智慧交通建設現場質量安全巡檢系統設計

◎譚龍夢何遠義朱毅袁江

由于交通建設行業及一系列復雜大型工程施工安全管理的需求增加，導致安全管理和成本控制中的不確定因素增加，致使施工管理問題凸顯，安全風險放大，施工管理成本和效益都處在不可控的風險中。擬開發一款基于IOT 智能穿戴設備的交通建設現場質量安全主動巡檢系統平臺，保障交通工程質量安全，建立交通工程質量安全監督管理信息系統，通過信息化的手段來控制交通工程的風險。

一、安全巡檢系統概述

智慧交通建設現場質量安全巡檢系統主要分三個部分組成分別為：巡檢主平臺、智能穿戴設備、智能移動終端（APP）。通過將系統管理平臺與智能穿戴設備結合，實現將人員管理由粗放向精細轉變，風險預警由被動向主動轉變，作業監管由現場向遠程轉變，現場作業由單一向交互轉變，安全生產由傳統向現代轉變。通過改變管理模式，使管控更高效；通過強化防控措施，使風險更可控；通過穿戴智能設備，使作業更安全；通過統一業務平臺，使決策更精準。

二、智慧交通建設現場質量安全巡檢系統設計思路

1.理論分析與實現機理。

對智慧交通建設現場質量安全巡檢系統核心技術方法和實現機理做進一步的研究，通過智慧交通建設現場質量安全巡檢系統將工程參與人員納入施工管理做可行性研究。選擇具體案例對設計的系統平臺的相關功能進行模擬，在模擬后對整個智慧交通建設現場質量安全巡檢系統做進一步研究。

2.功能需求與實現。

通過對現有或相近的智慧交通建設現場質量安全巡檢系統進行功能需求分析和調研，確定所研究的智慧交通建設現場質量安全巡檢系統的功能要求及實現方法，搭配前端智能硬件如智能安全帽等拓展系統平臺功能。對于功能需求主要從現場數據信息實時采集、地理信息導航、人員精細化管理、人員身份標識、遠程協作調度、危險預警、應急救援、隱蔽工程驗收、問題處置決策等方面研究確定。其中，現場數據信息實時采集：通過前端傳感設備實時采集、存儲、上傳數據，并支持圖像文件的無線傳輸，可通過WiFi、4G/5G、微波、LORA 網絡實現移動終端的遠程監控與通信。地理信息導航：利用GIS 圖層技術實現項目及人員軌跡可視呈現。人員精細化管理：通過GPS+北斗定位技術，完成人員定位和調配；遠程協作調度：通過前端硬件智能安全帽內置高靈敏度麥克風及大音量喇叭，支持耳機，實現語音雙向通訊、組呼/群呼等功能，便于前后端人員的協作；可通過WiFi、4G/5G、微波、藍牙等實現與后臺的網絡通信。危險預警：通過傳感器技術，實現危險源監測項目的數據采集與上傳，實現預警功能。應急救援：通過一鍵報警功能向后臺及周圍人員發出求救信息；通過語音實時與后臺溝通，并通過大數據分析技術，實現風險識別及應急救援方案的選擇與確定。

3.系統設計原則。

根據用戶實際需求，以智能穿戴核心業務系統安全、連續、穩定運行為核心；以安全、暢通、高效的網絡傳輸為保障；注重實際，具體高效。

（1）經濟性原則。用戶可以根據實際的安全服務需求，選擇安全巡檢服務的全部或某一項服務，以定制化的形式滿足不同的安全服務需求，從而確保客戶安全需求得到滿足，投資得到保護的前提下，降低用戶的成本。

（2）安全性、可靠性原則。對用戶實施安全巡檢服務時，采取整套安全風險規避措施，如掃描策略規則級選擇、核心系統巡檢前備份等，來規避風險，以提高安全性和可靠性。

（3）機動性、靈活性原則。安全巡檢服務可以根據用戶的特定時間要求，進行靈活安排，為減輕安全巡檢服務工作對客戶網絡、核心業務系統的影響，安全巡檢的掃描測試盡量安排在業務量不大的時間段（晚上、節假日等）。確保客戶業務正常開展的前提下，開展安全巡檢服務。

（4）高效性原則。根據用戶特定的需求，快速擴展，從而高效的、快捷的對用戶業務系統、安全設備等實施安全巡檢，盡早發現存在問題，提出安全建議，降低客戶風險。建議根據項目設計原則及實際情況，結合人工智能、信息化等手段，進一步提高智能穿戴的安全管理水平。

4.質量安全巡檢工程安全管理特點分析。

質量安全巡檢工程安全管理就有以下幾個特點。

（1）流動性。公路工程項目流動性特點：首先是施工隊伍的流動。工程項目具有固定性，這決定了公路工程項目的施工是隨項目的不同而不斷地流動的，施工隊伍需要不斷地從一個地方換到另一個地方進行施工，施工流動性大，生產周期長，作業環境復雜，可變因素多。其次是人員的流動，由于施工企業超過80%的工人是農民工，人員流動性也較大。再次是施工過程的流動，因分部、分項工程、工序的不同，施工方法的不同，現場作業環境、狀況和不安全因素都在變化中，作業人員經常更換工作環境。特別是需要采取臨時性的措施，其規則性往往較差，工程項目的流動性特點使危險存在不確定性，要求項目的組織管理對安全生產具有高度的適應性和靈活性。

（2）復雜性。我國幅員遼闊，地區差異大，地區間發展不平衡，施工企業數量眾多，其規模、資金實力、技術水平參差不齊，情況的復雜使得施工安全生產管理也變得異常復雜。另外，建設工程項目的參與主體涉及到業主、勘察、設計、工程監理以及施工等多個單位。它們之間存在著較為復雜的關系，需要協作。管理層次多，管理關系復雜。工程建設項目具有工藝復雜，工序多，在建設過程中流動作業、露天作業，作業位置多變，遇到的不確定因素多等特點，這些特點決定了安全管理的復雜性。

（3）法規性。一般的企業管理可以在有關法律框架內自行管理，管理方法和手段也是不盡一樣、靈活多變。但是公路工程安全生產管理則不一樣，它所面對的是整個工程建設市場。眾多的施工企業，它必須保持一定的穩定性，必須通過一套完善的法律體系來規范。

（4）漸進性。工程建設市場是在不斷發展變化的，宏觀管理部門需要針對出現的新情況、新問題做出反應，包括各種政策和措施，以及法律法規的出臺等。這一過程相對企業管理來說是較為漫長的，不可能一步到位，只能走漸進式的發展過程。漸進性的特點也要求我們在對待施工安全管理的問題上不能急于求成，而是要腳踏實地地做好每一個工作，扎扎實實地走好每一步。

三、質量安全巡檢系統研發

1.系統功能。

質量安全巡檢系統的核心管理功能包括：巡查和檢查。“巡”主要實現的是通過智能安全帽結合里程樁號對現場進行移動指揮、影像抓拍和記錄。“檢”主要實現結合智慧監理管理需求，通過移動端+平臺端實現指令、現場處理單、抽檢及旁站流程管理并生成成果。系統平臺有以下主要功能：

（1）項目地圖：通過電子圖實現人員在線、項目信息、指令管理，一覽項目全過程概況；

（2）遠程指揮：實現平臺到終端、移動端到終端的視頻連線和遠程指揮，包含視頻和語音；

（3）智慧監理：實現指令、抽檢、旁站等檢查內容的全過程追溯和成果管理；

（4）履約督察：實現對人的軌跡、工時統計管理；

（5）工程影像：實現對現場工程影像資料的抓拍和留痕，從而實現遠程巡查，保存巡查成果；

（6）應急管理：實現對現場應急呼叫記錄管理；

（7）資源管理：里程樁號、設備、工種等資源統一配置及管理。

1）巡檢APP-用戶角色。本系統主要用戶對象包括貴州省交通建設工程質量監督局、項目監理單位、項目施工單位等角色，系統角色設置及分配的權限如下：

①質監局權限。通過地圖查看多項目的項目分布，查看多項目的數據統計匯總對比、查看具體項目信息、報監信息、巡檢信息、人員軌跡信息、人員履約信息、通過地圖調用現場智能安全帽設備進行實時遠程巡查、現場呼叫、視頻會診。

②項目監理單位權限。總監或駐地高監：可以通過GIS地圖查看管轄范圍的監理人員的軌跡信息、人員巡檢記錄、指令記錄、能夠調取現場任意一個監理人員安全帽視頻、并可進行對講，也可以通過后臺查看詳細工作記錄信息和歷史記錄。

③項目施工單位權限。可以通過手機APP 接收監理指令并進行整改后報送監理確認，通過手機APP 發起報監或旁站申請。

2）項目地圖。項目地圖實現對項目總體情況一覽無余的可視化管理，通過地圖基本實現了各項功能一步操作，給用戶帶來即時高效的體驗感。

3）遠程會診。項目地圖實現對項目總體情況一覽無余的可視化管理，通過地圖基本實現了各項功能一步操作，給用戶帶來即時高效的體驗感。

4）智慧監理。智慧監理功能是本次開發任務的重點，按照監理辦提供的需求，目前已完成主要功能包括監理指令、現場處理單、監理抽檢、監理旁站等四大功能，平臺端主要實現對數據的管理和WORD 成果導出。

5）履約督察。通過履約督察實現兩個功能：一是實時追溯用戶所在位置信息，并繪制活動軌跡；二是實現對用戶每天工作在線工作時長分鐘數的統計分析。

6）工程影像。實現對現場工程影像資料的存儲和瀏覽管理，可同時查看視頻和圖片資料。

7）SOS 信息管理。實現SOS 呼救信息管理，可通過該功能查看歷史呼救信息及呼救人詳情。

8）資源管理與初始化。資源管理與初始化功能包括標準規范初始化、WBS 工程結構部位管理、物聯網設備初始化、工程管理、崗位管理、工種管理、巡檢類型定義、風險等級定義、實時預警報警閾值定義等。

9）系統設置。系統設置包括組織結構管理、角色管理、用戶管理、菜單管理、登錄、修改密碼。

2.核心功能。

APP 系統以在線遠程會診以及質量安全巡檢報監為業務主線，主要功能包含以下內容：

（1）工程報監：施工單位利用APP 完成旁站和報監申請和執行；

（2）現場巡視：包含監理現場巡視和監理指令下達及處置相關流程操作；

（3）監督管理：包含智能安全帽視頻調取、通過安全帽進行實時對講、遠程會診通過地圖查看軌跡以及用戶歷史巡檢路線查詢。

（4）報警功能：通過SOS 一鍵報警功能進行報警，指揮中心通過地圖可以看到報警位置、報警人員，并可以調取報警人的智能安全帽實時視頻信息并進行通話。

1）巡檢APP-遠程會診。進入APP 遠程會診界面，發起遠程會診可以選擇指定用戶，等待對方同意后可視頻互動。

2）巡檢APP-語音廣播。進入APP 語音廣播界面，可以選擇廣播類型、廣播對象、輸入并及時查看廣播內容。

3）巡檢APP-報監。進入巡檢APP 報監界面，施工單位可以新增報監項目，監理單位可以查看已報監項目列表并進行報監確認，同時可以進行報監批注等。

4）巡檢APP-指令。進入巡檢APP 指令界面，可以整改（簡歷指令），施工單位可以在進行整改/延期指令操作，監理單位可以進行驗收指令操作。

5）巡檢APP-現場。進入巡檢APP 現場界面，可以上傳現場視頻或者照片新增現場。同時也可以選擇不同的現場進入，進入后可以當前現場內容情況。

3.安全巡檢系統智能穿戴設備--安全帽功能設計。

（1）智能通訊。安全帽通過平臺實現施工人員與管理部門的通訊，施工人員內部進行通話，管理人員下發廣播通知，尋找附近的人。

（2）脫帽預警。內置光敏/壓力傳感器自動檢測脫帽并預警。

（3）緊急呼救。遇到緊急情況時，長按緊急求救按鈕，即進入SOS 緊急呼救模式，安全帽將自動撥打緊急聯系人，直至有人接聽，并播放求助語音。緊急聯系人可通過后臺或手機終端查看安全帽的實時位置。

（4）視頻圖像采集。通過高清攝像頭獲取圖片和視頻，使用計算機模仿人類視覺系統，讓計算機擁有類似人類提出、處理、理解和分析圖像序列的能力。可用于獲取現場施工進度情況。

（5）定位系統。GPS 定位與 RFID、UWB 定位結合，實現工人的智能考勤、智能巡查、危險智能預警以及智能救援。

（6）輔助設備。輔助設備包括輔助面罩用于防塵，降噪耳機用于提高通話質量，陀螺儀用于拍攝防抖動，激光瞄準輔助拍攝定位。

四、安全巡檢系統研發效益及價值

交通建設過程十分復雜，傳統的施工過程管理單憑管理員的現場管控并不能滿足實際施工管理需求，隨著物聯網和智慧施工相關理論應用的發展，本文以施工理現場必不可少的安全帽為切入點，利用GIS 技術、無線通信和數據處理等技術的的有機結合，構建了智能安全帽系統，實現對施工現場作業人員、設備和物料進行實時的數據化管控，及時識別交通建設項目中的安全風險，實時監測 - -的管理變化并實現危險的白動預警功能。

1.分析智能安全帽系統在中國交通建設領域應用的可行性，并基于GIS 技術、數據處理等技術構建了符合施工現場應用的智能安全帽系統理論體系和框架。

2.依托具體的交通建設項目進行智能安全帽系統的開發和應用。通過具體案例建立三維模型，進行智能安全帽系統管理平臺、現場作業人員和系統管理的模擬，完成對上述創建的智能安全帽系統的實例驗證。

3.為信息化交通建設管理提供了一種新的模式。這樣的管理方式能夠通過對施工現場可視化的實時監督，對人員流動、交通建設設備和物料跡的及時把握和對安全風險的自動預警等方式，實現了在同樣的人力成本條件下，施工現場管理的安全風險降低。另外，避免了傳統施工過程龐大數據信息的人工理，通過軟件和程序語言，實現數據的白動集成和匯總，方便數據的存儲和查詢，同時又更加直觀的反應施工各項指標的狀態。

結束語

智慧交通建設現場質量安全巡檢系統利用先進的物聯網技術和VoIP 技術的Push to talk 業務，通過終端硬件與基于GIS 地圖感知的系統平臺的結合實現質量安全“五位一體”管理。通過WIFI 無線和5G&4G 進行數據傳輸，施工人員及現場管理者人手配備智能穿戴設備，智能穿戴設備支持語音接收、語音發送、視頻發送、圖片發送、人員定位等功能，“智能安全帽”采用“降噪揚聲”技術，實現施工現場或現場與項目部、指揮部、管理中心任意工作人員的及時通訊，提高溝通效率。通過平臺對人員作業位置可隨時調度并進行現場影像收集、語音指令傳遞等管理，提高調度靈活性和及時性，為管理者提供有效的管理方式。