淺析建設工地遠程數字化管理的應用

馮 浩

長治市數字化城市管理監督中心

1 引言

近年來，我國建筑行業快速發展，在優化城市規劃設計、提升城市形象、改善人居環境等方面發揮著重要作用，建筑行業健康發展關系到國民經濟和人民生活水平。然而，雖然建筑行業機械化、數字化水平不斷提高，但仍屬于勞動密集型產業，從業人員素質普遍不高，施工企業監管機制不健全問題突出，如施工安全、違章操作、現場揚塵等，業已成為城市治理的重點工作。在此背景下，政府部門應借助智慧城市建設優勢，將信息技術與建設工地監管有機結合起來，通過建設建設工地遠程數字化監管平臺，實現建設工地治理和監管的常態化、精準化。

2 數字化工地管理的背景與意義

2.1 平臺建設建設意義

2016 年8 月份，我國住建部印發了《2016～2020 年建筑業信息化發展綱要》明確要求建筑行業發展目標和重點工作任務，要求建筑行業、企業綜合利用BIM、大數據、移動通信、智能化、云計算、物聯網等信息技術手段推動實現建筑業數字化、網絡化、智能化突破，全面提高建筑行業信息化水平。在現代社會治理中，政府建設行政主管部門是建設項目、工地的監督管理主體，肩負著建設工程施工安全、現場安全、文明施工和城市環境治理的重要責任，但由于城市在建工地數量較多，監管部門監督面臨手段落后、人員數量不足、難以常態化監管的困境，亟待優化建設工地監管手段，強化政府管理與監督，促進城市治理精細化、智能化。為實現該目標，有必要建立建設工地大數據云平臺，借助互聯網技術、物聯網技術、神經網絡技術等，實時監控在建工地情況，動態統計分析在建工地各方主體行為，實現工地建設安全監管和預警、風險提醒等功能，提高政府監管水平，推動工地建設安全標準化管理水平，防范建筑重大施工安全風險，圍護社會穩定。

2.2 平臺建設目標

基于建設工地遠程數字化監管目標和需求，平臺建設目標為：（1）集合多種信息技術手段，實現建設工地信息狀態動態感知、數據分析，整合海量多源數據，實現城市建設工程數據整合、共享；（2）基于大數據挖掘技術和神經網絡技術實現工程安全風險動態監測、專業評估和實時預警；（3）基于建設工地安全風險分析與預警，實現建設工地監控自動化、智能化，為多部門管控協同化提供可靠依據；（4）完善建筑行業監管標準體系，提升建筑行業監督、預防和應急處置管理水平，推動城市社會治理現代化、精細化、智慧化。

2.3 數字化管理平臺架構

根據建設工地遠程數字化監管平臺建設目標，綜合考慮平臺建設擴展性、使用便捷性、信息安全性，平臺應具備數據接收、存儲、分析、處理、應用等功能。結合各類專業系統建設經驗，數字化監管平臺分為四個層次，依次為協議層、服務層、業務層和表現層（如圖1所示），其中，業務才能和服務層平臺建設的核心，由各類業務處理模塊組成，表現層主要采用B/S架構，可通過網頁訪問或APP 嵌入模式實時監管在建工地實時狀態，并能夠展示數據統計分析圖表；業務層主要提供平臺各類功能，包括工程進度監控、安全施工、施工設備監控、揚塵監控、出入車輛管理、惡劣天氣預警與提醒、消防及用水監控等功能；服務層主要為應用網關、分析服務、應用緩存、數據接口等，為多源數據接入提供標準化依據；協議層主要是建設工地現場各類數據采集終端和網絡傳輸模塊，包括攝像頭、交換設備、光模塊等，是整個平臺建設的數據收集基礎。

圖1 遠程數字化管理平臺系統架構

3 遠程數字化管理平臺實際應用

基于建設工地平臺化建設，依托于多源數據采集、質能分析、實時監控等信息技術手段，本平臺主要實現以下功能。

3.1 工程進度監控

根據工程建設全壽命階段，工程項目可劃分為“現狀評估、總體規劃、控詳規劃、方案設計、施工監管、竣工驗收”六個階段。在建工程項目信息收集數據來源包括項目審批資料、BIM 信息模型、在建工地建設動態信息、竣工驗收資料等信息。在項目實施前和竣工驗收后，工地監管平臺詳細介紹工程建設規劃內容、審批方案、竣工日期等。建設實施階段，通過采集施工現場設備、建筑構件、主體結構標高等信息，結合大數據技術和BIM 信息模型施工模擬，通過分析同類工程施工經驗、施工周期等數據，結合現場施工實際情況數據分析及實際施工進度上報數據，匯總形成城市在建工地施工進度展示圖表，并實施展示工地建設進度“正常”、“提前”、“滯后”等信息。依托于城市規劃、市政、建筑、道橋、園林、地質等多領域數據，整合在建工程項目地址勘查、自然地理、市政交通、建設設計、施工建造、運營管理等各類數據，對比分析在建工程各工序計劃施工時間和實際施工進度差距，并結合建設企業上報施工進度和進度落后原因等信息，理順城市綜合治理線條，建立城市規劃治理敏捷聯動和反饋機制。

3.2 施工安全監管

依托于施工工地現場人臉識別設備、人員身份RFID識別設備、信息錄入設備、閘機和語音提示設備等，在施工現場入口處對比分析進場人員安全防護用品佩戴情況，包括安全帽、安全繩、安全帶等安全防護用品。根據人臉識別、施工人員所屬分部分項工程項目安全防護需求和人工智能分析數據，對入場員工安全防護用品缺失情況進行提示，佩戴完全的員工閘機自動放行，反之則不放行，落實安全防護第一道關卡。在施工過程中，基于現場數據采集和視頻分析，針對未正確佩戴安全防護用品的工地進行標記，并在監管平臺進行記錄、展示、提醒和歸檔。監管部門可根據平臺展示相關信息對工地責任主體給予管理、提示、處罰等。為滿足施工安全監管需求，建設主體應配合監管部門完成施工人員信息采集、上報等工作，上報員工信息包括姓名、性別、戶籍、證件及類型、證件編碼、工種及職務、進出場時間、勞動合同等信息，并上報員工安全培訓記錄信息，包括崗前培訓、施工技術交底、培訓時間、培訓單位等信息。通過員工施工行為和安全教育培新信息采集，預防和控制違規操作、違章指揮等行為，確保工地施工安全主體責任落實。

3.3 施工設備使用監控

為實現在建工地監管體系化、常態化、精準化，工地遠程數字化監管平臺具備施工設備使用監控功能。數據采集來源于施工設備內安全監控設備、高度傳感器、速度傳感器、重量傳感器、傾角傳感器等信息采集模塊，能夠實現施工設備駕駛員身份識別、設備運行狀態實時監控等功能，杜絕無證操作、違章操作，并實現施工設備定時維保、維護保養等功能。以塔吊設備為例，平臺能夠實現駕駛員信息采集、核對等功能，并與塔吊設備入口門鎖聯動，實現對操作人員監控管理。通過高度、速度等傳感器數據采集，與塔吊設備額定能力進行對比分析，當設備工作負載超過額定能力時，施工現場設備以聲光電形式提醒，并遠傳至監管平臺。當塔吊設備存在危險運行趨勢時，如存在超載、碰撞等風險時，塔吊起重機控制回路電源自動切斷，并向監管平臺發送“危險”日志信息，作為監管部門監管依據。

針對施工升降設備人料混用情況，可通過升降機內視頻監控設備采集狀態信息，借助神經網絡算法識別升降機內施工材料或人員信息，當發現施工材料專用升降機內存在人員情況時，現場發出聲光報警，并記錄違章時間、違章人員、工地等信息，列入責任主體監管考核范圍，實現施工現場安全管理常態化、規范化。

3.4 揚塵監控與治理

根據住建部“六個百分百”要求，在建工地應落實工地周圍100%圍擋、物料堆放100%覆蓋、出入車輛100%沖洗、施工現場地面100%硬化、拆遷工地100%濕法作業、渣土車輛100%密閉運輸。為實現該目標，遠程數字化監管平臺采集施工現場揚塵、噪聲、氣象等環境數據，通過整合施工現場監控數據、衛星圖像信息數據，自動采集、識別現場圍擋、物料堆放覆蓋、地面硬化、渣土車輛密閉運輸等數據，并自動上傳至監管平臺。根據現場視頻監控、噪聲、氣象、揚塵監測數據，分析現場揚塵治理情況。當現場揚塵PM10監測數據連續超過30分鐘超過150μ g/m3時自動報警并自動上傳視頻資料和環境數據。為滿足車輛沖洗和密封監管要求，在施工現場入口、出口位置增設圖像監控分析設備，通過神經網絡算法對車輛牌照、車身清潔度、車輛覆蓋情況進行分析和識別，并與在建工地數據庫關聯，形成在建工程車輛違章操作檔案，列入在建工地責任主體考核內容。

3.5 惡劣天氣應對管理

遇臺風、暴雨等惡劣天氣情況下，易發生大型起重設備倒塌、受損等情況，極易發生事故安全事故。我國生產的塔式起重機設計最大荷載為42m/s，能夠承受12級臺風側向荷載。而在臺風情況下，最大風力往往超過12級，可能造成起重機械設備倒塌事故。同時，臺風、暴雨等天氣容易造成基坑邊坡滑移、失穩和臨時建筑垮塌等問題。為提高建設工地應對惡劣天氣能力，可將惡劣天氣預警提示集成到遠程數字化監管平臺，通過電話通知、現場顯示屏滾動提醒、現場廣播通知、手機應用通知等方式實現多渠道信息傳遞，協調、管理、監督施工現場作業人員轉移和作業停工，督促建設工地管理人員落實惡劣天氣應急預案，如塔吊設備錨固、切斷臨時用電、基坑支護加固等措施。政府監管部門可通過監管平臺實時查看現場實時信息，并通過視頻監控畫面智能分析實現安全風險的有效識別、防控和監管，提高建設工地應急處置能力，防控重大安全事故發生風險。

3.6 消防及用水方面的監控管理

在消防安全管理方面，遠程數字化監管平臺可實現遠程安全巡查功能，通過與建設工地消防連鎖系統聯網，及時發現消防安全壓力、流速、消防設備設施狀態等情況，并通過視頻圖像分析有無自動消防噴淋頭遮擋情況等，實現現場消防安全管理長過程監管。針對存在安全隱患的建設工地，監管平臺可根據監管責任主體部門權限和責任劃分進行提醒和通知，向消防、建設局、建管局、安監局等部門發送通知，通過現場消防安全檢查，監督建設工地消防安全責任落實，切實防范建設工地消防安全風險。

在建設工地用水方面，為了推動建筑綠色施工，滿足建筑工程項目節能降耗要求，實現水資源的合理利用，在借鑒先進地區、企業施工經驗的基礎上，強化自然降水的合理利用，鼓勵建設工地責任主體通過集水桶、集水井等方式收集施工場地內自然降水、基坑內地下水等資源，經三級沉淀和過濾，將水資源集中用于施工現場揚塵治理、車輛洗消等環節。遠程數字化監管平臺接入工地現場水泵設備，計量工地現場節水情況，配合工地現場視頻監控數據，動態感知建設工地實際節水情況，作為工程項目綠色建筑評價重要依據，以此推動建筑企業節能降耗，推進綠色建筑高質量發展。

3.7 全時段、跨部門聯動治理

基于遠程數字化監管平臺多源信息采集、識別信息，積極推動跨政府部門職能聯動，建立多規合一、多測合一、多管合一的建設工地監管體系，最大限度實現城市建設信息共享共有，重點解決建設項目審查、項目審批、工地施工行為監管、竣工驗收等環節信息不共享的問題，支持平臺多部門聯審、多專家論證等功能，不斷完善多部門多管合一機制，加強部門協調與溝通，推動建設工地多部門聯合監管，不斷提升城市綜合治理水平。例如，針對建設工地高發的消防安全風險、施工安全風險、施工設備違章操作等問題，監管部門可基于平臺監測信息召開專題會議，結合主管部門執法局現場檢查和指導情況，通知建設工地責任主體糾正整改，并加強整改措施檢查落實和常態化監控，實現建設工地全時段、跨部門聯動治理，提高城市綜合整治精細化管理水平。

4 結語

新時期背景下，我國政府積極推動智慧政府建設，依托于信息技術手段，通過多源數據整合、利用，實現社會治理精細化。在此背景下，將信息技術與建設工地監管緊密聯系起來，通過施工現場多源數據采集、傳輸、識別、整合，有利于化解建設工地安全風險，構建常態化、精準化的建設工地監管體系，解決政府責任主體監管手段單一、人員不足的困境，推動建筑行業規范化發展，提高城市綜合治理能力。