建筑工程安全智慧工地的應用實踐與研究

楊三建 梁利華

摘 要：創建和應用智慧工地，可以達到降本增效和實現精細化、智能化、智慧化管理的目的。安全智慧工地作為智慧工地的重要組成部分，也是提升本質安全的發展方向。匯總大量建設工程項目關于智慧工地的應用與實踐經驗，梳理、分析關于智慧工地的最新研究，重點展示工程建設管理的關鍵環節和關鍵工序應用的新技術、新成果，將理論和實際相結合，提出安全智慧工地的定義，并為創建安全智慧工地提供了新的思路和參考。

關鍵詞：建筑工程；智慧工地；智能化；安全管理

中圖分類號：TU714 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）01-0053-05

0 引言

建筑業具有高強度、重體力、高風險、作業分散等特點，多年來一直延續著粗放的傳統管理模式，不能滿足新的時代發展要求，特別是建筑業作為高危行業的屬性并未發生本質性的變化。

為了加快建筑工程智能化的建設，2017年國務院辦公廳印發了《關于促進建筑業持續健康發展的意見》。意見指出，要進一步推進建筑產業現代化，推廣智能和裝配式建筑。同時明確了建筑業要堅持標準化設計、工廠化生產和信息化管理、智能化應用等，致力于推動建造方式創新，在新建建筑和既有建筑改造中推廣普及智能化應用，完善智能化系統運行維護機制，實現建筑舒適安全、節能高效[1]。

2020年住房和城鄉建設部等部門也印發了《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，意見指出，到2025年我國智能建造與建筑工業化協同發展的政策體系和產業體系將基本建立，建筑工業化、數字化、智能化水平將顯著提高。到2035年，我國智能建造與建筑工業化協同發展將取得顯著進展[2]。

隨著我國制造業不斷向智造業轉型升級和人口紅利的優勢減弱，智能化成為建筑業實現提質增效、降本增效高質量發展的必經之路和大勢所趨。

1 安全智慧工地的定義

根據毛志兵[3]的研究，智慧工地主要是建筑施工領域推廣應用人工智能技術的具體體現，是建立在高度信息化基礎上的一種支持對人和物全面感知、施工技術全面智能、工作互通互聯、信息協同共享、決策科學分析、風險智慧預控的新型施工手段。安全智慧工地則圍繞建筑工程項目施工現場的安全、進度、質量、物資、設備、人員、綠色施工等方面，充分利用物聯網、傳感技術、云計算、人工智能、大數據等新一代高科技信息技術，對施工現場進行全方位、一體化的可視化管理，數字化決策。

安全智慧工地將人工智慧、傳感技術、虛擬現實等高科技技術引入，并應用到建筑結構、機械設備、物資材料、人員管理、現場主要進出口等各類施工過程中的主要環節、重點工序、重要設施中，并且通過“物聯網”和“互聯網”等技術，采集現場的數據，對其分析和傳輸，形成數字化、智能化決策，從而指導施工現場的施工。

安全智慧工地的核心是以一種“更智慧”的方法，來改進工程各干系組織和崗位人員相互交互的方式，從單獨的人工作業，到機械設備輔助人工作業，再到機械設備的智慧化作業，以更高的人機交互，增強確定性、靈活性。

2 安全智慧工地的應用

本文根據各大建筑施工總承包企業集團在智慧工地的建設經驗，梳理、提煉各大中型工程項目創建智慧工地的具體應用和實際成效，展現重點管理環節和關鍵工序的智慧工地新成果。

安全智慧工地智慧數字系統分為前端數據采集系統、網絡傳輸系統和后端集中管理平臺3大部分。前端數據采集系統的主要功能是實時、準確地將施工現場人員作業信息、機械設備運行狀況、施工材料使用情況、工地現場作業環境等情況進行采集，并通過互聯網技術傳輸至后臺管理系統。網絡傳輸系統主要是采用5G等無線技術把前端數據采集系統提供的數據，準確及時地傳輸至后端集中管理平臺。后端集中管理平臺將前端數據采集系統匯聚的各種數據，通過分析、過濾、處理，將有效信息以直觀可視化的方式提供給各級管理人員，智能輔助決策，從而提高管理效率。

安全智慧工地智慧數字系統包括（不限于）以下系統：安全監控智慧管理、作業人員智慧管理、機械設備智慧管理、環境分析智慧管理、施工監測智慧管理、機器人智慧管理等。

2.1 安全監控智慧管理

安全監控智慧平臺由集團公司級、區域分公司級、項目層級平臺和施工現場智能傳感器組成。

通過視頻監控，初步具備違章作業行為識別及違章記錄管理、具備現場文明標化規范化管理識別功能，并具備現場安全警示及語音智能廣播功能。

通過對安全作業風險的大數據進行收集，對現場安全作業風險實行智能分析及現場安全預警，并實時上報上一級監控管理中心。

“視頻監控+現場違章巡檢”的解決方案結合了傳統的項目工地視頻監控，引入了最新的行為識別系統，對工程施工現場常見的違章行為進行全過程監控識別、告警，并上報上級系統。同時對現場安全文明布置不規范的現場進行智能別、取證，并上報上級系統，確保高風險作業項目人員的人身安全。

視頻監控子系統用于實現對視頻設備、解碼設備、視頻存儲設備等的集中管理。采用B/S架構配置、C/S架構控制結合的方式，實現視頻安防設備接入管理、實時監控、錄像存儲、檢索回放、智能分析、解碼上墻控制等功能。視頻監控類別及主要功能如表1所示。

2.2 勞務工人智慧管理

2019年住房和城鄉建設部等印發《建筑工人實名制管理辦法（試行）的通知》，要求建筑工地實行勞務實名制管理。目前，施工現場的勞務工人管理平臺綜合利用智能硬件、物聯網、大數據、云計算等新技術，從源頭上實現勞務工人管理的智能化、信息化、精細化。勞務工人智慧管理系統類別及主要功能如表2所示。

2.3 機械設備智慧管理

2.3.1 塔機安全監控系統

塔機安全監控管理系統是獨立于塔機安全監測監控系統的智能安全監控系統，通過在塔機吊運超載監測、塔機司機特種作業人員管控、群塔防碰撞、吊鉤可視化等方面的應用，在實現最大限度杜絕人員傷亡和機械事故中發揮著重要的作用。塔機安全智慧管理系統類別及主要功能如表3所示。

2.3.2 升降機安全管理系統

升降機安全監測系統是一款全新的智能化、可視化的施工電梯/升降機/物料提升機（簡稱施工升降機）實時監測、數據記錄、安全預警及智能控制系統。該施工升降機安全管理系統能夠全方位實時監測施工升降機的運行工況，在出現不安全狀態時，能夠及時發出預警警報和啟動自動安全控制信號，同時對施工升降機的全程運行工況數據進行收集，并將工況數據傳輸至遠程監控中心。該系統是集精密測量、自動控制、無線網絡傳輸等多種高技術于一體的電子監測系統，包含施工載重監測、轎廂內視頻監控、升降速度監測（防墜）、傾斜度監測、高度限位監測、防沖頂監測、門鎖狀態監測，駕駛員身份識別等功能。安全監測整體系統構架如圖1所示。

施工升降機安全檢測儀安裝在升降機吊籠內，該儀器由主機及各種傳感器組成， 可實時檢測升降機的載重、人數（選配）、駕駛員身份（人臉、指紋雙識別+應急鑰匙）、起升高度、運行速度、門鎖狀態、傾斜度等內容，并完成轎廂內部抓拍，并通過 GPRS 模塊實時將監測數據上傳到遠程監控中心，實現遠程監管。儀器配置圖如圖2所示。

2.4 環境分析智慧管理

環境監測系統由顆粒物在線監測儀、數據采集和傳輸系統、后臺數據處理系統及信息監控管理平臺等部分組成， 環境分析智慧管理系統示意圖如圖3所示。該系統將物聯網和云計算等技術引入到施工現場環境監測中，能夠實現實時、遠程、自動監測施工現場的顆粒物濃度。工地環境監測系統能夠對建筑工地固定監測點的揚塵、噪聲、氣象參數等環境監測數據進行采集、存儲、加工和統計分析，并將監測數據通過5G技術傳輸到后端平臺，為政府部門和建筑施工企業提供管理決策。環境分析智慧系統類別及主要功能如表4所示。

2.5 施工監測預警智慧管理

2.5.1深基坑智能監測預警系統

深基坑智能監測系統，是通過土壓力盒、錨桿應力計、孔隙水壓計等智能傳感設備，對基坑，特別是深基坑的土方開挖、基坑支護、地下結構施工、土方回填及基坑竣工后的基坑及周邊構筑物實時監測，同時能夠對監測數據的收集、傳輸、分析、預警等功能。深基坑智能監測系統的主要功能如表5所示。

2.5.2高支模監測預警系統

高支模監測預警系統通過在模板支架頂部安裝傳感器，對高支模的豎向荷載壓力、水平位移、豎向位移等進行實時監測。當出現監測數據超過預定預警數據時，及時通過聲光報警設備通知管理人員，從而采取加固、撤離等應急措施，保障高支模安全施工，減少生產安全事故。高支模監測預警系統的主要功能如表6所示。

2.5.3卸料平臺安全管理

卸料平臺監控系統是在卸料平臺內設置質量傳感器，將傳感器與聲光報警裝置連接，當卸料平臺內的作業人員在作業過程中荷載質量超過預警值時，報警裝置會自動發出聲光報警，提示卸料平臺內的作業人員立即糾正，同時監控系統會將該違章信息記錄到系統后臺內。實時監控卸料平臺工作數據通過網絡傳輸至云平臺和手機APP，可以有效杜絕卸料平臺超重堆碼材料的違章行為。卸料平臺監測預警系統的主要功能如表7所示。

2.6 現場車輛智慧管理

現場車輛管理以出入口為主要信息采集場所，通過前端采集系統獲取車輛基礎信息，利用網絡將車輛信息數據發送至后端管理中心，利用車牌識別技術實現號牌數據比對，確保車輛的進出有據可查，確保車輛的進出可控，確保固定車輛快速通過道閘，加強現場出入口的高效通行和安全管理。現場車輛智能管理系統的主要功能如表8所示。

2.7 智能機器人的智慧應用

隨著建筑機器人的快速發展，建筑工程施工作業人員將逐步被智能施工機器人所替代，這將促進經濟的增長[4]。機器人的施工效率都比傳統人工施工的效率提升了2～3倍，不僅能夠提高效率，而且施工的精度和質量更加有保證。智能機器人的類別及主要功能如表9所示。

3 結語

本文通過對建筑施工行業實際工程施工過程中智慧工地應用的研究，得出以下3條結論。

第一，安全智慧工地的創建，提供了先進的技術手段，通過在機械設備、分部分項工程上安裝各類傳感裝置、監測設備等，構建全方位、實時的智能監控預警體系，能夠有效地彌補傳統靠人、靠經驗在監管中的不足，實現對施工全過程、全方位的在線化、可視化、智能化監測，從而提高了施工現場的本質安全管理水平。

第二，通過大數據、互聯網、人工智能等技術的推廣應用，能夠使施工現場的安全生產管理更加簡約化、智能化。通過對信息數據的自動采集、加工、分析，能夠為建筑工程項目的安全、質量、進度、環境、機械、材料和人員的管理提供科學決策，從而提升工程施工的現代化管理水平，保證了作業工人和機械設備的安全。

第三，智慧工地的發展趨勢將會向智慧系統集成化、標準化轉化，將施工現場安全管理、進度管理、質量管理、財務管理、材料管理、機械管理、合同管理、人力管理等進行集成，從而打通項目級和公司級的信息流，實現動態互聯，真正起到提質增效的作用。這不僅可以為建筑企業提高管理效率，創造利潤，而且為建筑行業的轉型升級提供新的經濟增長點，建筑施工企業應該加大對智慧工地的技術研發和資金投入。

參考文獻

[1] 吳濤.改革創新 打造“中國建筑”品牌：學習《關于促進建筑業持續健康發展的意見》的幾點體會[J].建筑，2017 （15）：12-17.

[2] 廖玉平.加快建筑業轉型 推動高質量發展：《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》解讀[J].住宅產業，2020（9）：10-11.

[3] 毛志兵.推進智慧工地建設助力建筑業的持續健康發展[J].工程管理學報，2017，31（5）：80-84.

[4] 楊光，侯鈺.工業機器人的使用、技術升級與經濟增長[J].中國工業經濟，2020（10）：138-156.