基于5G技術的發電廠基建智慧工地安全監管系統應用研究

姜英偉 林佳飛 王穎 倪芳

(1.內蒙古京寧熱電有限責任公司，內蒙古 烏蘭察布 012000；2.北京京能信息技術有限公司，北京 100000)

0 引言

發電廠建設項目具有投資規模大、周期長、參與人員眾多等特點。當前，由于建筑施工管理方式粗放、安全管理人員水平較低，發電廠基建期安全管理面臨嚴峻挑戰。

隨著信息技術的快速發展，智慧工地建設水平日益提升。智慧工地是以先進的信息化技術為手段，通過有效集成和使用物聯網、人工智能、移動應用、大數據、云計算等新興技術，建立實時感知、互聯互通的基建工程現場管理平臺，可有效提升工程現場管理水平[1-3]。

人工智能、BIM、RFID定位等新興技術的探索與應用，為智慧工地安全管理提供了新的思路與方向[4-6]。但是，智慧工地的投入成本與實際效益不平衡的問題制約著其推廣進度。如何在投入成本與實際效益之間取得平衡，實現投入少、收益高、應用時間長的項目目標，成為智慧工地管理系統建設急需解決的問題[7]。

本文以內蒙古京寧熱電有限責任公司二期工程建設項目(以下簡稱“京寧二期項目”)為例，從系統特點、系統架構、系統應用、應用效果4個方面對京寧二期基于5G技術的發電廠基建智慧工地安全監管系統進行分析。

1 系統特點

1.1 面向工人

一方面，為施工人員提供入場、體檢、培訓和考勤等的便捷服務，提升施工人員主人翁意識，保障施工安全；另一方面，通過遠程視頻實時監控、人臉識別、違章抓拍等手段加強安全監管，為現場安全管理提供便捷有效的監控手段。

1.2 突出重點

基于電力建設項目特點，有重點地選擇智慧工地安全監管功能，以解決投入成本與實際效益不平衡的問題。

該系統具有三個方面的功能：一是對危險與重點工程主動監管，如對高支模、腳手架和深基坑進行實時監測；二是加強工程亮點宣傳，收集工程建設的亮點，持續進行宣傳；三是管理和保存隱蔽工程數字檔案，為后期項目運維提供支撐。

1.3 創新驅動

該系統的技術創新主要體現在兩個方面：一是融合使用新技術，如5G傳輸技術、VR虛擬技術、人臉識別技術、違章抓拍技術等；二是創新應用方式，如系統中使用了無線纜的視頻監控攝像頭，通過高空鷹眼+固定攝像頭+無人機進行全面監控。

1.4 持續應用

該系統采用的門禁、考勤、VR安全培訓、健康體檢等硬件與軟件設備可基本滿足運維期持續應用的需求，或者在運維期根據實際需求進行簡單的功能配置或開發即可。

2 系統架構

2.1 功能架構

該系統分為設備層、網絡層、業務功能層和分析展現層4個層次，如圖1所示。

2.1.1 設備層

設備層主要是為網絡層和業務功能層提供硬件基礎，主要包括測點監測設備、攝像頭類設備、無人機、門禁閘機、智慧健康亭、VR虛擬技術和服務器等。

2.1.2 網絡層

網絡層是指滿足系統數據傳輸和信息安全的網絡系統。根據實際運行需求，該系統采用5G網絡、無線網橋和雙向隔離網閘等設備。

2.1.3 業務功能層

業務功能層是指為了滿足智慧工地各類人員需求而定制的智慧應用業務，主要包括重點工程管理、人員安全管理和智慧安全管理三個應用層次。

2.1.4 分析展現層

分析展現層是對應用數據進行分析和轉化，并通過各類終端將信息反饋給用戶。

該系統通過BI軟件進行數據接口、BI數據分析和數據報表的定制展現，實現PC端、移動端、智慧大屏數據的統一展現。

2.2 網絡架構

在系統構建過程中，注重現場實際情況和網絡安全。5G技術的應用為該項目的視頻監控和危重工程的數據監控提供了有力支撐。基于5G技術的網絡架構圖如圖2所示。

根據現場實際情況，選擇5G網絡、網橋連接、有線網絡相結合的方式。一方面，確保網絡穩定；另一方面，有效降低了成本。例如，設置在煙囪頂的鷹眼攝像頭，因5G信號不穩定、敷設光纖成本高且施工不便，選擇網橋方式接入就近光纖，既節約了成本，又保證了網絡的穩定。

此外，網絡安全也是系統建設必須考慮的重要問題。該系統通過采用雙向網閘、防火墻、VPN等技術保證了網絡的安全性。

3 系統應用

3.1 人員管理

3.1.1 勞務實名制

該系統使用人臉識別閘機進行勞務實名制管理，主要應用在以下三個方面：

圖1 系統功能架構圖

圖2 基于5G技術的網絡架構圖

(1)入場管理。采用人臉識別技術，施工人員無須帶卡進出工地，為施工人員提供便利。同時，無須對入場人員進行身份核對，提高了入廠人員管理效率。

(2)考勤管理。使用閘機進行考勤簽到，實現自動考勤；通過實名制考勤，保證了考勤的公平、公正，避免了勞務糾紛。

(3)人員管理。統計實時在場人員、當日人員入場情況、當日考勤人數等信息，便于掌握工地人員狀況；記錄、核對入場人員數量變動趨勢，便于及時了解各施工單位的施工人員數量等；將入場人員數量與當日考勤人數進行對比，督促施工單位及時進行人員數據更新。

3.1.2 智慧健康亭

智慧健康亭為施工人員提供了操作便捷、可自助服務的體檢設備，提供常規檢測和生化檢測等檢測設備。主要體現在以下兩個方面：

(1)自愿體檢。員工刷身份證即可進行體檢，自助進行身高、體重、血壓、血氧、心電圖等體檢操作。

(2)強制體檢。對于身體處于不健康狀態的員工，可以對其進行相關指標的檢測，避免人員在不安全狀態下從事危險作業，以有效保證施工安全。

3.1.3 VR安全培訓

傳統的安全培訓存在效率不高、流于形式等問題。通過VR虛擬現實技術，設置安全事故場景，讓施工人員進行切身體驗，提高安全意識。該系統的VR安全培訓具有以下兩個特點：

(1)簡潔的培訓場景設計。培訓場景均選自真實、常見的安全事故案例，具有較強的針對性。采用了極其簡便的操作流程，主要操作僅需使用兩個按鍵。在場景培訓完成后，介紹真實事故案例，分析事故發生原因，有效提升了受訓人員的安全意識。

(2)實用的培訓方式。一是在人員進行入場安全教育時進行培訓，鼓勵施工人員積極體驗VR培訓場景；二是在人員違章后，強制進行全面的安全培訓場景教育學習。

3.1.4 AI違章抓拍

該系統通過AI和人臉識別技術，使用攝像頭和移動布控球對未佩戴安全帽等行為進行違章抓拍，可減少安全監管人員數量、提升安全監管效率。

3.2 工程管理

3.2.1 重點工程監測

腳手架、深基坑和高支模一旦發生事故，極易出現人員傷亡和財產損失，因此需要高度重視。該系統通過設置明顯的監測點對重點工程進行實時監測，以提高施工人員和管理人員對危險區域的重視程度。例如，采用裂縫監測點、邊坡沉降監測點對深基坑工程進行監測；采用傾斜監測點、位移監測和壓力監測點對高支模工程進行監測；采用傾斜監測點、位移監測點對重點腳手架進行監測。

3.2.2 隱蔽工程管理

對于隱蔽工程而言，傳統的紙質文件記錄的方式難以充分記錄相關工程信息。因此，該系統采用圖片和視頻的方式進行工程信息記錄與管理。同時，增加了手機上傳視頻和照片的留檔功能，完善了隱蔽工程留存資料的內容，為運維管理提供了數字化檔案。

該系統的隱蔽工程管理流程簡潔，只需由施工單位提出驗收申請、建立單位進行審核，再由建設單位進行批準即可。

3.2.3 工程亮點管理

“宣傳工程亮點、爭做亮點工程”是該項目進行亮點工程管理的原則。以往，各項目均設有工程亮點的宣傳欄，大大增加了項目成本。京寧二期項目將工程亮點圖片集中收集，在系統大屏上統一展示，既具有較好的宣傳效果，又節約了項目成本。

3.3 智慧視頻管理

3.3.1 無線纜全面安全監控

在工程基建期，現場施工環境復雜、交叉作業多，經常出現線纜被挖斷的問題。該系統采用5G網絡、無線網橋等進行無線傳輸，采用太陽能板和電池進行供電，無須敷設遠距離的網絡和供電線纜，縮短了建設工期、節省了施工成本。

該系統充分考慮基建安全監控的需求，采用固定攝像頭對室外工程項目進行監管，采用移動布控球對重點區域和室內區域進行監管，采用鷹眼攝像頭從高處進行監視，采用無人機對鷹眼攝像頭不易監視的區域進行補充監視，實現了施工現場的全區域監控。

3.3.2 AR實景監控

該系統借助全景攝像頭進行施工現場的全景監控。將固定攝像頭和布控球以攝像頭標簽的方式加載至頁面進行聯合監控，可快速調取相應區域的實景信息。AR實景監控頁面示意圖如圖3所示。

圖3 AR實景監控頁面示意圖(截圖)

3.3.3 記錄建設過程

該系統通過攝像頭和無人機定期對施工進展進行抓拍，持續記錄工程建設過程，為工程建設保存數字圖像檔案。

3.4 分析展現

3.4.1 報表制作

該系統采用BI軟件制作拖拽式圖表，為業務人員和最終用戶提供便捷的報表制作和數據分析功能，如新建數據連接、新建報表類型、新建數據、報表設計和報表預覽等。同時，通過數據庫的相關信息連接關聯系統的數據庫，實現JDBC、JNDI、多維數據庫等數據庫的連接。

3.4.2 多種展現方式

該系統具有PC瀏覽器、手機APP和大屏幕等多種展現方式。例如，通過PC瀏覽器進行辦公室遠程監控、數據查看與分析、系統基礎數據維護等；通過手機APP進行數據查看和上傳等；通過大屏幕對項目信息進行展示，方便相關人員了解工程建設情況。

3.4.3 大屏展現應用

大屏展現功能分為智慧視頻監控、項目里程碑、人員管理和工程管理4個模塊，具體功能如下：

(1)快速了解工程建設進展。通過鷹眼攝像頭模塊了解工程進展，通過項目里程碑模塊了解里程碑進度，通過人員管理模塊了解人員情況，通過工程管理模塊了解工程相關內容。

(2)分析施工方案。例如，以往通過在冷卻塔塔吊上安裝攝像頭進行實地監測，操作不便且危險性較高。京寧二期項目通過采用無人機拍攝技術，實現了場地的實時監控，便于直觀分析施工方案。

(3)宣傳工程建設。通過大屏幕宣傳工程建設內容，包括工程進展情況、工程亮點圖片等。

4 應用效果

(1)強調以人為本的管理理念。在京寧二期項目基建過程中，既要關注施工進度，又要關注施工人員管理。同時，應加強對施工安全的管理。

(2)探索5G網絡基礎設施建設。積極探索5G技術在火力發電廠工程中的應用，與運營商共同建設和完善5G網絡，為基建期智慧工地建設提供了有力支撐，也為運維期5G網絡的應用提供了良好條件。

(3)實施節能減排措施。該系統在規劃時充分考慮了基建設備和軟件移交運維期的使用需求，采用綠色能源，既有效延長了系統的使用壽命，又提升了系統的使用價值。

(4)助力智慧工地發展。該系統收集的進場施工人員統計數據、工程建設進展數據、監測點數據等信息可為后續智慧工地建設提供參考，有助于智慧工地的建設與推廣。

5 結語

本文結合京寧二期項目特點，從面向工人、突出重點、創新驅動和持續應用4個方面，結合5G技術，構建了智慧工地安全監管系統。該系統實現了大部分設備與軟件可以移交至運維期使用的目標，有效解決了智慧工地投入成本與實際效益不平衡的問題。