楊三建 梁利華

摘 要：創(chuàng)建和應(yīng)用智慧工地，可以達(dá)到降本增效和實(shí)現(xiàn)精細(xì)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(zhì)安全的發(fā)展方向。匯總大量建設(shè)工程項(xiàng)目關(guān)于智慧工地的應(yīng)用與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，梳理、分析關(guān)于智慧工地的最新研究，重點(diǎn)展示工程建設(shè)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵工序應(yīng)用的新技術(shù)、新成果，將理論和實(shí)際相結(jié)合，提出安全智慧工地的定義，并為創(chuàng)建安全智慧工地提供了新的思路和參考。

關(guān)鍵詞：建筑工程；智慧工地；智能化；安全管理

中圖分類號(hào)：TU714 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）01-0053-05

0 引言

建筑業(yè)具有高強(qiáng)度、重體力、高風(fēng)險(xiǎn)、作業(yè)分散等特點(diǎn)，多年來(lái)一直延續(xù)著粗放的傳統(tǒng)管理模式，不能滿足新的時(shí)代發(fā)展要求，特別是建筑業(yè)作為高危行業(yè)的屬性并未發(fā)生本質(zhì)性的變化。

為了加快建筑工程智能化的建設(shè)，2017年國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見(jiàn)》。意見(jiàn)指出，要進(jìn)一步推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，推廣智能和裝配式建筑。同時(shí)明確了建筑業(yè)要堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)和信息化管理、智能化應(yīng)用等，致力于推動(dòng)建造方式創(chuàng)新，在新建建筑和既有建筑改造中推廣普及智能化應(yīng)用，完善智能化系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)建筑舒適安全、節(jié)能高效[1]。

2020年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門(mén)也印發(fā)了《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，意見(jiàn)指出，到2025年我國(guó)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的政策體系和產(chǎn)業(yè)體系將基本建立，建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化水平將顯著提高。到2035年，我國(guó)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展將取得顯著進(jìn)展[2]。

隨著我國(guó)制造業(yè)不斷向智造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和人口紅利的優(yōu)勢(shì)減弱，智能化成為建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效、降本增效高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路和大勢(shì)所趨。

1 安全智慧工地的定義

根據(jù)毛志兵[3]的研究，智慧工地主要是建筑施工領(lǐng)域推廣應(yīng)用人工智能技術(shù)的具體體現(xiàn)，是建立在高度信息化基礎(chǔ)上的一種支持對(duì)人和物全面感知、施工技術(shù)全面智能、工作互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享、決策科學(xué)分析、風(fēng)險(xiǎn)智慧預(yù)控的新型施工手段。安全智慧工地則圍繞建筑工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的安全、進(jìn)度、質(zhì)量、物資、設(shè)備、人員、綠色施工等方面，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代高科技信息技術(shù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位、一體化的可視化管理，數(shù)字化決策。

安全智慧工地將人工智慧、傳感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等高科技技術(shù)引入，并應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、物資材料、人員管理、現(xiàn)場(chǎng)主要進(jìn)出口等各類施工過(guò)程中的主要環(huán)節(jié)、重點(diǎn)工序、重要設(shè)施中，并且通過(guò)“物聯(lián)網(wǎng)”和“互聯(lián)網(wǎng)”等技術(shù)，采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，對(duì)其分析和傳輸，形成數(shù)字化、智能化決策，從而指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工。

安全智慧工地的核心是以一種“更智慧”的方法，來(lái)改進(jìn)工程各干系組織和崗位人員相互交互的方式，從單獨(dú)的人工作業(yè)，到機(jī)械設(shè)備輔助人工作業(yè)，再到機(jī)械設(shè)備的智慧化作業(yè)，以更高的人機(jī)交互，增強(qiáng)確定性、靈活性。

2 安全智慧工地的應(yīng)用

本文根據(jù)各大建筑施工總承包企業(yè)集團(tuán)在智慧工地的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，梳理、提煉各大中型工程項(xiàng)目創(chuàng)建智慧工地的具體應(yīng)用和實(shí)際成效，展現(xiàn)重點(diǎn)管理環(huán)節(jié)和關(guān)鍵工序的智慧工地新成果。

安全智慧工地智慧數(shù)字系統(tǒng)分為前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和后端集中管理平臺(tái)3大部分。前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地將施工現(xiàn)場(chǎng)人員作業(yè)信息、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況、施工材料使用情況、工地現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境等情況進(jìn)行采集，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸至后臺(tái)管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)主要是采用5G等無(wú)線技術(shù)把前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確及時(shí)地傳輸至后端集中管理平臺(tái)。后端集中管理平臺(tái)將前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)匯聚的各種數(shù)據(jù)，通過(guò)分析、過(guò)濾、處理，將有效信息以直觀可視化的方式提供給各級(jí)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(shù)字系統(tǒng)包括（不限于）以下系統(tǒng)：安全監(jiān)控智慧管理、作業(yè)人員智慧管理、機(jī)械設(shè)備智慧管理、環(huán)境分析智慧管理、施工監(jiān)測(cè)智慧管理、機(jī)器人智慧管理等。

2.1 安全監(jiān)控智慧管理

安全監(jiān)控智慧平臺(tái)由集團(tuán)公司級(jí)、區(qū)域分公司級(jí)、項(xiàng)目層級(jí)平臺(tái)和施工現(xiàn)場(chǎng)智能傳感器組成。

通過(guò)視頻監(jiān)控，初步具備違章作業(yè)行為識(shí)別及違章記錄管理、具備現(xiàn)場(chǎng)文明標(biāo)化規(guī)范化管理識(shí)別功能，并具備現(xiàn)場(chǎng)安全警示及語(yǔ)音智能廣播功能。

通過(guò)對(duì)安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)行智能分析及現(xiàn)場(chǎng)安全預(yù)警，并實(shí)時(shí)上報(bào)上一級(jí)監(jiān)控管理中心。

“視頻監(jiān)控+現(xiàn)場(chǎng)違章巡檢”的解決方案結(jié)合了傳統(tǒng)的項(xiàng)目工地視頻監(jiān)控，引入了最新的行為識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的違章行為進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控識(shí)別、告警，并上報(bào)上級(jí)系統(tǒng)。同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全文明布置不規(guī)范的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行智能別、取證，并上報(bào)上級(jí)系統(tǒng)，確保高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)項(xiàng)目人員的人身安全。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻設(shè)備、解碼設(shè)備、視頻存儲(chǔ)設(shè)備等的集中管理。采用B/S架構(gòu)配置、C/S架構(gòu)控制結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)視頻安防設(shè)備接入管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、錄像存儲(chǔ)、檢索回放、智能分析、解碼上墻控制等功能。視頻監(jiān)控類別及主要功能如表1所示。

2.2 勞務(wù)工人智慧管理

2019年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等印發(fā)《建筑工人實(shí)名制管理辦法（試行）的通知》，要求建筑工地實(shí)行勞務(wù)實(shí)名制管理。目前，施工現(xiàn)場(chǎng)的勞務(wù)工人管理平臺(tái)綜合利用智能硬件、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)，從源頭上實(shí)現(xiàn)勞務(wù)工人管理的智能化、信息化、精細(xì)化。勞務(wù)工人智慧管理系統(tǒng)類別及主要功能如表2所示。

2.3 機(jī)械設(shè)備智慧管理

2.3.1 塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)

塔機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是獨(dú)立于塔機(jī)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的智能安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)在塔機(jī)吊運(yùn)超載監(jiān)測(cè)、塔機(jī)司機(jī)特種作業(yè)人員管控、群塔防碰撞、吊鉤可視化等方面的應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)最大限度杜絕人員傷亡和機(jī)械事故中發(fā)揮著重要的作用。塔機(jī)安全智慧管理系統(tǒng)類別及主要功能如表3所示。

2.3.2 升降機(jī)安全管理系統(tǒng)

升降機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一款全新的智能化、可視化的施工電梯/升降機(jī)/物料提升機(jī)（簡(jiǎn)稱施工升降機(jī)）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、安全預(yù)警及智能控制系統(tǒng)。該施工升降機(jī)安全管理系統(tǒng)能夠全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工升降機(jī)的運(yùn)行工況，在出現(xiàn)不安全狀態(tài)時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出預(yù)警警報(bào)和啟動(dòng)自動(dòng)安全控制信號(hào)，同時(shí)對(duì)施工升降機(jī)的全程運(yùn)行工況數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并將工況數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。該系統(tǒng)是集精密測(cè)量、自動(dòng)控制、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N高技術(shù)于一體的電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包含施工載重監(jiān)測(cè)、轎廂內(nèi)視頻監(jiān)控、升降速度監(jiān)測(cè)（防墜）、傾斜度監(jiān)測(cè)、高度限位監(jiān)測(cè)、防沖頂監(jiān)測(cè)、門(mén)鎖狀態(tài)監(jiān)測(cè)，駕駛員身份識(shí)別等功能。安全監(jiān)測(cè)整體系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

施工升降機(jī)安全檢測(cè)儀安裝在升降機(jī)吊籠內(nèi)，該儀器由主機(jī)及各種傳感器組成， 可實(shí)時(shí)檢測(cè)升降機(jī)的載重、人數(shù)（選配）、駕駛員身份（人臉、指紋雙識(shí)別+應(yīng)急鑰匙）、起升高度、運(yùn)行速度、門(mén)鎖狀態(tài)、傾斜度等內(nèi)容，并完成轎廂內(nèi)部抓拍，并通過(guò) GPRS 模塊實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管。儀器配置圖如圖2所示。

2.4 環(huán)境分析智慧管理

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由顆粒物在線監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)、后臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及信息監(jiān)控管理平臺(tái)等部分組成， 環(huán)境分析智慧管理系統(tǒng)示意圖如圖3所示。該系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)引入到施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程、自動(dòng)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的顆粒物濃度。工地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)ㄖさ毓潭ūO(jiān)測(cè)點(diǎn)的揚(yáng)塵、噪聲、氣象參數(shù)等環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和統(tǒng)計(jì)分析，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)5G技術(shù)傳輸?shù)胶蠖似脚_(tái)，為政府部門(mén)和建筑施工企業(yè)提供管理決策。環(huán)境分析智慧系統(tǒng)類別及主要功能如表4所示。

2.5 施工監(jiān)測(cè)預(yù)警智慧管理

2.5.1深基坑智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

深基坑智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是通過(guò)土壓力盒、錨桿應(yīng)力計(jì)、孔隙水壓計(jì)等智能傳感設(shè)備，對(duì)基坑，特別是深基坑的土方開(kāi)挖、基坑支護(hù)、地下結(jié)構(gòu)施工、土方回填及基坑竣工后的基坑及周邊構(gòu)筑物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集、傳輸、分析、預(yù)警等功能。深基坑智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能如表5所示。

2.5.2高支模監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

高支模監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)在模板支架頂部安裝傳感器，對(duì)高支模的豎向荷載壓力、水平位移、豎向位移等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)定預(yù)警數(shù)據(jù)時(shí)，及時(shí)通過(guò)聲光報(bào)警設(shè)備通知管理人員，從而采取加固、撤離等應(yīng)急措施，保障高支模安全施工，減少生產(chǎn)安全事故。高支模監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的主要功能如表6所示。

2.5.3卸料平臺(tái)安全管理

卸料平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)是在卸料平臺(tái)內(nèi)設(shè)置質(zhì)量傳感器，將傳感器與聲光報(bào)警裝置連接，當(dāng)卸料平臺(tái)內(nèi)的作業(yè)人員在作業(yè)過(guò)程中荷載質(zhì)量超過(guò)預(yù)警值時(shí)，報(bào)警裝置會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，提示卸料平臺(tái)內(nèi)的作業(yè)人員立即糾正，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)將該違章信息記錄到系統(tǒng)后臺(tái)內(nèi)。實(shí)時(shí)監(jiān)控卸料平臺(tái)工作數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至云平臺(tái)和手機(jī)APP，可以有效杜絕卸料平臺(tái)超重堆碼材料的違章行為。卸料平臺(tái)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的主要功能如表7所示。

2.6 現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛智慧管理

現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛管理以出入口為主要信息采集場(chǎng)所，通過(guò)前端采集系統(tǒng)獲取車(chē)輛基礎(chǔ)信息，利用網(wǎng)絡(luò)將車(chē)輛信息數(shù)據(jù)發(fā)送至后端管理中心，利用車(chē)牌識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)號(hào)牌數(shù)據(jù)比對(duì)，確保車(chē)輛的進(jìn)出有據(jù)可查，確保車(chē)輛的進(jìn)出可控，確保固定車(chē)輛快速通過(guò)道閘，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)出入口的高效通行和安全管理。現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛智能管理系統(tǒng)的主要功能如表8所示。

2.7 智能機(jī)器人的智慧應(yīng)用

隨著建筑機(jī)器人的快速發(fā)展，建筑工程施工作業(yè)人員將逐步被智能施工機(jī)器人所替代，這將促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)[4]。機(jī)器人的施工效率都比傳統(tǒng)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(zhì)量更加有保證。智能機(jī)器人的類別及主要功能如表9所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)建筑施工行業(yè)實(shí)際工程施工過(guò)程中智慧工地應(yīng)用的研究，得出以下3條結(jié)論。

第一，安全智慧工地的創(chuàng)建，提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，通過(guò)在機(jī)械設(shè)備、分部分項(xiàng)工程上安裝各類傳感裝置、監(jiān)測(cè)設(shè)備等，構(gòu)建全方位、實(shí)時(shí)的智能監(jiān)控預(yù)警體系，能夠有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)靠人、靠經(jīng)驗(yàn)在監(jiān)管中的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工全過(guò)程、全方位的在線化、可視化、智能化監(jiān)測(cè)，從而提高了施工現(xiàn)場(chǎng)的本質(zhì)安全管理水平。

第二，通過(guò)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的推廣應(yīng)用，能夠使施工現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)管理更加簡(jiǎn)約化、智能化。通過(guò)對(duì)信息數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、加工、分析，能夠?yàn)榻ㄖこ添?xiàng)目的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、環(huán)境、機(jī)械、材料和人員的管理提供科學(xué)決策，從而提升工程施工的現(xiàn)代化管理水平，保證了作業(yè)工人和機(jī)械設(shè)備的安全。

第三，智慧工地的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)向智慧系統(tǒng)集成化、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化，將施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、財(cái)務(wù)管理、材料管理、機(jī)械管理、合同管理、人力管理等進(jìn)行集成，從而打通項(xiàng)目級(jí)和公司級(jí)的信息流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)互聯(lián)，真正起到提質(zhì)增效的作用。這不僅可以為建筑企業(yè)提高管理效率，創(chuàng)造利潤(rùn)，而且為建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，建筑施工企業(yè)應(yīng)該加大對(duì)智慧工地的技術(shù)研發(fā)和資金投入。

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