智慧工地系統研究

李偉亮

（廣州地鐵集團有限公司，廣州 510000）

在建設工程施工中，有效提升現場施工安全、人員設備管控才能保障現場施工秩序和建設工程施工質量。目前建設工程施工缺乏有效解決現場管理痛點難點的信息化技術，包括視頻AⅠ分析、疫情防控、監測數據分析、文明施工、應急響應、指令傳達回復、設備車輛管理和安全線上培訓等，提升現場安全管理水平，同時以往紙質記錄資料管理難度大、易損壞，可通過信息化系統實現電子化，提高管理效率[1]。

1 系統目標

以智慧引領、數據賦能和精細管理為理念，打造安全管理完善、高度智能化的智慧工地系統。以人工智能AⅠ能力平臺+ABCⅠG（AⅠ+AR、大數據、云計算、ⅠOT和GⅠS+BⅠM+5G）為技術支撐，將傳統的建設工地打造為“安全、環保、高效、智慧”的科技先進型智慧工地。系統支撐PC網頁和手機APP操作使用，主要包含有人員設備信息管理、AⅠ分析預警、監測數據分析對比、隱患巡檢智能分析、視頻遠程監控、應急演練管理、安全培訓及施工進度管理8大模塊的功能，后續還將結合實際工作需要不斷開發、完善，包括圖紙變更臺賬、安全風險管理流程和隱患圖片對比功能等。以信息技術為抓手，進一步提升安全管理水平[2]。

2 總體設計

依托計算機技術、物聯網、云計算、大數據和人工智能等技術相結合，構建工地現場智能監控和控制體系，彌補傳統方法在監管中的缺陷，最終實現項目對項、人、機、物、環和事的全方位實時監控，利用信息化手段安全、質量地檢查整改閉環管理，同時留下管理痕跡。總體架構如圖1所示。

圖1 總體架構參考圖

智慧工地系統主要包含各項目的施工人員監控、機械設備監控、物料監控、環境監控、重點區域（基坑等）監控、安全管理應用、PC端應用和移動終端應用等，提供視頻監控、可視化數據分析、預警和預判，提高項目信息化管理水平，實現信息化、精細化和智能化管控。功能架構如圖2所示。

圖2 功能架構

應用過程中產生的所有數據、資料，在項目實施的各個階段實時、完備地在智慧工地管理平臺中進行記錄，數據應確保完整性和準確性、及時性。系統應有相應的安裝調試方案、驗收標準及流程、操作手冊等文件[3]。

3 系統組成

3.1 平臺軟件

RPA流程自動化平臺：上報數據采集、數據自動上報、數據自動下載和RPA機器人集中調度管理等。

ⅠOT物聯網平臺：設備管理、遠程控制、設備數據傳輸協議轉換和監控數據展示等。

智慧工地一張圖：GⅠS，BⅠM數據展示等。

AⅠ大數據分析平臺：數據清洗ETL、應用主題庫建設、統計分析、AⅠ分析和數據對外接口等。

數據服務平臺：基礎數據、業務管理數據、設備數據與監測數據等。

3.2 門戶展示

一張圖全盤掌握工程項目信息、BⅠM模型、工地設備點位、設備信息、人員信息、行車位置及環境等實時數據和統計結果，輔助管理員快速發現問題，做出決策。

集團門戶的主頁可顯示各項目的綜合信息，包括工程項目分布、在場人員分析、告警處理分析、環境數據分析和各類統計數據等；可通過選擇工程項目顯示對應工程項目的各類信息。

項目門戶的主頁可顯示本項目的綜合信息，包括實名制考勤、人員作業狀態、環境監測分析和告警提示等；可切換至項目信息、項目管理、勞務管理、材料管理、安全管理、質量管理和資料管理等子頁顯示本工程項目的詳細信息。

3.3 網絡傳輸

現場監控視頻、人臉/車輛識別信息優先使用網線、光纖，以及收發器、交換機等通信模塊進行有線傳輸，保證連接傳輸可靠。

如采集設備安裝在塔式起重機或其他不具備敷設網線、光纖條件的，應采用工地專用無線網橋、微波等傳輸技術，設備支持無線自動選頻功能，避免網橋之間的頻率干擾，保障視頻監控數據傳輸的穩定。視頻信號傳輸距離過長時，應適當加裝中繼器基站設備，鏈路中串聯的中繼器或基站不宜超過2臺。

2) 對景手法在突出所對主景的同時將物質空間與民眾生活緊密相連，營造出場所感與歸屬感，吸引人們用腳步丈量、感知城市，也為民眾在公共空間駐足、交往提供了可能，城市生活因此而充滿生機與活力.

施工現場視頻監控平臺、監控管理平臺均應配置不小于100 M帶寬的1∶1專用寬帶。

3.4 視頻監控

視頻監控范圍包括各工地車輛出入口、施工作業人員出入口、工地制高點（或塔吊處）、危大工程的施工作業區、工地施工活躍區域、動土施工作業全區域、監管部門認定需重點監控的其他施工作業區域、排水口、工程項目部會議室或公共活動室、建筑材料堆放處、倉庫、施工場地周邊、生活區、廚房食材存放區、加工區、生熟保存區、塔吊操作室和監控室。應當隨著工程進展，適時增加視頻攝像機數量，覆蓋所有作業面，調整監控點位，做到監控部位無盲區。

視頻監控系統應對視頻中的違規作業事項進行AⅠ智能分析，包括未戴安全帽、未穿戴安全服、抽煙、人臉疲勞、人員形態異常（如睡覺等）、高空作業未系安全繩、基坑支護結構上違規行走、吊車作業時作業半徑人員違規闖入和渣土車出工地未清洗未遮蓋違規作業事項的識別。監控管理平臺識別到異常信息后，應進行聲光報警、自動抓拍和形成報警記錄并存儲[4]。

3.5 起重設備監測系統

塔吊的監測系統應實時讀取傳感器的信息，分析、展示塔吊狀態，包括但不限于風速、幅度、傾角、重量、轉角和高度等信息，超出設定值應及時報警、制動[5]。

塔吊的監測系統具備單塔區域限位、群塔防碰撞功能。

塔吊的監測系統具備吊鉤視頻監控、夜間吊鉤激光引導功能。

塔吊和龍門吊的監測系統具備駕駛員身份識別、資格核對功能和駕駛員工作狀態監測。真正地做到控制權限到人、專人專機。

升降機監測系統應實時監測各臺升降機的載重、上下限位和內外門的信息，具備防沖頂、防墜落監測和維保提醒的功能，具備使用人員人臉識別功能和人數監控功能，若人數超限應及時報警。

3.6 深基坑、高支模監測系統

基坑監測系統具備各類監測儀器實時自動錄入數據的功能，開放相應的數據接口，并支持人工錄入監測數據的功能，系統應對基坑監測數據進行統計、變化趁勢分析、預警，具備報警設定值修改的功能。

高支模監測系統具備各類監測儀器實時自動錄入數據的功能，開放相應的數據接口，并支持人工錄入監測數據的功能，系統應對高支模監測數據進行統計、變化趁勢分析和預警，具備報警設定值修改的功能。

3.7 文明施工監測系統

實時監測環境數據，包括揚塵、噪聲、風速和濕度等，并視頻輔助實時記錄。數值超標預警，系統啟動自動報警，保留當時數據，并視頻抓拍留檔。LED大屏實時反映環境數據，展現文明施工成果。具備與霧炮機、噴淋裝置等聯動的功能。

實時監測施工場地排放的廢水中懸浮物SS、COD、pH、流量和流速等水質數據實時監測。

系統具備出土信息統計功能，包括出土車輛、出土量等信息。

3.8 隱患巡檢管理系統

隱患巡檢管理系統后臺設置巡檢對象、巡檢任務計劃、巡檢路線和巡更點，自動生成二維碼，二維碼粘貼于設定的位置，手機掃碼即可巡檢，巡檢完成后可生成巡檢報告，系統應通過視頻監控匹配巡檢人員位置，防止作弊，系統提前提醒巡檢人員及時開展巡檢。

同時，管理人員可通過隱患上報功能將日常檢查發現的問題上報至系統，生成整改通知，系統會流轉至對應人員進行整改，并由監理審批整改情況，完成閉環管理。

3.9 質量管理系統

質量管理人員及時錄入材料檢測信息，系統形成合格、不合格臺賬，對于不合格項啟動流程形成待辦至施工單位總工，由總工回復整改情況，再由監理人員進行審批，形成閉環管理。同時，對數據進行統計分析，形成直觀的統計圖表，便于對施工現場材料質量情況進行把控。

3.10 人員管理系統

人員管理系統包括人員基本信息臺賬管理、疫情防控信息管理、人員通行來訪信息管理、人員軌跡分析、人員統計分析和人員考勤統計等，通過工地所有出入口（包括人員出入閘機、車輛出入口和基坑通道）的視頻監控進行人臉識別、體溫檢測，統計分析人員通行數據。

系統直接控制人臉閘機接口，可更新人員花名冊，對于非在冊人員可禁止使用閘機進場。非在冊人員可通過系統小程序錄入個人信息后生成通行碼，實現所有人員通行的管控。

疫情防控信息管理可對所以在冊人員的核酸檢測信息、疫苗接種信息和行程信息進行管控，在個人上傳截圖或批量導入檢測結果后系統進行自動識別，再對各類信息進行分析，提醒核酸檢測時間超期、疫苗應接未接和行程涉中高風險地區或帶星號等情況，提升參建人員疫情防控管理效率和精準度。

3.11 設備管理系統

設備管理系統對現場使用的各類機械設備進行信息登記，包括設備的基本信息、合格證件、作業人員信息及證件和環保信息等；定期提醒維保人員開展維保作業，保障及時維保；設備使用過程中和退場進行設備評價，對設備狀態、使用情況和租賃情況等多維度進行綜合評價，通過評價機制形成設備黑白名單，為其他項目設備分包商和供應商的選擇提供參考[6]。

3.12 安全培訓系統

安全培訓系統可對培訓學習課件進行管理，提前設置培訓計劃，授課人必須上傳課件后才能生成培訓二維碼，參加培訓人員掃碼、獲取定位、自拍頭像和系統自動加載個人信息后才能簽到成功，可區分監理人員是否參加安全培訓，培訓后生成培訓記錄，關聯至人員管理系統。解決紙質培訓材料管理難度大、易出錯的難題[7]。

3.13 指令系統

指令系統含有編輯、發送、簽收和回復指令的功能，系統配置好值班人員、項目經理、監理總監，便于指令的快速傳達、收集落實情況。對于需現場落實的各項要求，可由指令簽收人員逐項對應回復，便于逐一核實落實情況；對于需要統計三防數據的指令，可形成三防數據表格，自動分析指令應急響應級別、類型和啟動時間，結合級別和啟動時間自動定時提醒指令簽收人員填寫數據，系統形成報告；對于三防預案中的相關措施提前在系統中進行配置，根據實際啟動應急響應的級別和類型，形成三防預案措施落實表單，由三防人員回復落實情況，形成指令、預案的閉環管理。

3.14 應急管理系統

根據各類應急預案，配置好事故類型、應急人員、聯系方式和應急職責，一旦啟動一鍵應急功能，系統將應急基本信息和應急職責以短信方式發送至各應急人員，各應急人員會收到應急信息和相應的職責，可在第一時間趕至事故現場開展應急工作。同時，建立可視化實景指揮系統，指揮中心可時時查看現場搶險情況，并且通過標記有構筑物名稱、行走通道、搶險物資等信息的AR視頻，提升應急指揮精準度[8]。

4 系統效益

以人工智能AⅠ能力平臺+ABCⅠG（AⅠ+AR、大數據、云計算、ⅠOT和GⅠS+BⅠM+5G）為技術支撐，以數字化、智能化為主線，將傳統的建設工地打造為“智慧、高效、安全、環保”的科技先進型智慧工地系統。對工程建設施工過程的人員、機械、材料、環境、方法、隱患風險、應急指揮和事件追蹤等進行全方位的管控，有效提升施工現場安全、質量管理水平。通過大數據、AⅠ的事件響應機制提高管理效能和反應速度，通過智能發現到安全預防人員意識到數據分析做到全方位的安全保障機制，打造數字化、智能化的智慧工地分級管理系統。