基于物聯網技術的智慧工地系統應用研究

邵駿鵬

上海核工程研究設計院股份有限公司 上海 200030

引言

智慧工地系統依靠三維實景模型、人工智能（AI）、“物聯網”和“互聯網”技術綜合現場人員管理、施工機械管理、施工監控、培訓教育、作業許可、隱患排查治理等多方面，通過數據收集和分類形成可視化報表及視頻，使得管理者在管理駕駛艙實時掌握施工現場建設情況，及時發現并排除隱患，彌補過去傳統施工管理模式存在的缺陷。

圖1 管理駕駛艙

1 智慧工地系統的建設目標

智慧工地系統通過三維實景模型對工程項目進行精確設計和施工模擬，圍繞施工過程管理，建立互聯協同、智能生產、科學管理的工程現場信息化生態圈。結合人工智能（AI）、視頻識別、傳感技術、虛擬現實技術，將芯片植入到建筑、機械、穿戴設施、門禁等各類設施中，實現 “物聯網”，并將數據挖掘分析，提供過程趨勢預測及專家預案，實現工程現場可視化智慧管理，以提高工程管理信息化水平，從而逐步實現綠色建造和生態建造[1]。

2 智慧工地系統在工程項目管理中的應用

2.1 “天眼”視頻監控系統

為保證工程現場人員和物項的安全，做到“事前預警、事中控制、事后追蹤”，首先要建立一套覆蓋項目邊界、施工區域、廠內主要道路的監控系統，實現全過程監督記錄。

在工程現場部署攝像頭及吊鉤可視化系統，實現主要施工區域、道路、大型機械操作室、塔吊吊鉤等作業面全覆蓋，各參建方管理人員可通過系統對施工活動進行遠程監控、檢查及記錄，視頻數據保存備查。吊鉤可視化系統主要由安裝在駕駛室內部的主控一體機及塔吊小車上的自動跟蹤視頻攝像機、高度傳感器等裝置組成，通過自動跟蹤完成引導工作，提升塔吊作業安全性。應用該系統一是解決全廠巡查費時費力，監督死角問題。二是在工程現場構成“天眼”系統，其可追溯性，展示出強大威懾力，不斷規范安全行為，作業人員違章率明顯降低。三是提升關鍵設備操作人員（如塔吊司機）規范性和可控性，保障關鍵作業環節安全有序。

2.2 門禁、定位系統

工程現場單位眾多，各類人員及工程車輛的日常管理是現場安全管理的重要環節。通過電子門禁系統能夠實現對人員和車輛分級授權、記錄追溯功能，對安全管理、工程結算起到關鍵作用。

2.2.1 人員、車輛實名制。采用射頻識別（RFID）門禁技術制作員工卡，對人員、車輛的實名制登記。采集人員姓名、年齡、性別、血型、照片、單位、崗位/工種、工號、身份證號碼、手機號、工時、勞動關系、體檢/職業健康體檢情況、意外傷害保險等信息。登記車輛類型、所屬單位、車輛編號、車牌號、車輛保險、車輛駕駛員、駕駛證信息。將人員、車輛數據信息匯總到大數據主控界面，形成統計報表、圖形在LED大屏幕上顯示[2]。

2.2.2 人員、車輛定位。現場作業人員配備內置GPS芯片的定位卡，在工程現場塔吊、建筑物樓頂等制高點部署Lora基站接收定位卡位置信息，實時上傳現場人員位置信息。應用該系統一是可實時查看廠區人員分布、持卡人員情況、人員行動軌跡等信息實現全廠全時段監管統計，提升現場監督人員到崗率。二是根據定位記錄取代人工實地檢測驗證，掌握各級監督人員入場、作業地點旁站監督情況，實現降本增效。

2.3 AI圖像識別系統

AI算法是圖像識別處理的創新技術方法，智慧工地應用視頻AI算法，結合視頻監控，能夠隨時挖掘、分析前端視頻圖像數據，為現場施工人員識別安全風險，識別不安全因素，結合預警平臺及時為工地人員提供提醒和報警服務。

AI圖像識別系統對現場HSE管理具有顯著提升效果。基于視頻監控及圖像識別技術，系統另外開發上線安全帽識別、安全帶識別、防護眼鏡識別、反光背心識別、工作服識別、人車分流識別、起火點識別、高風險區域入侵識別等功能。應用該系統，一是精簡監督管理隊伍，有效從現場眾多施工人員中識別出PPE穿戴不規范、未按人車分流通行等違章行為。二是通過關聯廣播系統實現了違章識別與語音糾正一體化管理，實現了智能化違規識別。三是具備識別關鍵區域風險、及時預警、追溯問題等功能。

2.4 VR安全教育系統

VR安全教育系統通過VR模擬現場作業環境，虛擬呈現施工過程中經常碰到的各種危險操作，受訓者以虛擬互動操作形式完成安全教育培訓，系統自動判斷和糾正受訓者的錯誤，并給予相應反饋。項目VR安全教育體驗區，包含現場急救體驗區、3D模擬消防滅火體驗區、生產事故VR體驗區等。應用該系統，一是創新HSE培訓方式和方法，提高培訓參與度、真實性、警示性，通過作業人員在VR系統虛擬環境中的交互式、沉浸式體驗，實現警示教育、提升技能的目的。二是信息化系統能夠實時收集人員培訓教育信息數據，規范人員授權和作業分級管理。三是VR培訓系統能夠給予受訓人事故發生時的真實感觀及視覺體驗，有效解決了傳統理論教育過度依賴培訓講師的痛點，通過震撼教育，進一步提升員工安全意識[3]。

2.5 環境監測系統

利用無線傳感器技術建立環境監測系統，實時監測包括PM2.5、PM10、噪聲、溫度、濕度、風速等現場環境實時數據。在重點管控位置設置風速點位、PM2.5/PM10/噪聲/溫度/濕度點位，現場人員可通過電腦端、手機查看實時數據及歷史記錄。應用該系統一是結合預警平臺給揚塵、噪音等所有監測數據設定警戒值，當監測數據超過所設定的數值且持續超過設定時間，系統自動將報警信息轉發責任監管人員，監管人員立即處理工地現場，保證施工環境在合理范圍。二是當檢測到風速過高，可推送信息給安全管理、吊裝作業及動火作業人員，避免安全隱患的發生。三是全面提高環境監測數據獲取的便利性。

2.6 作業許可系統

在工程建設過程中，現場安全管理存在兩大難點。一是傳統的管理方式高度依靠執行人，作業許可、整改單等過程文件多次審批、轉遞費時費力，存在易造假、反饋滯后、缺乏透明度等諸多弊病。作業許可系統是將流程和管理要求通過信息化系統的規范、邏輯鎖定，實施過程中將作業許可證信息在三維實景模型中顯示，根據作業風險級別實施針對性的管控措施，現場監督人員根據許可證顯示地點對現場高風險作業進行巡查。使用此系統，一是從本質上實現程序要求的數字化和規范化，推動了程序執行落地，解決了程序與執行“兩張皮”的痛點。二是有效避免漏檢，有利于巡查人快速辨識出無證作業點，根據作業風險等級實施有針對性的管控措施。三是信息化許可系統中每份許可審批流程平均可節約2小時，在確保許可質量、控制安全風險的前提下，有效減少紙質票據的收集、整理、統計等煩瑣的事務性工作，解放一線HSE管理生產力，使專職HSE人員能夠以更多的精力投入技術、體系管理。

2.7 隱患排查治理系統

工程現場作業點眾多且呈分散狀態，給監督人員現場巡查、見證造成困難，容易發生監督缺失、漏檢的情況。隱患排查治理系統是將整改任務使用移動App實時在線發起，責任單位在線實時接收辦理提醒并實施整改和反饋，流程可視化、可追溯。使用此系統，一是具有審批、查詢功能，極大地提高了現場HSE監督人員檢查驗證的便利性、即時性，確保隱患得到及時發現和跟蹤關閉。二是使用標準化數據形成實時報表，免除了重復統計工作，大大提高工作效率。三是對隱患數據進行整理和分析，對某一時期重點作業和突出隱患進行重點關注，通過隱患類型和趨勢分析制定針對性的管控措施，促進安全事前管控、精細化管理[4]。

3 結束語

引入智慧工地系統推動工程現場管理升級，幫助施工監管人員提高工作效率。以三維實景模型為基礎，將視頻監控、門禁系統、視頻聯動、智能識別、報警管理等功能，配合LED大屏實現場區人車物的區域管理、行為管理、速度管理，提升現場監控視頻利用效率。三維實景模型與信息化許可、隱患排查治理系統相互兼容，將施工、安全監管流程轉至線上處理，各種施工信息在三維實景模型中一目了然。

技術的持續進步必將推動更多工程現場管理新方案的落地，三維實景模型與大數據管理平臺構成的智能化管理系統，實現工程現場全周期人力資源、車輛數據、單位工時管理。通過網絡升級即可聯合項目前后臺，并與多個項目系統互通形成聯動管理駕駛艙，可實時查看各工地現場數據信息，進一步提高工程現場智能化管理水平。