基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智慧工地安全管理創(chuàng)新探索

【摘要】文章圍繞基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智慧工地安全管理展開創(chuàng)新探索。概述了智慧工地相關(guān)技術(shù)，剖析了當(dāng)前建筑施工工地安全管理存在的勞務(wù)人員安全意識差、施工機(jī)械管理難度大、施工作業(yè)環(huán)境差等主要問題。并重點(diǎn)闡述了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智慧工地安全管理創(chuàng)新路徑，包括三維可視化監(jiān)控、交互式安全培訓(xùn)、實(shí)時(shí)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)、智能巡檢與設(shè)備維護(hù)及應(yīng)急場景模擬與演練等方面。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)這一創(chuàng)新手段，改善工地安全管理現(xiàn)狀，提升管理水平與效率，保障施工安全及工程順利推進(jìn)，為建筑行業(yè)智慧工地建設(shè)提供有益參考。

【關(guān)鍵詞】增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；智慧工地；安全管理

【中圖分類號】TU721.2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）02-0169-03

0 引言

在各種建筑工程及相關(guān)施工建設(shè)項(xiàng)目中，提高工地的安全保障措施非常重要。很多建設(shè)單位和監(jiān)理單位均需要在保證施工質(zhì)量、進(jìn)度管理和有效管控的同時(shí)，注重減少安全事故發(fā)生的可能性[1]。隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，工地安全管理的重要性日益凸顯。然而，傳統(tǒng)的工地安全管理手段存在諸多不足，包括安全培訓(xùn)效果有限、安全隱患難以及時(shí)察覺、應(yīng)急救援能力不足等問題。為解決這些難題，近年來，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)被引入智慧工地安全管理領(lǐng)域，為工地安全管理帶來了創(chuàng)新性的解決方案。在此背景下，引入智慧工地的相關(guān)理論和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為幫助施工單位進(jìn)一步完善安全管理措施、提高項(xiàng)目施工安全性的有效手段。這一舉措旨在通過科技賦能，滿足建筑工程項(xiàng)目更高安全標(biāo)準(zhǔn)的需求。

1 智慧工地相關(guān)技術(shù)

1.1 智能視頻監(jiān)控

智能視頻監(jiān)控在智慧工地中發(fā)揮著重要作用，它是以物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)為依托，對工地進(jìn)行全方位、全天候的監(jiān)控。通過在現(xiàn)場出入口、施工區(qū)域和周界等關(guān)鍵部位設(shè)置高清攝像頭，對出入現(xiàn)場人、車及施工現(xiàn)場動態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。智能視頻監(jiān)控在具有傳統(tǒng)視頻監(jiān)控功能的基礎(chǔ)上，融合智能分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的前端獲取、分析和識別，為后端云平臺提供高效數(shù)據(jù)。云平臺負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的儲存和二次深度分析，以預(yù)測和判斷結(jié)果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從前端到后端的閉環(huán)應(yīng)用。智能視頻監(jiān)控被廣泛應(yīng)用于智慧工地，包括但不限于工地出入口管理、施工區(qū)域和周界監(jiān)控、高處作業(yè)監(jiān)控等[2]。通過智能視頻監(jiān)控，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在的安全隱患，如人員未佩戴安全帽、車輛違規(guī)闖入施工區(qū)域等狀況。

1.2 模式識別

模式識別作為人工智能領(lǐng)域內(nèi)的重要技術(shù)，在智慧工地中起到關(guān)鍵作用。模式識別技術(shù)是利用算法來分析處理輸入信息，以確定某一模式或者特征。智慧工地中的模式識別技術(shù)多用于人臉識別、車牌識別和設(shè)備狀態(tài)識別。人臉識別技術(shù)能夠迅速而準(zhǔn)確地記錄工人的出入時(shí)間和工作狀態(tài)，從而避免人為因素帶來的錯(cuò)誤。車牌識別技術(shù)能夠自動識別和管理進(jìn)出工地的車輛，從而提升車輛通行的效率和安全性。設(shè)備狀態(tài)識別技術(shù)能夠?qū)λ酢⑹┕ど禉C(jī)等大型設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和預(yù)警，一旦檢測到異常情況，就會立即進(jìn)行預(yù)警并處理，從而避免事故的發(fā)生。

1.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。在智慧工地中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在安全培訓(xùn)和施工模擬。利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)手段，能模擬真實(shí)的建筑環(huán)境和場景，為勞務(wù)人員提供一個(gè)虛擬的場所進(jìn)行安全教育和操作實(shí)踐[3]。該培訓(xùn)方式不但真實(shí)感強(qiáng)、沉浸感強(qiáng)，而且可根據(jù)培訓(xùn)需要靈活設(shè)置、調(diào)節(jié)。同時(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可應(yīng)用于施工模擬及方案優(yōu)化中，通過對不同施工方案及工藝流程進(jìn)行仿真，可直觀顯示施工過程及結(jié)果，從而對施工決策起到強(qiáng)有力的輔助作用。

2 當(dāng)前建筑施工工地安全管理存在的主要問題

2.1 勞務(wù)人員安全意識差

勞務(wù)人員是建筑施工工地中的主要力量，他們的安全意識直接影響施工現(xiàn)場整體安全水平。但目前一些勞務(wù)人員安全意識不強(qiáng)，對安全規(guī)章制度缺乏足夠的認(rèn)識和重視。尤其是施工現(xiàn)場人員流動性強(qiáng)等共性問題，傳統(tǒng)的安全管理手段很難得到高效落實(shí)。具體表現(xiàn)如下。

1）對安全培訓(xùn)疏于重視，認(rèn)為培訓(xùn)只是走過場，沒有真正掌握安全知識和技能。

2）施工時(shí)僥幸心理嚴(yán)重，未按要求穿戴安全帽、安全帶等安全防護(hù)用品，加大了事故風(fēng)險(xiǎn)概率。

3）缺乏自我保護(hù)意識，面對潛在的安全隱患，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，導(dǎo)致事故頻發(fā)。

2.2 施工機(jī)械管理難度大

施工機(jī)械是建筑施工工地不可或缺的重要設(shè)備，其管理難度不容忽視。一方面，施工機(jī)械種類繁多、功能各異、操作復(fù)雜，需要專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。然而，在實(shí)際施工過程中，部分施工單位為追求經(jīng)濟(jì)效益，通常忽視了機(jī)械的日常維護(hù)和保養(yǎng)，導(dǎo)致機(jī)械性能下降、安全隱患增多。另一方面，施工機(jī)械的使用環(huán)境惡劣，經(jīng)常需要面對高溫、潮濕、粉塵等惡劣條件，進(jìn)一步加大了機(jī)械管理的難度。此外，施工機(jī)械的操作人員也是管理中的重要環(huán)節(jié)。部分操作人員缺乏專業(yè)技能和工作經(jīng)驗(yàn)，對機(jī)械的性能和操作規(guī)程不熟悉，容易導(dǎo)致操作失誤和機(jī)械故障。同時(shí)，部分操作人員安全意識淡薄，忽視安全操作規(guī)程，增加了事故發(fā)生的可能性。

2.3 施工作業(yè)環(huán)境差

建筑施工工地通常是復(fù)雜且惡劣的作業(yè)環(huán)境。首先，工地現(xiàn)場通常存在大量灰塵、噪聲、振動等污染因素，這些不僅對勞務(wù)人員的身體健康造成損害，如長期暴露在高噪聲環(huán)境可能導(dǎo)致聽力下降，吸入過多灰塵可能引發(fā)呼吸道疾病等，而且會影響勞務(wù)人員的工作狀態(tài)和注意力，增加操作失誤的概率[4]。其次，施工現(xiàn)場由于存在眾多交叉作業(yè)，如不同工種在同一區(qū)域同時(shí)施工，易造成作業(yè)空間狹窄、通道不暢等問題，增加了人員碰撞、物體打擊等安全事故的發(fā)生概率。此外，建筑施工受自然環(huán)境影響較大，如在高溫、嚴(yán)寒、大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣條件下，施工難度加大，安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之提高。

3 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智慧工地安全管理創(chuàng)新路徑

3.1 三維可視化監(jiān)控

利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在工地現(xiàn)場布置多個(gè)高清攝像頭或AR智能終端設(shè)備，對整個(gè)施工區(qū)域進(jìn)行全方位無死角的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過三維建模技術(shù)，將工地的建筑結(jié)構(gòu)、施工設(shè)備、人員分布等信息以三維立體模型的形式精準(zhǔn)呈現(xiàn)于監(jiān)控平臺。管理人員能在監(jiān)控室中借助AR眼鏡或顯示屏，直觀查看施工現(xiàn)場的詳細(xì)情況，如建筑物的施工進(jìn)度、各樓層的布局及不同施工區(qū)域的人員和機(jī)械作業(yè)狀態(tài)。與傳統(tǒng)二維監(jiān)控視頻相比，這種三維可視化監(jiān)控可更清晰地展示空間位置關(guān)系，使管理人員能快速準(zhǔn)確地判斷施工過程是否存在安全隱患，如施工材料的違規(guī)堆放影響通道暢通、大型機(jī)械的操作范圍存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)等。同時(shí)，結(jié)合智能分析算法，系統(tǒng)能自動分析監(jiān)控畫面，對人員的違規(guī)行為（如未佩戴安全帽、高處作業(yè)未系安全帶等）及設(shè)備的異常狀態(tài)（如機(jī)械故障前的異常振動、過熱等）進(jìn)行實(shí)時(shí)識別和標(biāo)記，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)通知管理人員，以便迅速采取措施進(jìn)行處理，有效預(yù)防安全事故的發(fā)生。

3.2 交互式安全培訓(xùn)

借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可為施工人員創(chuàng)建沉浸式交互式安全培訓(xùn)環(huán)境。首先，可采用三維建模和虛擬場景構(gòu)建的技術(shù)手段，創(chuàng)建與實(shí)際工地環(huán)境高度匹配的虛擬施工環(huán)境，該環(huán)境涵蓋各種不同類型的建筑結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)場景以及可能出現(xiàn)的各種危險(xiǎn)情況[5]。施工人員以穿戴AR頭盔或利用帶AR功能平板電腦的方式進(jìn)入虛擬培訓(xùn)場景。在培訓(xùn)過程中，培訓(xùn)內(nèi)容通過生動形象的三維動畫、視頻和文字說明直接呈現(xiàn)在施工人員眼前，與真實(shí)場景緊密結(jié)合。例如，在高處作業(yè)安全規(guī)范講解中，虛擬施工人員在真實(shí)建筑高處模擬出正確與錯(cuò)誤的操作模式，并輔以詳細(xì)語音講解、文字提示等，使施工人員對不系安全帶會造成的墜落危險(xiǎn)有直觀認(rèn)識。施工人員也可與虛擬場景交互，包括手勢和語音，例如，主動詢問設(shè)備的安全使用情況，仿真處理突發(fā)安全事故時(shí)的操作流程，系統(tǒng)將根據(jù)施工人員操作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋并打分，有助于及時(shí)糾錯(cuò)、深化安全知識理解與記憶，提升安全培訓(xùn)效果與質(zhì)量。

3.3 實(shí)時(shí)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)

在智慧工地中，在關(guān)鍵位置安裝傳感器（如位移傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器）并與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警工地安全狀況。在傳感器發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)均會即時(shí)把數(shù)據(jù)傳送給AR監(jiān)控平臺，并在三維可視化模型中精準(zhǔn)定位異常發(fā)生位置，同時(shí)以醒目的虛擬警示標(biāo)識（閃著紅色警報(bào)燈、文字提示框）顯示在管理人員的AR視野中，發(fā)出實(shí)時(shí)預(yù)警。通過AR設(shè)備，管理團(tuán)隊(duì)能迅速獲取詳盡的異常數(shù)據(jù)，包括傳感器數(shù)據(jù)的趨勢變化、可能導(dǎo)致的安全隱患等，并迅速作出緊急應(yīng)對決策。以火災(zāi)預(yù)警為例，利用AR系統(tǒng)可快速規(guī)劃最佳疏散路線并利用虛擬箭頭、語音導(dǎo)航等技術(shù)指引施工人員迅速疏散至安全區(qū)域，同時(shí)展示附近消防設(shè)備位置及用途，協(xié)助救援人員滅火作業(yè)。此外，系統(tǒng)還具備自動捕捉預(yù)警事件全程信息的能力，包括時(shí)間、地點(diǎn)、異常數(shù)據(jù)和處理措施等，為后續(xù)事故分析和安全管理的改進(jìn)提供重要依據(jù)。

3.4 智能巡檢與設(shè)備維護(hù)

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)智能巡檢系統(tǒng)，助力巡檢人員高效完成施工設(shè)備和場地巡檢工作。巡檢人員佩戴AR智能眼鏡或手持AR巡檢終端在工地現(xiàn)場巡檢時(shí)，系統(tǒng)能通過定位技術(shù)和預(yù)先錄入的工地信息，自動識別巡檢人員所處的位置、周邊設(shè)備和設(shè)施信息，并在AR視野中顯示相應(yīng)的巡檢路線和任務(wù)清單。當(dāng)巡檢人員靠近需要檢查的設(shè)備時(shí)，AR設(shè)備會自動彈出該設(shè)備的詳細(xì)信息，如設(shè)備型號、生產(chǎn)日期、上次維護(hù)時(shí)間、維護(hù)周期及標(biāo)準(zhǔn)的巡檢項(xiàng)目和操作步驟等。巡檢人員可對照虛擬提示信息，對設(shè)備逐一檢查，并通過語音、手勢或觸摸操作等方式記錄檢查結(jié)果。在檢查過程中，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常情況，如零件損壞、運(yùn)行噪聲異常等，巡檢人員可使用AR設(shè)備拍攝照片或視頻，實(shí)時(shí)上傳到系統(tǒng)中，系統(tǒng)會自動生成維修工單并通知維修人員。維修人員在接到工單后，可通過AR設(shè)備查看設(shè)備故障信息和現(xiàn)場照片，提前制定維修方案。在維修過程中，維修人員還可借助AR技術(shù)獲取設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維模型、維修手冊及專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)等信息，提高維修效率和質(zhì)量，確保施工設(shè)備的正常運(yùn)行，降低因設(shè)備故障引發(fā)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 應(yīng)急場景模擬與演練

運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可創(chuàng)建高度逼真的應(yīng)急場景模擬環(huán)境，用于工地的應(yīng)急救援演練。通過三維掃描建模工地真實(shí)環(huán)境并結(jié)合事故模擬算法，可模擬火災(zāi)、坍塌、觸電、高處墜落及其他多種常見事故現(xiàn)場，包括建筑物破壞情況、人員傷害部位及狀態(tài)、煙霧及火勢擴(kuò)散方向。演練人員佩戴AR設(shè)備參加演習(xí)，通過模擬場景，使其沉浸到事故現(xiàn)場緊張氣氛中，按照系統(tǒng)制定的任務(wù)及提示進(jìn)行演練，開展應(yīng)急救援作業(yè)。如組織人員疏散、緊急救護(hù)傷員、執(zhí)行滅火與救援任務(wù)。演練時(shí)，AR系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄演練人員行動軌跡、操作步驟、救援時(shí)間等信息，通過虛擬標(biāo)識及語音提示實(shí)時(shí)反饋引導(dǎo)演練人員行動。演練完成后，該系統(tǒng)將根據(jù)記錄數(shù)據(jù)產(chǎn)生詳盡的演練報(bào)告綜合評價(jià)演練過程，并分析演練人員應(yīng)急響應(yīng)速度、救援操作準(zhǔn)確性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作中出現(xiàn)的問題與不足，針對性地提出改進(jìn)意見，有助于施工團(tuán)隊(duì)持續(xù)完善應(yīng)急救援預(yù)案及提升實(shí)際安全事故的處理能力。

4 結(jié)語

綜上所述，作為新一代工地安全管理方式，智慧工地正逐漸改變建筑業(yè)的安全管理模式。然而，智慧工地的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。本文探討了將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入智慧工地安全管理中的創(chuàng)新應(yīng)用，旨在通過AR技術(shù)的可視化、交互性和實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，進(jìn)一步提升工地安全管理的智能化和精細(xì)化水平。未來，隨著AR技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在智慧工地安全管理中的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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[作者簡介]洪成潑（1985—），男，浙江平陽人，碩士，高級工程師，研究方向：智慧工地。