云AI技術(shù)在施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用研究

張昊晨

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

1 項(xiàng)目概況

上海市寶山區(qū)南大地區(qū)是上海市 十三五 和十四五 規(guī)劃中重點(diǎn)整體轉(zhuǎn)型地區(qū)。從20世紀(jì)50年代開始，該地區(qū)聚集了大量的工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，涉及化工、皮革、危化倉(cāng)儲(chǔ)等重化污染行業(yè)，在20世紀(jì)80年代,成為廢氣、污水不絕的重污染地區(qū)。隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)和上海乃至整個(gè)長(zhǎng)三角的高速發(fā)展，南大地區(qū)啟動(dòng)全區(qū)域的環(huán)境治理，大規(guī)模的環(huán)境修復(fù)工程即將拉開帷幕。先進(jìn)性的規(guī)模化、集成化、規(guī)范化管理的修復(fù)工廠模式，是解決這一困擾老工業(yè)基地開發(fā)過(guò)程中土壤修復(fù)問(wèn)題的最佳途徑。寶山南大修復(fù)工廠設(shè)置在南大路728號(hào)，項(xiàng)目地塊原為上海皮革有限公司皮革生產(chǎn)車間，占地面積約74 000 m2。

2 AI技術(shù)在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的難點(diǎn)及對(duì)策

現(xiàn)階段工程專業(yè)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行AI應(yīng)用研究有3大難點(diǎn)[1-4]。

1）大部分現(xiàn)場(chǎng)工程師缺少計(jì)算機(jī)編程和數(shù)學(xué)專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備，難以理解AI數(shù)學(xué)特征模型的正確含義。

2）AI應(yīng)用在訓(xùn)練和部署之間，可能會(huì)經(jīng)過(guò)多次底層計(jì)算環(huán)境遷移，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化，會(huì)進(jìn)一步降低工程師的工作效率。

3）用于AI學(xué)習(xí)、訓(xùn)練的算力設(shè)施非常昂貴，使用個(gè)人電腦進(jìn)行AI訓(xùn)練，效率低且不穩(wěn)定，冗余數(shù)據(jù)繁多，人工標(biāo)注費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。

算力、算法和數(shù)據(jù)是AI的3大基石，目前，行業(yè)中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)在清洗、標(biāo)注和訓(xùn)練上占據(jù)了75%以上的時(shí)間，因此，算力仍是稀缺資源。對(duì)于施工企業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)工程師，需在短時(shí)間內(nèi)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理幾乎是不可能的，如要將AI引入施工現(xiàn)場(chǎng)，需要1個(gè)云平臺(tái)作為AI容器。在寶山南大修復(fù)工廠現(xiàn)場(chǎng)選用了華為云的服務(wù)，其軟硬件生態(tài)完整，能提供一體化解決方案，同時(shí)擁有全天候技術(shù)支持。使用華為云完整的軟件堆棧，可以實(shí)現(xiàn)一次性算子開發(fā)、一致的開發(fā)和調(diào)試體驗(yàn)，能最大程度地減少底層計(jì)算環(huán)境遷移造成的應(yīng)用效率降低。

3 云AI技能部署、增量訓(xùn)練及實(shí)現(xiàn)路徑

通過(guò)華為云Model Arts平臺(tái)，初步部署了包括未戴安全帽、未穿防護(hù)服、未戴全面罩、裸土未覆蓋、跑冒滴漏、人員入侵檢測(cè)6大類AI自動(dòng)識(shí)別技能，在對(duì)每個(gè)算法進(jìn)行訓(xùn)練前，在施工現(xiàn)場(chǎng)選取固定位置的抓拍攝像頭＋人工拍攝＋無(wú)人機(jī)拍攝，對(duì)樣本采取多角度取景，進(jìn)行第1次訓(xùn)練，滿足初始樣本的多樣性。

在此基礎(chǔ)上，加入干擾項(xiàng)進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注，得到初步的訓(xùn)練版本。此時(shí)，各AI算法的識(shí)別率相對(duì)較低，需要進(jìn)行多次增量訓(xùn)練，同時(shí)，每次增量訓(xùn)練后，人工復(fù)核并修改標(biāo)注錯(cuò)誤項(xiàng)、刪除易干擾項(xiàng)和重復(fù)項(xiàng)（高度類似角度、距離的樣本），其最終目的是提高增量訓(xùn)練的準(zhǔn)確度和最終版本的識(shí)別確信度。

最終確認(rèn)的幾個(gè)技能可以兩兩組合，或3個(gè)技能同時(shí)部署，通過(guò)華為云Hilens進(jìn)行多技能同時(shí)識(shí)別，確保相關(guān)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)按要求采取多種防護(hù)措施，圖1、圖2選取了訓(xùn)練末期，寶山南大修復(fù)工廠風(fēng)淋室的攝像頭抓拍到的測(cè)試圖片，此時(shí)，算法已能準(zhǔn)確識(shí)別人員是否同時(shí)佩戴安全帽、全面罩、身穿防護(hù)服，框出未按規(guī)定穿戴的人員，并以報(bào)警的形式實(shí)時(shí)推送至手機(jī)端和智慧管控平臺(tái)的大屏端，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)進(jìn)行安全管控的要求。

圖1 技能部署頁(yè)面（未戴安全帽＋未戴全面罩）

圖2 手機(jī)端＋大屏端推送報(bào)警圖片（未戴安全帽＋未戴全面罩＋未穿防護(hù)服）

按照以上技術(shù)路線，未戴安全帽、未穿防護(hù)服、未戴全面罩、裸土未覆蓋、跑冒滴漏、人員入侵檢測(cè)這6大AI算法通過(guò)增量訓(xùn)練和人工復(fù)核，最終生成的版本能夠達(dá)到85%以上的識(shí)別率，綜合識(shí)別確信度能夠達(dá)到75%，基本能夠滿足大部分施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管控需求，大大提高了安全管理的時(shí)間和效率。

4 案例工程現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)及AI應(yīng)用場(chǎng)景落地

集中式 修復(fù)工廠 模式與傳統(tǒng)的原地異位修復(fù)模式相比，其規(guī)模化、集成化、規(guī)范化管理的修復(fù)工廠的模式，是解決老工業(yè)基地開發(fā)過(guò)程中的土壤修復(fù)問(wèn)題的最佳途徑。其中，土壤淋洗作為重金屬污染土壤的優(yōu)選修復(fù)工藝，該系統(tǒng)在土壤異位淋洗區(qū)域進(jìn)行原地?cái)U(kuò)建，擴(kuò)建后的最大年處理能力達(dá)到4萬(wàn) m3，從而滿足區(qū)域性重金屬污染土壤的異位修復(fù)需要。該設(shè)備創(chuàng)新解決了上海地區(qū)黏性土壤普遍存在土壤結(jié)團(tuán)、洗脫率低和干化困難等問(wèn)題。利用現(xiàn)代化管控手段，在7#車間的2樓設(shè)置中央控制室，包括辦公區(qū)域、監(jiān)控系統(tǒng)，以及集成修復(fù)工廠所有工藝區(qū)塊運(yùn)行控制的智慧屏幕，通過(guò)全過(guò)程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，嚴(yán)密管控污染土壤流轉(zhuǎn)管理與修復(fù)工藝的運(yùn)行，在確保污染土壤修復(fù)達(dá)標(biāo)的同時(shí)，將修復(fù)過(guò)程中可能產(chǎn)生的二次污染控制在源頭、封閉于過(guò)程、消化于工廠，從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)工廠目標(biāo)的高效綠色集約化土壤修復(fù)模式。

修復(fù)大棚內(nèi)的AI應(yīng)用場(chǎng)景圍繞著高毒性、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域施工人員安全展開。基于此，為寶山南大修復(fù)工廠這一類高風(fēng)險(xiǎn)工廠設(shè)計(jì)并上線了 高危施工區(qū)域人工智能違規(guī)行為識(shí)別軟件 ，系統(tǒng)除了滿足基本的現(xiàn)場(chǎng)攝像頭管理、人員管理的基礎(chǔ)功能外，增加了抓拍、圖片識(shí)別、技能識(shí)別、識(shí)別結(jié)果查詢等與AI識(shí)別相關(guān)的功能，并結(jié)合早期已在修復(fù)工廠落地的智慧管控平臺(tái)大屏端的 土壤外運(yùn) 模塊，可以直觀搜索查詢所有進(jìn)出場(chǎng)土方車是否存在 跑冒滴漏 等違反環(huán)保要求的情況，發(fā)現(xiàn)后能及時(shí)進(jìn)行制止和整改。通過(guò)這一系列的工作，力爭(zhēng)將原有智慧工地的1.0版本升級(jí)到智慧工廠2.0版本，并不斷迭代信息。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)環(huán)境治理領(lǐng)域成為建筑施工行業(yè)中新的業(yè)務(wù)板塊，從污染的制造者到污染的終結(jié)者，需要用新的技術(shù)、新的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。本文從云AI技術(shù)在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的落地、PC端 全鏈接、全融合 和核心理念出發(fā)，圍繞工地現(xiàn)場(chǎng)的 人、機(jī)、料、法、環(huán) 等生產(chǎn)要素，綜合運(yùn)用云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，建設(shè)安全、高效、實(shí)時(shí)、智能、在線的數(shù)字化智慧工廠，實(shí)現(xiàn)工程的全局優(yōu)化，保障工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本、綠色等管控目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。