基于物聯(lián)網(wǎng)人工智能技術(shù)的智慧安監(jiān)應(yīng)用探索

文｜ 江蘇省建筑安全監(jiān)督總站 張并銳

1.引言

由于建筑行業(yè)的勞動密集型特性以及建筑產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場危險源眾多、環(huán)境復(fù)雜等因素的影響，建筑業(yè)安全生產(chǎn)一直是政府監(jiān)管的重點內(nèi)容之一。而根據(jù)國務(wù)院安委會通報顯示全國建筑業(yè)安全生產(chǎn)事故保持在高位，事故總量已經(jīng)連續(xù)多年排在工礦商貿(mào)事故第一位，成為了名副其實的“高危行業(yè)”。如何改善監(jiān)管手段，強化監(jiān)管力度，加強對危險性較大的分部分項工程安全管控，構(gòu)建安全監(jiān)管長效機制成為行業(yè)安全監(jiān)管的重點發(fā)展方向。

以南京市江寧區(qū)建筑安全生產(chǎn)監(jiān)督站為例，2017年全區(qū)在建工程項目共328個，建筑面積2276萬平方米，人均監(jiān)督面積134萬平方米；2018年全區(qū)在建工程項目360個，建筑面積約2360萬平方米，人均監(jiān)督面積約139萬平方米。依靠委派監(jiān)督員到現(xiàn)場巡查監(jiān)督難以應(yīng)對如此規(guī)模的建筑業(yè)市場。借鑒物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)在安防、交通等領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，在2018年3月份，江蘇省建筑安全監(jiān)督總站啟動了數(shù)字工地智慧安監(jiān)系統(tǒng)的升級建設(shè)，結(jié)合試點工程項目現(xiàn)場智能化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實現(xiàn)對人員、機械、材料、環(huán)境等動態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集，通過大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)對這些采集數(shù)據(jù)進行清洗、分析、計算并形成關(guān)鍵性的動態(tài)指標(biāo)和預(yù)警信息，彌補了傳統(tǒng)安全監(jiān)督管理主要依靠人員巡查而存在的個人經(jīng)驗、能力、精力等局限性問題，大大提升了行業(yè)安全監(jiān)管的科技應(yīng)用水平。

智慧安監(jiān)系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.智慧安監(jiān)的體系構(gòu)建

在充分利用南京市既有的建設(shè)工程安全監(jiān)督管理信息化設(shè)施基礎(chǔ)上，利用信息化技術(shù)，建立開放數(shù)據(jù)接口智慧安監(jiān)平臺，對接施工現(xiàn)場的關(guān)鍵性要素（人、機、料、環(huán)等）的工況監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析提取風(fēng)險指數(shù)較高的工況參數(shù)，結(jié)合人工智能算法，形成關(guān)鍵性的安全指標(biāo)推送到項目各方主體，進而促進責(zé)任主體的安全生產(chǎn)自律管理，同時能夠為行業(yè)監(jiān)管部門提供遠程監(jiān)管手段，通過大數(shù)據(jù)分析進行差異化監(jiān)管。

IAAS層：以物聯(lián)網(wǎng)傳感器、單片機、DTU通信組件、ARM終端等組成基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)層，主要實現(xiàn)對施工現(xiàn)場安全監(jiān)管要素的工況數(shù)據(jù)的采集，這些采集對象主要包括人員、機械、環(huán)境、危大工程等。

PAAS層：以物聯(lián)網(wǎng)平臺、大數(shù)據(jù)平臺、人工智能平臺以及信息安全組件構(gòu)建的數(shù)據(jù)處理分析服務(wù)，實現(xiàn)對IAAS層數(shù)據(jù)的采集、清理、存儲、分析等服務(wù)，為應(yīng)用層軟件提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

SAAS層：為給最終用戶提供安全監(jiān)管的軟件服務(wù)，包括消息提醒、實時參數(shù)、BI分析、遠程監(jiān)管等應(yīng)用服務(wù)。

智慧安監(jiān)系統(tǒng)的構(gòu)建與實施依托于施工現(xiàn)場的各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器，結(jié)合PASS服務(wù)實現(xiàn)對人、機、料、環(huán)等關(guān)鍵監(jiān)管要素的主動監(jiān)測與分析。針對不同類型的監(jiān)管要素，主要采集的數(shù)據(jù)有：

監(jiān)測對象數(shù)據(jù)類型分析表

2.1.人員監(jiān)管子系統(tǒng)

人員監(jiān)測主要包括實名制信息、進出場記錄、移動軌跡、異常行為記錄等，通過門禁、攝像頭、智能安全帽等終端設(shè)備對人員進出場、作為行為進行主動監(jiān)測。通過大數(shù)據(jù)分析自動化識別人員的不安全行為狀態(tài)，并進行提示報警。

2.2.高支模/腳手架監(jiān)測子系統(tǒng)

高支模/腳手架監(jiān)測系統(tǒng)是通過在關(guān)鍵部位的模板、立桿、橫桿等構(gòu)件上安裝應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測儀器采集這些構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變的瞬時變化和累計變化數(shù)據(jù)，結(jié)合無線通信模塊的GRPS網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍稍贫朔?wù)按照預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)模型以及閾值指標(biāo)進行運算分析并自動進行預(yù)警、報警，有效的提升模架、腳手架專項工程實施過程的監(jiān)控能力，結(jié)合聲光報警裝置能夠極大的提高高支模、腳手架的作業(yè)安全性。

2.3.基坑監(jiān)測子系統(tǒng)

基坑工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)通過綜合利用不同的傳輸方式，將多種現(xiàn)場監(jiān)測儀器、檢測設(shè)備、無線傳感器通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)通起來，采用主動或被動觸發(fā)的方式，實現(xiàn)對基坑維護結(jié)構(gòu)的橫向位移、豎向位移、傾斜變化以及錨桿等構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變的瞬時變化和持續(xù)變化等參數(shù)進行自動采集，并通過無線通信模塊的GRPS網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍ＷC數(shù)據(jù)的真實性、完整性和實時性。

2.4.起重機械監(jiān)測子系統(tǒng)

起重機械的監(jiān)測系統(tǒng)是通過安裝在機械關(guān)鍵控制部位的傳感器實現(xiàn)對機械實時工況數(shù)據(jù)的采集(諸如：吊重、高度、幅度、傾角、風(fēng)速)以判斷當(dāng)前工況下機器的安全狀態(tài)，同時結(jié)合設(shè)備電路的控制單元對機械設(shè)備進行必要的限位控制，大大提升了設(shè)備操作的安全性。與此同時，結(jié)合司機身份識別系統(tǒng)以及云端服務(wù)，能夠結(jié)合管理體系要求防止非法作業(yè)以及設(shè)備狀態(tài)和人員操作的監(jiān)管。

人員監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

試點項目系統(tǒng)建設(shè)模塊清單表

2.5.環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是基于傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)與遠程數(shù)據(jù)通信技術(shù)為一體的新型在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以監(jiān)控工地現(xiàn)場施工環(huán)境的PM2.5、PM10、溫度、濕度、噪聲、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓等數(shù)據(jù)，為行業(yè)監(jiān)管部門評價文明施工及環(huán)境水平提供有效的遠程監(jiān)管手段。

3.智慧安監(jiān)系統(tǒng)的實施

以培育一批標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化、信息化的“智慧工地”為目標(biāo)，探索建立基于數(shù)字化工地的智慧安監(jiān)體系，通過提高安全監(jiān)管效率、改善監(jiān)管手段引導(dǎo)施工現(xiàn)場進行數(shù)字化、在線化、智能化升級。考慮到不同企業(yè)、不同項目的投資規(guī)模、人員能力、示范效應(yīng)等綜合因素，智慧安監(jiān)系統(tǒng)實施分為三步驟實施。

第一階段：方案規(guī)劃，平臺設(shè)計

通過委托咨詢、招標(biāo)采購等方式尋找具有較強研發(fā)實力的廠商提供方案的規(guī)劃設(shè)計、服務(wù)咨詢，在設(shè)計階段實現(xiàn)《江蘇省智慧工地實施指南》標(biāo)準(zhǔn)草案的制定，同時結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，不同完成系統(tǒng)方案的設(shè)計及平臺的升級研發(fā)。

第二階段：試點應(yīng)用

由市、區(qū)兩級建筑安全監(jiān)督機構(gòu)梳理在建項目情況，根據(jù)智慧工地的實施內(nèi)容結(jié)合項目實際，擇優(yōu)推薦試點項目。市和各區(qū)建筑安全監(jiān)督機構(gòu)至少推薦2-5個試點示范項目，由省級和南京市安監(jiān)機構(gòu)組織有關(guān)專家審核，擇優(yōu)確定試點項目以及實現(xiàn)建設(shè)內(nèi)容。

第三階段：應(yīng)用總結(jié)

以智慧安監(jiān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為監(jiān)管參考指標(biāo)，通過監(jiān)督員的現(xiàn)場巡檢反饋以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋進行評估系統(tǒng)的參數(shù)的可靠性，并委托開發(fā)單位進行持續(xù)跟蹤改進，通過建立試點項目聯(lián)絡(luò)小組，及時了解項目各方對系統(tǒng)應(yīng)用反饋，總結(jié)系統(tǒng)實施建設(shè)中的問題和經(jīng)驗，階段性的組織相關(guān)轉(zhuǎn)件優(yōu)化《江蘇省智慧工地實施指南》草案內(nèi)容，并最終形成江蘇省“智慧工地”建設(shè)和安全監(jiān)管指導(dǎo)意見。

4.結(jié)束語

我國仍處于新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化持續(xù)推進的過程中，建筑業(yè)安全生產(chǎn)工作面臨許多挑戰(zhàn)。一是經(jīng)濟社會發(fā)展、城鄉(xiāng)和區(qū)域發(fā)展不平衡，長效監(jiān)管體制機制不完善，企業(yè)責(zé)任主體安全生產(chǎn)意識、法治意識不強等深層次問題沒有得到根本解決。因此借助于信息化手段來強化市場主體安全管理意識，改善安全管理手段，提升安全管理水平顯得尤為重要，對提升行業(yè)安全管理水平，遏制安全事故發(fā)生有重大意義。