(tǒng)一管理施工過程、協(xié)調(diào)施工要素，保障施工作業(yè)的高效性、有序性。但我國智慧工地系統(tǒng)的整體建設水平偏低，未來有關人員還需立足現(xiàn)狀，開展理論研究、實踐探索，提高智慧工地系統(tǒng)的功能性。

1 工程案例

1.1 工程概況

某建筑工程項目，項目現(xiàn)場環(huán)境十分復雜，周邊分布有大量的商業(yè)建筑、住宅建筑，還包含公路和地鐵交通，施工建設期間影響了周邊人們的正常生產(chǎn)生活。由于此項目的建設規(guī)模龐大，單純依賴人工管理方式可能存在管理漏洞，影響工地施工作業(yè)的效率、安全。

基于上述分析，施工企業(yè)采用了智慧工地管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)兼具多樣化的管理功能，能完成多樣化管理。智慧工地管理系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在以下方面：勞務管理，工人在進場、就餐、培訓等方面可實現(xiàn)一卡化，只需要為每一位工人配備一張卡，這張卡相當于工人在工地的“身份證”，據(jù)此可完成出勤、考核管理等；安全施工方面，針對施工現(xiàn)場的高支模、塔吊等高危環(huán)節(jié)，智能模塊能實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)其中的安全風險并實現(xiàn)預警，后續(xù)處理安全問題時能直接從系統(tǒng)中調(diào)取數(shù)據(jù)，以制定最佳的安全防控措施；針對施工期間產(chǎn)生的揚塵、噪音等污染，智慧工地系統(tǒng)能實時監(jiān)測，因為系統(tǒng)中配備有各種傳感器，能自動采集噪音、揚塵污染等關鍵數(shù)據(jù)，結(jié)合污染類型及特征等制定治理措施；棒材管理，智慧工地在管理方面具有智能化特征，針對鋼筋、木方等棒材能自動計數(shù)，不再需要人工計數(shù)，效率高且準確度好。總之，伴隨著現(xiàn)場作業(yè)的進行，智慧工地管理系統(tǒng)將自動采集工地現(xiàn)場的各類信息，并依據(jù)一定的標準完成數(shù)據(jù)分類、存儲與分析，以便實現(xiàn)不同工序的高度協(xié)同，科學調(diào)配資源。智慧工地管理系統(tǒng)的總體架構如圖1 所示。

圖1 智慧工地管理系統(tǒng)的整體技術架構

1.2 現(xiàn)場智能監(jiān)控系統(tǒng)

在本工程項目建設中，因為現(xiàn)場環(huán)境復雜，施工期間可能伴隨著諸多安全風險。為達到安全管理目標，智慧工地管理系統(tǒng)中應建立現(xiàn)場智能監(jiān)控系統(tǒng)，在這一子系統(tǒng)中綜合應用計算機網(wǎng)絡通信、視頻數(shù)字壓縮、視頻監(jiān)控等技術，以構建智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)全方位監(jiān)控。現(xiàn)場智能監(jiān)控系統(tǒng)中還配備有多種現(xiàn)代化監(jiān)控設施及設備，在這些設備的相互配合下不僅能采集施工中的關鍵數(shù)據(jù)，還能拍攝現(xiàn)場情況，通過影像對比的方式完成現(xiàn)場施工監(jiān)督。

1.2.1 系統(tǒng)組成

工地監(jiān)控系統(tǒng)中前端施工現(xiàn)場、傳輸網(wǎng)絡與監(jiān)控中心，具體構成如圖2 所示。

圖2 工地監(jiān)控系統(tǒng)組成圖

①工地前端系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)中工地前端系統(tǒng)必不可少，主要負責現(xiàn)場圖像采集、錄像存儲、報警接收與發(fā)送等。前端系統(tǒng)中配備有監(jiān)控設備，如球型鷹眼全景相機、高清紅外星光網(wǎng)絡攝像機、網(wǎng)絡硬盤錄像機等，這些設備分別布設在工地的各個位置，再加上通信網(wǎng)絡環(huán)境的支持，在不同監(jiān)控設備之間建立了直接關系，不同監(jiān)控設備能相互傳輸并共享信息，以便及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。一旦前端系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)場的安全風險，智能模塊能自動調(diào)取數(shù)據(jù)和圖像，通過對比等鎖定隱患位置，快速啟動預警，提醒現(xiàn)場人員快速行動。

②傳輸網(wǎng)絡。為利用監(jiān)控系統(tǒng)來全面監(jiān)控工地的情況，在工地與監(jiān)控系統(tǒng)之間應建立連接關系，一般可通過專線或者互聯(lián)網(wǎng)完成連接。兩種連接方式相對比，專線帶寬符合標準，在傳輸數(shù)據(jù)和圖像時能形成保持相對穩(wěn)定的網(wǎng)絡條件，由軟件實時顯示現(xiàn)場圖像，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控，但專線價格偏高。互聯(lián)網(wǎng)連接方式下的價格略低，整個過程中因為共享帶寬，網(wǎng)絡條件不佳，在傳輸高清圖像時的耗時長。工地現(xiàn)場的傳輸方面，一般可選擇無線AP 傳輸、有線傳輸兩種方式。相比較而言，無線傳輸能用在復雜的工地環(huán)境中，克服各種因素的干擾；有線傳輸下的信號穩(wěn)定，傳輸環(huán)境安全，但受現(xiàn)場環(huán)境的制約較大，如塔吊作業(yè)中可能損壞網(wǎng)線，在布設網(wǎng)絡線路時需考慮這一因素。

③監(jiān)控中心。工地監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控中心為關鍵構成，不僅能完成日常監(jiān)控，還能全面管理系統(tǒng)，并在突發(fā)情況下進行應急指揮、管理協(xié)調(diào)。在監(jiān)控中心中設有視頻監(jiān)控綜合管理平臺，該平臺包含數(shù)據(jù)庫服務、管理服務、接入服務、報警服務等多個模塊。每一模塊都有各自的任務，在現(xiàn)場監(jiān)控期間每一模塊都能獨立工作，在有需要的情況下不同模塊之間能有效配合，共同完成數(shù)據(jù)的采集和處理，以保障現(xiàn)場監(jiān)控的全面性和有效性。如在工地中發(fā)生了異常情況，相關人員能隨時調(diào)取監(jiān)控中心的影像，以便快速處理問題。

1.2.2 前端部署

智慧工地管理系統(tǒng)的一大任務就是要完成現(xiàn)場監(jiān)控、安全分析及預警。為達到這些目標，智能監(jiān)控系統(tǒng)中應設置前端部署，以通過一系列部署來采集原始信號，獲取每一監(jiān)測點的信息，并將其上傳到視頻處理設備中完成一體化處理。前端部署中相關人員必須根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控要求，合理選定監(jiān)控設備。工地監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機負責現(xiàn)場拍攝，對監(jiān)控效果的影響最為顯著。在選擇攝像機時需考慮防水、防塵、清晰度等方面的要求。

①圖像真實清晰——市場上可用于工地監(jiān)控的攝像機相對較多，每種攝像機都有其功能優(yōu)勢及工作特點。由于攝像機主要負責現(xiàn)場拍攝，其拍攝的圖像是否清晰，將是影響監(jiān)控效果的重要因素。在選擇攝像機時應優(yōu)先采用圖像清晰的攝像機，確保在其他因素干擾下攝像機依舊能拍攝到清晰圖像。圖像清晰度與圖像傳感器線數(shù)存在直接關系，線數(shù)越大，圖像具有更強的解析能力，也就能更為清晰地呈現(xiàn)細節(jié)。另外，鏡頭倍數(shù)對用戶捕獲圖像景深的影響較大，在廣角取景下能獲取全景情況，長焦取景能捕獲人的面部特征。因此，在選擇攝像機時也需要考慮工地的應用場景及監(jiān)控要求等。

②安裝調(diào)試簡便——所選擇的攝像機還應該具有安裝的便捷性特征，否則，如安裝調(diào)試復雜，后續(xù)的工作中一旦有調(diào)試需求，重新安裝于調(diào)試的耗時較長，影響了現(xiàn)場的監(jiān)控作業(yè)。綜合上述分析，工地監(jiān)控點和配置的設備情況如表1 所示。

表1 工地現(xiàn)場視頻監(jiān)控主要點位布置及配置

1.3 智慧工地管理系統(tǒng)應用效果評價

1.3.1 效果評價指標體系構建

為評價智慧工地管理系統(tǒng)在本項目中的應用效果，本次評價中采用層次分析法，以完成定量評價與分析。通過層次分析法相關理論，影響因素集U=（U1，U2，U3，U4，U5）=（現(xiàn)場管控，人員管理，機械管理，物資管理，工程目標管理）。在上述影響因素下細化影響指標，其指標體系如圖3 所示。

圖3 智慧工地管理效果評價指標體系

1.3.2 評價結(jié)果與分析

①建立評價體系矩陣。在構建評價體系時為得到相對客觀的結(jié)果，需建立專家團隊，團隊中包含若干專家，他們?yōu)樾袠I(yè)中的領軍人員，在長期的工作中積累了豐富的經(jīng)驗，能依據(jù)自身的專業(yè)知識和工作經(jīng)驗來打分。在綜合了專家打分結(jié)果后確定每一因素的權重，假定評價集為V=（V1，V2，V3，V4）＝（差，一般，好，較好），共選擇10 名專家，每一名專家都需要依據(jù)各個因素來評估建設智慧工地的重要程度，依據(jù)打分結(jié)果匯總求取平均值，獲取單因素權重，結(jié)果如表2 所示。

表2 智慧工地管理系統(tǒng)效果評價體系矩陣表

②計算過程。計算過程為：

由評價模型中所需要評價的內(nèi)容可獲得權重集為A=（0.15，0.20，0.20，0.15，0.30），此時，智慧工地管理效果的評價向量為：

綜合上述分析與計算過程，可以發(fā)現(xiàn)在本項目中智慧工地管理系統(tǒng)的功能完善，應用效果相對理想。按照最大隸屬度原則分析，“較好”比重相對較高。

③評價結(jié)果分析。綜合本工程項目中智慧工地管理系統(tǒng)的應用情況，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場管控、人員管理、機械管理、物資管理、工程目標這幾個評價內(nèi)容的比重均“較好”，說明了此系統(tǒng)在工程項目中的適用性。

2 結(jié)束語

智慧工地系統(tǒng)對提高施工水平、管理效率等具有重要的意義。當前許多企業(yè)都掌握了智慧工地系統(tǒng)的相關技術，也在工程項目中建立了功能齊全的智慧工地系統(tǒng)，實現(xiàn)了全天候控制、全方位監(jiān)督。未來建筑行業(yè)發(fā)展的過程中，各企業(yè)需意識到智慧工地系統(tǒng)的優(yōu)勢，增大在這一方面的技術投入。