智慧工地系統在房建施工安全管理中的應用

姬廣印 王浩南

（中建八局第二建設有限公司，山東濟南 250000）

1 概述

據住房和城鄉建設部辦公廳發布，2019年全年我國房屋市政工程發生的生產安全事故共773起，其中傷亡904人，相較2018年數據各增加39起、64人。

高處墜落占比53.69%；物體打擊占比15.91%；土方及基坑坍塌占比8.93%；起重機械傷害占比5.43%，其他類型傷害占比10.47%。

2019年全國房屋市政工程生產安全事故如圖1所示。

圖1 2019年全國房屋市政工程生產安全事故類型分布情況

在施工現場中，安全管理一般由施工單位主管，管理水平受到管理人員得到的信息和自身專業水平限制，難以做到考量全局。目前，智慧工地系統已經得到應用，信息技術包括BIM技術、物聯網技術和定位技術等。技術的應用為施工現場的安全管理模式的轉變提供了動力，可對施工現場的人、物和環境進行全面監管，及時發現問題，便于施工現場的快捷高效管理。

2 智慧工地系統的關鍵技術

2.1 BIM技術

BIM技術是一種集自動化導入和應用、信息化程度較高的管理和企業資源計劃系統。初期主要在技術層面應用，包括場景展示、工程計算、檢查碰撞等。隨后開始在房屋建設項目的基礎管理數據中應用，包括樓層數、空間關系、構建數目等。現在BIM技術在支護工地中的管理包括對服務、技術、安全、進度和綠色施工等五大管理模塊。BIM技術的優點包括協同性好、過程可視化和可模擬[1]。

（1）協同性好。

房建項目中，在設計、監理和分包管理等重要環節都需要一些專業軟件同時處理數據，會存在系統之間是否兼容的問題。如果格式和標準不一致，會產生復雜的技術問題，相互協同難度較大。基于BIM技術的模型可以將統一數據基礎進行共享，雖然個人考慮的角度不同，但可以避免因信息不對稱引起的問題。BIM模型可以將個人創建的信息數據、設計圖紙和施工圖紙進行共享，提高數據的可用性，工作效率也顯著提升。

（2）過程可視化。

BIM模型創建的全過程包括在初步設計階段、深化設計階段、施工和維護管理階段的研究、討論和決策等均為可視化，可以提前避免產生錯誤。BIM技術軟件可直接建立三維立體模型，相較于二維圖紙，可將顏色、材質等特性進行區分，能夠通過三維立體圖形看到建筑物的整體形象，減少圖紙閱讀和理解的時間，避免二維圖紙存在某些不明確點產生錯誤。

（3）可模擬。

BIM技術的另一優點是可以進行施工動畫模擬，通過對BIM模型的擴展，利用軟件和對不同時間節點的施工方法和過程等進行聯系，施工前明確項目整體過程的關鍵點，隨時監測項目過程，便于調整施工的方案，顯著提升項目管理的進度。BIM模型創建包括對施工現場的布置和安全情況的模擬，確定車輛的合理出入路線、機械的合適擺放位置、制定安全合理的逃生路線，提升安全事故中人員的存活率。動畫模擬可使工作人員更易理解和接受，降低施工現場的安全管理難度。

2.2 物聯網技術

物聯網技術是物與物之間建立的一種交互的網絡，可全面感知信息，并進行信息采集和傳輸到終端；確保運輸過程中的安全性，獲取現場人員的材料和現場機械等相關信息，可以保障能夠隨時共享；可利用智能算法對現場的數據進行實時采集并快速分析，制定智能化的決策。這一技術可以彌補傳統依靠管理人員進行管理和控制中監控不全面的情況，由被動監測管理變為主動監測管理，使管理更合理、更全面[2]。物聯網技術包括識別技術和射頻識別技術（RFID）。

（1）識別技術。

識別技術是一種普遍使用的信息代碼，通過一系列的規則條文和空格進行表達，彌補了傳統手工數據錄入的錯誤率較高、效率較低等缺點。在建筑行業中，識別技術通過掃描機械設備和已有材料中的移動終端設備，獲取信息數據，利用識別碼可直接快速留存和提取相關設備信息，為建筑項目提供技術支持和提升管理效率。識別技術可對項目過程中的物資采購、物資運輸和存儲情況進行識別，細化管理，可減少物資的浪費。

（2）射頻識別（RFID技術）。

RFID技術是通過空間電磁的耦合發送和接受射頻信號的技術，主要有三個部分。電子標簽，存貯相關要識別信息的數據存儲部分；天線，放置于電子標簽或閱讀器，起到發送和接收射頻信號的作用；讀寫器，讀寫識別特定格式對象信息的設備。

2.3 定位技術

定位技術現已取得快速發展，是一種能夠實現全球覆蓋的持續的高精準度動態測量技術。在智慧工系統中使用的定位技術需要綜合考慮實際的需求進行決定。

（1）非射頻定位。

房建項目施工現場一般較為復雜，很少用到非射頻定位技術。

（2）GPS定位。

在建設工程領域中，GPS因其精準度高的特點應用范圍較廣，但GPS定位要求施工的場地為開放的狀態，室內建筑和一些構造物定位會受到建筑物遮擋和室內電子系統電波的影響。

（3）RFID定位。

可對施工項目中的各進度進行詳細描述，物料信息的追蹤和使用均具有較大的靈活性，與物聯網技術能夠達到有效結合。

（4）WSN定位（傳感器節點定位）。

在施工現場發現安全生產事故時，WSN定位可以依靠無線傳輸定位系統（Zigbee）準確查詢人員所在位置、環境及被困人員數量，通過采取有效救援方案，達到高效救援的目的。

（5）UWB定位（超寬帶定位）。

UWB定位信號可攜帶信息傳輸給施工人員。

3 智慧工地系統在施工現場安全管理中的應用

3.1 管理施工人員

（1）勞務實名制管理系統。

房建工程施工現場的建筑人員要求不高，且建筑人員各自的技術水平存在差異，會增加安全事故發生的頻率，且難以保障工程的質量。相關企業可對施工人員進行實名制登記管理，對建筑人員的年紀、工作經驗、水平等進行匯總，建立有效的數據管理信息庫。在后期的工作分配中可以根據各自的情況進行分配，未登記人員不可進入施工現場，可保障監督管理工作的有效開展。

（2）VR安全教育系統。

施工人員操作的專業性和施工的工藝是減少安全事故發生的關鍵，結合建設項目的運行情況，對施工人員進行安全教育較為必要。VR虛擬現實技術已較為成熟，應用于建筑行業，通過三維動態模擬施工現場，使用VR眼鏡對施工中各流程進行了解和學習，對安全事故進行模擬體驗，使施工人員能夠學習緊急情況的處理措施，加強施工人員的感受，降低安全事故發生的概率。

（3）安全帽智能管理系統。

在施工現場，安全帽是施工人員的首要防護用品，傳統的安全帽防護主要依靠堅硬的外殼和減震設計。安全帽智能管理系統是與RFID技術、無線通信技術、BIM技術、語音通信技術結合的智能化、現代化管理系統，可對佩戴人員進行身份識別，管理者可及時掌握工人的工作情況和分布情況等[3]。施工現場的安全管理人員可定期將信息上傳至管理系統，分析并預防施工現場的風險。施工人員處于危險區或者操作不規范時，安全帽可以發出警報，及時有效避免高空墜落風險。

3.2 塔吊安全監控系統

塔吊安全監控系統指在塔式起重機上安裝監控系統以及無線傳輸設備，對設備運行記錄、設備參數等進行分析和輸出，實現塔吊的動態監控。運行過程中發生操作違章時，會發出警報。安全監控系統可以安裝防碰撞系統，超重或即將發生碰撞時及時報警、提示司機，司機可以根據信號選擇適當的措施，避免安全事故的發生。

3.3 深基坑監測系統

深基坑監測系統是利用土壓力盒、錨桿應力計等智能化傳感設備，監測基坑開挖、支護施工和周邊設備或建筑穩定情況。將互聯網和信息進行整合，利用針對性的監測儀器測得數據，并將數據及時發送到監測平臺進行分析，分析后可將結果反饋到對應的工作人員，一旦數據異常，立即進行警報，可使技術人員及時發現并解決問題，提高基坑監測的準確性。

4 結語

綜上所述，順應我國建筑行業發展的需要，智慧工地系統應用到房建施工現場的安全管理工作較為必要。將BIM技術、物聯網技術和定位技術與施工現場的安全管理工作進行融合、完善和創新，可以加強部門之間的配合，規范現場的安全施工，促進我國建筑事業的安全快速發展，實現城市的智慧建設。