淺析智慧工地在油氣管道站場項目管理中的應用

張世斌，張小俊，賈立東，夏秀占，史 威

（國家管網集團 北方管道有限責任公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

據不完全統計，80%工程事故都與承包商管理有關，亡人事故中90%由承包商事故引起。國際安全評級考核中，承包商管理是當前管理的短板，如何加強施工和承包商監管是當前面臨的一道難題。輸油氣站場均屬于含油氣高危場所，對各類應用設備的防護防爆性能有著嚴格的要求，市場主流的智能監管設備無法滿足防爆的相關要求，其他行業的智能監管措施在油氣場所無法移植實現。同時，傳統監控設備因固定式安裝、一次性、轉移困難等缺點，不適用于大修、新建項目不定周期、不定地點、重復布置的特點，易造成重復投資、施工布置繁瑣的問題。

智慧工地建設著力解決施工現場管理，尤其是承包商管理的突出問題，將計算機技術與物聯網應用相結合，圍繞現場人員、設備、環境等管理，通過人工智能、無線網絡技術以及視頻監控等手段，實現對現場施工人員、設備、環境情況的實時定位、監控，及時發現違章、管理不到位等異常行為，變被動式管理為主動式智能化管理，解決施工過程中出現的“人的不安全行為、設備的不安全狀態、環境的不安全因素、管理人員的監管不到位”等難題，有效提高施工現場的管理水平和管理效率。

1 現狀分析

分析近些年工程事故原因，國家管網集團各類審核檢查，發現施工現場承包商管理問題集中體現在如下一些方面：

1）安全培訓、風險分析與現場作業人員不一致。

2）現場人員混亂，關鍵人員監管不到位或無監管。

3）違章作為、安全保護措施不到位。

4）作業票（特種作業）不能滿足現場簽發的要求。

5）現場作業環境檢測不及時。

6）工序混亂、較差作業管理不規范。

7）工地現場環境監控設備不標準、不完備，且有些功能缺失，關鍵設備無法實現數據遠傳。

8）智能化信息水平差，主要靠現場人員管理，易出錯，不易留存歸檔。

9）主流智能識別設備防爆性能無法滿足油氣場所使用要求。

2 平臺建設的目標

國家油氣管網智慧工地平臺，著力建設解決油氣行業新建、大修工程全項目周期管理，主要包括5 大功能模塊：項目風險評估、承包商選定、承包商開工前準備、承包商作業過程中的HSE 管理、項目三方（建設方、監理方、承包商）安全績效評估，涵蓋了工程項目建設的始末，有效提高施工現場的管理水平和管理效率。管理人員通過智慧工地平臺可隨時隨地掌握項目的進展情況，監控現場的施工動態，及時發現問題并督促施工單位、項目負責人及時整改隱患，杜絕各種違規操作和不文明施工現象，促進安全生產和工程質量管理。

智慧工地平臺技術實現方面，結合物聯網、大數據、人工智能AI、VR、無線傳輸等技術，實現施工人員行為實時分析，人員位置坐標實時上報，施工現場環境實時監測，施工區域全WIFI 覆蓋，全油罐區智能VR 漫游，漫游過程中可實時查看設備運行狀態，監測異常數據實時上報推送到相關責任人，解決了施工過程中出現的“人的不安全行為、設備的不安全狀態、環境不安全因素、管理人員監管不到位”等難題。

人員管理方面，凡參與到項目中的全部人員需要進行在線人員資質申報，由建設單位或監理單位進行資質審核，審核通過后需參加相關不同工種的專業考試，考試合格后人員信息下發到人臉識別系統中才可進入工地，系統自動生成人員工牌，進出工地需要進行人臉識別考勤，結合智能AI 識別技術、人臉識別技術、平臺自身能力，實現施工現場人員的培訓、在線申報、人數統計，非法入侵、人員資質識別、徘徊、無資質作業等人的不安全行為的監測監控。

物聯設備管理方面，智慧工地系統底層搭建物聯網平臺，包括設備快速接入、數據解析、設備授權、數據加密傳輸、設備管理、報文數據存儲等功能模塊，可實時監測接入到平臺中的物聯設備運行狀態，設備狀態可推送到平臺端和移動端實時查看，設備報文分析預警，提前消除各類安全隱患。

施工現場環境管理方面，針對油氣行業施工過程中存在易燃易爆特殊場所，研發了可燃氣體監測設備，支持定時上報，濃度和濃度超標現場聯動報警兩種模式可同時使用，可檢測可燃氣體濃度、粉塵、含氧量等。另外，針對現場施工方面，揚塵監測設備可監測噪音、溫度、濕度、PM2.5、PM10 等，完成對惡劣氣象環境下的違規作業智能預警。施工現場布置視頻監控全覆蓋，全方位、24h 實時監視現場動態。利用行為分析算法，實時監測施工人員是否佩戴安全帽、多人聚集、暈倒、未佩戴勞保著裝等違章行為，分析結果推送至手機端與PC 端，實時監管現場施工安全行為。

項目管理方面，提前細分大修作業工序，在平臺中固化進度計算方法，根據實際確認的工序，自動統計施工進度，施工進度通過人工確認和現場監控相結合的方式進行復核。作業過程中實現關鍵工序、防控措施、關注事項、巡檢內容數字化和標準化，移動APP 與施工進度相結合，實時推送巡視內容及關注重點作業環節，解決各方監管人員巡視檢查不到位的問題，實現預警及時提醒、管控措施標準化、事后可追溯。

特種作業管理方面，施工現場特種作業實施前，需要提前申請特種作業許可證，填報相關特種作業信息，選擇特種作業相關人員，系統自動生成作業許可證，通過現場擺放人臉識別閘機設備進行人員考勤，自動關聯統計相關人員到場情況，統計特種作業到場監護率。

3 智慧工地平臺建設

3.1 智慧工地平臺設計思想

平臺設計采用模塊化設計：一套硬件、一個平臺、多個模塊，功能模塊可根據需要進行自由選擇和組合，操作簡單、支持深入優化。系統建設本著開放性/可拓展性強、使用便捷、維護方便、適應性強、安全可靠、可重復使用的原則進行智慧工地系統的開發。系統的規劃站在作業現場全面管控的角度，考慮工程的實施組織和管理，制定可行的整體計劃。系統架構采用靈活的系統框架結構、平臺化的設計思想、多層的體系結構。系統適應業務管理三級體制的特點，采用積木式應用累加，全面滿足目前和將來可能有的各類業務，適應“分布處理、集中管理”的管理要求。智慧工地平臺采用前后端分離架構，前端web 采用vue 主流前端框架，移動端采用Uni-app，后端基于Java 語言開發，整體采用模塊化設計。

3.2 平臺技術架構設計

智慧工地平臺軟件技術架構以組件化方式實現產品構成，平臺應用技術集成了消息中間件（kafka、zookeeper）、分布式緩存(Ehchche)、應用容器(Docker)、事件分發、視頻壓縮傳輸、AI 智能識別、流媒體接入（采用GB28181 接入）、設備接入、數據加解密、存儲接入、云推送、大數據分析模塊等各類服務，由各個組件承載相關服務能力，提供平臺及支撐組件的各種功能需求。

平臺建設充分考慮智慧工地項目規模應用場景和平臺擴展性，平臺總體設計時實現各服務水平的擴展能力，如智慧工地物聯設備管理模塊，支持多設備接入（人臉識別設備、揚塵監測設備、視頻監控設備、可燃氣體監測設備等）、數據解析、設備報文分析預警、設備數據存儲等，不同的組件服務可部署到不同的服務器中，針對大并發業務支持多節點部署，保障系統穩定性。

智慧工地平臺其余業務功能模塊均采用分布式設計架構，平臺可根據物理服務器資源及服務容量情況，將平臺內組件獨立部署到不同服務器，根據業務組件承載業務量不同，實現資源動態調配，總體實現平臺較高的擴展性及穩定性。

針對平臺使用流暢性方面也做了大量的設計工作，采用各種先進技術支持應對大規模并發下平臺流暢性，采用分布式緩存、事件分發機制、消息中間件等技術來提升響應速度，減少各環節交互的性能損失，提高系統運行流暢度，平臺UI 頁面設計更為人性化，采用B/S 架構網頁端實現業務數據管理配置等，移動APP 輔助業務應用，使平臺管理和用戶操作便捷性等方面更方便高效。

智慧工地平臺綜合展示模塊，提供各類分析統計功能，可根據項目建設年份統計查詢分析，為管理者決策提供數據輔助。其中，包括平臺整體項目建設情況分析，項目建設進度、不同階段項目的數量統計、項目建設三方（建設方、監理方、施工方）實時得分；HSE 管理模塊，可統計管理部門和安全部門在項目建設過程中的管理情況；特種作業管理模塊，可統計項目建設過程中各類特種作業數量和對應占比；項目監護率模塊，可展示各項目特種作業實施過程中相關負責人看護情況；預警消息模塊，可統計AI識別報價數量、可燃氣體報警數量和設備故障報警數量等；人員管理模塊，可展示項目建設三方人員投入情況和整體占比；施工現場人員管理模塊，可查看項目現場人員分布情況；設備應用管理模塊，可查看各類設備接入數量、在線數量、使用天數情況。

4 智慧工地前端設備配置

4.1 防爆出入口集裝箱設備

一體式防爆出入口集裝箱采用不銹鋼材質打造，具有經久耐用、防撞擊等特點；雙通行通道，可雙向進出并且具有斷電掉桿功能，方便設備故障或緊急情況時應急通行；配備智能人臉識別一體機，可進行動態人臉識別分析，識別到已錄入的人員后，發出語音播報（可自定義播報內容），閘機打開，人員可以通過，識別到未錄入人員后，設備發出“注意陌生人”（可自定義）的警報。同時，人臉識別設備會將識別到的（已錄入）人員信息上傳到平臺，并在防爆顯示器上顯示，人員信息包括姓名、性別、工種、照片等，也可顯示抓拍到的未錄入信息人員的照片，記錄施工人員進場出場時間。

出入口在進出兩個方向裝有手拉式卷簾門，便于運輸和儲存?？傮w硬件設計合理，達到防爆要求，設備前期預留相應的外接設備接口，可擴展不同的傳感器，可根據現場場景使用要求進行調整。

4.2 壁掛式安裝43寸防爆顯示器

可分區顯示不同信息，包括人員信息、陌生人抓拍，氣象信息、可燃氣體及有害氣體濃度信息、施工人員進出場時間表等信息。雙通行通道以外，還配置有應急通行門，可通過大件工具和設備，也可作為消防通道。

4.3 防爆揚塵監測設備

揚塵監測設備可監測溫度、濕度、噪音、PM2.5、PM10、風力、風向風速等，支持4G 數據通訊，并可將數據遠傳到智慧工地平臺端。

4.4 防爆智能監控設備

采用華為高清智能攝像機機芯，支持H265 視頻編碼技術、SEC 前向糾錯技術、60 幀高幀率編碼處理技術；智能識別監測功能：如周界入侵監測、越線監測、人臉監測抓拍、人臉對比識別等功能，多項業界領先技術，防爆等級Ex d ⅡC T6 Gb。

4.5 可燃氣體監測設備

可燃氣體監測設備有兩種產品形態：一種為手持式設備，可監測4 種可燃氣體和SOS 求救；一種為佩戴式設備，可監測一種可燃氣體和SOS 求救，設備支持可燃氣體超標語音播報超標濃度和設備信息，并可實現設備聯動報警，氣體濃度數據、SOS 數據、濃度報警數據均可遠程到平臺端。

4.6 智能安全帽設備

智能安全帽具有人員定位、脫帽感知、SOS 求救、拍照、本地錄像和音視頻通訊功能的一體化智能穿戴安全帽產品，基于智慧工地后端物聯網平臺，實時監測人員位置，遠程指揮提供了工作效率，也解決安全生產現場作業過程中的各種問題，實現“集感知、分析、服務、指揮、監管于一體”，打造“物聯網+”的智能化、精細化、過程結果并重的安全生產管理新模式。

4.7 防爆可折疊支架

主體為鋁合金材質，采用5mm 厚度鋁合金鋁管，具有重量輕強度大的特點，防護等級不低于IP66；重量不超過12Kg，單人可搬運，涉及到折疊的組件，采用手擰螺絲固定，實現單人無工具徒手安裝部署。支架共安裝3 個防爆插座，采用嵌入式安裝，更加美觀實用，與上端攝像機和下端電路之間連接，均采用無火花式防爆插頭，整體滿足防爆要求。

5 結束語

綜上所述，智慧工地平臺功能全覆蓋承包商HSE 管理流程，通過人臉識別、智能行為分析等技術，實現從項目前安全風險分析、承包商選商，到項目中HSE 管理，項目結束后的績效考核和HSE 管理分析全覆蓋，尤其是完美解決作業許可管理中存在的人員不到場監護、不現場簽字、施工人員與申請人員不符的問題。該技術的應用，創新了油氣站場承包商HSE 管理新舉措，首次實現智能管控技術，攻克了智能分析設備不能滿足防爆、方便布置、重復應用的難題，發明了作業許可管理智能監管方法，解決了作業許可監管無有效措施難題。