物聯網技術在智慧工地安全質量管理中的應用

王開宇

摘要：針對智慧工地安全質量管理中存在的人員管理較為寬松、設備較為落后等問題，文章設計了一種基于物聯網技術的智慧工地安全管理平臺，通過實例驗證該平臺對智慧工地安全質量管理工作的有效性，以期優化智慧工地安全質量管理工作。

關鍵詞：智慧工地；安全質量；物聯網技術

中圖分類號：TU17；TU71文獻標志碼：A

0 引言

隨著物聯網技術、云數據計算等技術的快速發展，建筑行業在新形勢下進入新的發展階段，智慧工地應運而生。智慧工地物聯網技術能夠有效地整合系統內部的各類資源，更好地滿足用戶的使用需求。因此，本文將物聯網技術應用于智慧工地安全管理工作，構建智能化、高效化、精確化的管理平臺，進而有效提高智慧工地的安全質量管理水平。

1 基于物聯網的智慧工地安全質量管理

隨著大數據時代的不斷發展，智慧工地具有良好的市場發展前景，在歷時較長、協調難度較大的重點工程項目中應用較多^[1]。基于物聯網技術的智慧工地安全質量管理可進行較大范圍內的精準定位與查找，智能化地收集數據信息，有效地監測和管理項目任務。同時，監管的相關部門可根據物聯網技術了解施工進度，及時提供有效建議，保障工程順利竣工。

智慧工地由于體系尚未成熟，在使用過程中仍存在較多問題。其一，人員管理較為寬松。由于部分員工使用智能化App并不熟練，不利于提升智慧工地安全質量管理信息化的工作效率，影響系統平臺處理和接收數據信息。其二，設備較為落后。基于物聯網的智慧工地安全質量管理平臺需要信息化的設備，如智能安全帽、良好網絡基站等，但目前智慧工地網絡信號時常延誤，嚴重阻礙智慧工地安全設備的實際運行。

2 基于物聯網的智慧工地安全質量管理平臺設計

2.1 設計目標

構建智慧工地安全質量監控系統能夠有效地解決建筑工地項目管理不足的問題^[2]。基于物聯網的智慧工地安全質量管理平臺由各個系統組成，形成協同、預警、整改、閉環一體化的軟件集成。設計目標主要有以下3點：（1）設置采集施工現場直觀數據的傳感器，實時監測降低人為因素的負面影響；（2）保證多部門共享數據，為政府、施工單位、建筑單位提供決策支持；（3）完善現有的監管體系，擴大工程監管服務覆蓋面，提升智慧平臺監管水平。

2.2 總體規劃

2.2.1 系統框架

以云數據計算技術為依據，本文基于單位實際需求設置集感知、平臺、應用和用戶的管理平臺，滿足政府監管和單位內部管理的需求^[3]。

在感知層中，攝像頭、地理信息系統（Geographic Information System，GIS）定位等設備負責傳輸數據；在平臺層中，管理協作、移動互聯、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術對感知層采集的信息進行接收、分析和處理，及時發現安全隱患并為應用層提供基礎支撐；在應用層中，人員管理、機械設備管理、質量安全預警和遠程操作控制是該層的主要組成部分；在用戶層中，服務對象主要面向建設單位、施工單位、監管單位，為監察、施工、設計等部門提供直觀的真實數據，并在終端顯示。

2.2.2 網絡拓撲

基于物聯網技術，系統使用無線傳感器網絡，真正做到對各類生產要素、設備的實時狀態監測以及施工現場的全方位動態監控。系統在整合接入數據、傳輸數據、整合數據等信息的基礎上，開展報警聯合快照，實時報警并通報各責任方，將數據存儲至智慧工地安全管理平臺。此舉能夠有效保障各方人員準確了解施工現場的情況，智慧化輔助決策過程使安全質量管理信息化趨勢明顯，進而有效提高工程項目的管理水平。

2.3 核心功能設計

結合智慧工地安全質量管理平臺設計方案，有關人員將核心功能劃分為勞務人員管理、機械設備管理、質量安全管理及遠程操作控制^[4]。

2.3.1 勞務人員管理

勞務人員管理是指對人員進行工作規劃、安全培訓的活動。在外部區域中，人員將進入生物識別的智能化系統，借助指紋、人臉打卡后方可進入施工區域；系統禁止未通過生物驗證的外來人員入內；特種作業人員需要再進行員工技術資料庫的信息比對，方可進入特種就業區域。基于物聯網的BIM技術對施工人員進行安全知識、系統維護方面的培訓，提高施工人員的應急反應能力。

2.3.2 機械設備管理

智慧工地安全質量管理平臺機械設備監測運行如圖1所示。系統通過對塔吊、升降機等設備的實時監測，及時發現問題并進行有效處理，保障整體施工進度不受影響。

2.3.3 質量安全預警

智慧工地安全質量管理平臺質量安全預警主要包括施工場地防護監測、危險作業現場監測、危險交互監控等^[5]。施工場地防護監測是指對工地范圍內的安全網、護欄等工具進行監測，并及時安裝警示牌。危險作業現場監測是指在危險指數較高的施工現場設置智能化感應器，及時對危險行為作出警示。危險交互監控是指施工人員在觸碰危險設施時，警示器及時發出警報，疏散施工人員，避免造成人員傷亡。

2.3.4 遠程操作控制

遠程操作控制是指利用監測裝置，實時監測工程作業的作業過程、人員防護情況，當監測裝置發出預警信號時，系統及時處理相關故障，消除安全隱患。遠程操作控制工作原理如圖2所示。

2.4 平臺評價

評價智慧工地安全質量管理效果的參考指標分別是遠程監控、人員管理、設備管理、質量管理和安全管理^[6]。各類評估方法優缺點對比情況如表1所示，研究采用模糊綜合法進行評價，具體評價見3.3節。

3 基于物聯網的智慧工地安全質量管理平臺案例分析

3.1 工程概況

X工程總建筑面積約為15.8萬m²，其中地上建筑約12.3萬m²，地下約3.5萬m²，建筑最大高度35 m。該項目業態由地上4層及地下2層停車庫組成，其工程面跨度較大，施工單位及建設單位數量較多，人員管理較為困難；該項目工期較緊，前期投入資金成本較多，需要有關人員統籌規劃安排，整體管理難度較大。

3.2 智慧工地安全質量管理平臺實施

基于X工程存在的安全隱患問題，本文提出建設使用基于物聯網的安全管理平臺，輔助相關人員采集與分析數據，使保障決策具有代表性。在X工程中，安全質量管理平臺將服務總線作為基礎，使用Web技術進行數據收集與分析。該系統以B/S結構為主，降低持續更新對用戶造成的影響。同時，安全質量管理平臺的設計與用戶需求相適應，并在手機、電腦等裝置上實現該功能。

3.2.1 勞務人員管理

X工程人員管理系統包括門禁、安全帽定位、智能打卡、人臉識別等硬件設備，及時、精準地記錄和存儲施工現場的工作人員情況。各類人員憑借內置芯片的員工卡出入，智能系統根據刷卡記錄自動生成考勤表，便于人事及相關領導及時了解員工情況。員工管理系統App可進行培訓、安全教育、考核等工作，節省管理人員收集信息的時間。

3.2.2 機械設備管理

X工程機械設備安全管理系統主要用于管理智慧物聯等核心業務，實現集數據整理、數據分析與安全報警一體化的功能。以塔機為例，由于副塔作業協調不力、指揮失誤，塔吊碰撞現象時有發生，智能化系統采用三維群塔，可以避免危險動作發生。此外，機器設備中的安全質量管理系統運用云計算等智能化技術，主要針對設備違章操作、出現故障等問題，進行分析與維修，保障機器正常運行^[7]。

3.2.3 質量安全預警

X工程根據國家最新的行業標準，及時補充安全風險管理信息，構建風險清單，做好風險信息的輸入與歸類工作，在宏觀層面上調整項目安全業務。X工程質量安全監控體制主要包括日常巡檢、周周巡查、大型危險工程專項巡查等，發現問題后，有關人員及時計入App整改清單，安排專人進行整頓。當存在嚴重安全事故風險時，智能化系統會及時將相關問題通知項目主管及有關負責人，做到及時預警。

3.3 智慧工地安全質量管理平臺應用效果

3.3.1 確定評價指標

有關人員按照層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）方式分析智慧建筑施工的主要影響因子，得出影響因素集U=（U₁，U₂，U₃，U₄，U₅）=（遠程監控，人員管理，設備管理，質量管理，安全管理）。相關單位邀請數名專業人士代表施工單位與建設單位評估，按照層次分析的標度方法與yaahp軟件進行計算求解。經計算得出結論：遠程監控權重為0.10，人員管理權重為0.14，設備管理權重為0.14，質量管理權重為0.31，安全管理權重為0.31。

3.3.2 模糊綜合評價

有關人員將智慧工地安全質量管理效果分為較好、好、一般、差4個等級，設評價集V=（V₁，V₂，V₃，V₄）=（較好，好，一般，差）。同樣，由專業人士進行評估，本文構建一個單因子模糊綜合評價矩陣，基于評估指數加權，對評價集V進行從屬度矢量控制，得出結論：評估指標A=（0.10，0.14，0.14，0.31，0.31），進而推導出安全質量管理效果所占的比例分別為0.15、0.17、0.29、0.39。根據最大從屬原則，X工程智慧工地安全質量管理評價系統較好的概率為39%，證明本文所提方法對安全質量管理具有積極意義。

3.4 智慧工地安全質量管理優化措施

3.4.1 實行人員管理信息化

本文所提系統在施工單位大力普及智能化App的使用方法，便于施工人員及時打卡；在保障施工質量、進度等條件基礎上，利用物聯網技術讀取施工人員工作狀態、安全位置和主要活動軌跡，構建勞動力高峰點和施工人員分布圖，便于合理安排工種勞動量，提升生產效率。

3.4.2 重視機械設備

有關人員對機械設備的型號、數量等信息做好統計工作，及時共享設備信息。為了有效監測機械設備壽命，系統可設置預警指標，若超過閾值，則自動報警，從而提升機械設備的可靠性。

4 結語

本文提出了一種基于物聯網技術的智慧工地安全質量管理平臺。該平臺能夠對施工人員進行高效管理，進一步完善了傳統的工程建設安全監管體系；所得的真實數據反饋證明了該系統對安全管理工作具有積極地推動作用；該平臺能夠提高現場施工作業的安全管理水平，促進智慧工地信息共享化、數字化發展。

參考文獻

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（編輯 王雪芬編輯）

Application of Internet of Things technology in safety and quality

management of smart construction site

Wang? Kaiyu

（Changzhou Open University， Changzhou 213000， China）

Abstract：? Aiming at the problems of lax personnel management and backward equipment in the safety and quality management of smart construction site， this paper designs a safety management platform of smart construction site based on the Internet of Things technology， and verifies the effectiveness of the platform to the safety and quality management of smart construction site through examples， in order to optimize the safety and quality management of smart construction site.

Key words： smart construction site; safety quality; Internet of Things technology