数字化建筑施工中安全监督管理模式的技术探讨

李艳红 中煤江南建设发展集团有限公司

随着我国经济发展，建筑工程特别是地下空间开发利用日益增多。大部分建筑项目都位于城市中心位置，场地较小，在有限的地下施工场所各种不同的机械设备交叉施工，再加上地下环境复杂，施工条件恶劣，比如在深基坑施工过程中，吊机及挖机如得不到安全指挥，其危险系数非常巨大。数字化施工体系的实施，能够避免施工过程中由于人员的错误行为而引发的安全事故，有效降低这方面的危险系数，确保工程建设的施工安全[1]。

一、数字化施工体系对管理和组织的影响分析

数字化施工系统的采用，以及项目管理信息系统、决策系统和各种辅助软件的应用，将给施工项目的安全监督管理带来巨大的变化和影响，最终形成一个完整的企业信息系统，组织的改革与创新已成为当前潮流。

（一）促进工程项目数字化管理

1.建筑工程建设管理的内容包含施工建设过程的计划安排、协调控制以及调度。建设工程管理的首先任务应在确保安全、质量的前提下完成，科学合理地利用企业的设备及人力，降低建筑材料损耗，提高工程效率及企业经济效益。这些需要管理系统能够适应当前建筑市场环境变化，并进行组织与计划来达到此效益[2]。

2.数字化管理是一种量化管理行为，是利用计算机及网络、人工智能等技术来实现协调、计划组织及创新管理的方法。数字化管理是当前企业为了提高竞争力而选择的途径，同时也是技术发展的必然选择，满足当前市场需求[3]。

（二）对项目管理组织的影响

1.项目组织结构出现“扁平化”

数字化施工体系的应用改变了管理组织方面的信息传递方式，管理组织作为实现项目管理目标的一种手段，通过内部组织的横向及平等进行信息传递，协调项目各方之间的合作关系，传统的纵向组织结构有“扁平化”的趋势。

2.项目组织的功能结构虚拟化、扩大化

大型项目在建设前，可通过计算机的网络平台建立一个具有共同目标、动态灵活的工程管理组织，以及安全、质量、进度等方方面面，提高工程管理过程中的资源配置及安全管理，突破传统的组织结构带来的局限性[5]。随着信息技术的出现和应用，传统的层次金字塔组织逐渐转变为分布式、扁平化的虚拟组织。

3.引发组织中的团队工作（Team Work）

团队合作是当前信息时代的主旋律，基于IT技术的应用学习型组织模式，授权工作，人性化管理，强调所有成员共享信息，紧密合作，实现共同目标。

4.引发学习型组织与知识管理

近几年在数字化施工系统的影响下，建筑建设方式、安全管理手段及理念都发生了很大变化。数字化施工是基于全新的开放模式促进项目各类工种、管理层不断提升自我水平，同时对于各种新工艺、新技术所带来的安全隐患有着新见识，形成一个现实的、渐进的学习型组织，不再局限于经验式的管理。

二、建筑工程施工数字化安全监督管理模式的技术方法

在建筑施工中，施工人员的人为因素与复杂的施工环境是引发施工安全风险的主要源头[6]，在地下环境缺乏稳定性、施工区域内埋地管道位置信息缺乏的情况下，容易引发周边建筑物不均匀沉降。这在一定程度上反映出施工人员安全意识淡薄，施工安全管理工作不到位。依据施工现场的风险来源分析，将AR技术与智能摄像机技术结合，BIM信息技术模型，形成数字化安全管理监督系统。以下重点讨论在充分的数据和技术支持下，数字化在建筑施工安全监督管理中的应用，对提升安全系数，推进项目有序进行，具有重要意义[7]。

（一）智能视频监控在建筑施工安全管理上的应用

数字化施工将信息技术用于施工管理及施工方面得到有效应用，如青岛的一个建筑项目采取高清摄像机记录施工现场的全部过程，并实时在电脑屏幕显现，监理工程师可随时掌握现场安全状况。广东省在很多建筑项目方面均采取了数字化施工安全监督模式，同时采取先进的施工技术方法，基于安全保障需要，实现了“现场直播”和重点建筑工地施工状态全天候监控[8]。

全国一二线城市基本上都应用数字监控技术，视频监控技术作为数字化施工的重要组成部分，为施工现场提供了全面、直观的记录形式，并对施工过程进行了现场直播，从而直接反映进度，及时监督施工及其安全状态，提高现场安全监管能力。随着摄像设备的不断完善，摄像智能分析系统可以把所录制的视频直接传送至网络服务器，同时在同一网段内的任何一台计算机均可以通过网络连接摄像机，从而摆脱了内存的束缚，帮助施工安全管理人员实时关注施工人员的具体操作过程。另外，系统的警报响应时间非常重要，与传统的人工警报相比较，数字化系统的自动警报响应时间具有即时响应，虽然其危险行为已经发生，但时间差已得到很大缩短。系统是基于预告假设的基础上进行，在自动响应中可能会产生两种误报现象：（1）由于预先设计的事故类型没有包含所有的危险动作，视频捕捉时无法有效识别危险行为，导致发生危险行为时却没有警报响应，是安全漏洞之一。（2）无危险作业，却发出警报及采取应急措施。第一种误报现象，解决方法是完善危险行为的知识库，对报警规划的范围进行扩大，使得假设的危险行为尽可能接近实际情况；第二种误报现象的解决方法是将危险行为的描述准确性细化，使之更加接近于实际情况[9]。

（二）增强现实技术（AR）在建筑工程施工安全管理上的应用

增强现实（Augmented Reality，简称AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。最初的图形学领域虚拟现实技术（VR）是增强现实技术的前身，90年代取得了迅速发展，在虚拟现实技术的基础上发展的新型技术。其三大核心技术分别是虚拟现实组合技术、实时交互技术和三维配准技术。AR和VR不同，与VR将用户沉浸在虚拟的三维交互环境中相比，AR是生成场景及系统提示叠加到真实场景中，实现最终的增强与虚拟性有机地结合。使他们看起来像一个整体，通过软硬件系统的协调，用户可以更自然地与环境中的真实和虚拟对象进行交互。在AR环境中真实对象和虚拟对象共存、相互补充[10]。

借助计算机和AR平台对施工现场和工程结构主体增强数字化施工过程仿真，建立包含结构信息和施工环境的数字化工程模型。事先对实际施工工艺进行研究和推导，将施工人员在实际施工过程中需要注意的信息叠加在施工人员的视觉上。增强现实的数字模型包括两种信息。一是人们视觉中存在的可见信息。图像信息是从施工人员的真实视角获取的。AR移动设备，如AR眼镜，被输入AR系统处理器，用于与虚拟信息对接。另一个信息是没有可见的信息或实践中不存在的信息，即增强信息。这部分信息是通过三维配准来实现的，如土层下市政管道或工程结构的施工参数，将这些信息将添加到预构建系统模型中。模型中当前视野的方向由AR图像输入装置获得，即确定视点。然后，从模型中提取当前视点的所有附加信息，如市政管道的位置和尺寸、地质土层的描述、当前的施工工艺和操作要点等。

施工人员操作不规范、缺乏安全意识或技术交底信息不充分等所造成的施工风险，AR技术能够避免这些因素。采用AR技术作为施工安全管理的前馈手段，主要是为施工人员在施工作业时提供全面的安全提示。为使AR技术在施工阶段得到有效应用，首先要根据实际工程建立三维模型。这一模式不仅要包括工程信息的所有内容，而且要随着建设的进展而不断演变施工环境的变化。这种模式实际上是施工资料脉络的整合。它将各种来源和形式的施工信息集成到AR系统模型中，为施工提供准确、全面的数字化支持，有效指导复杂环境下的施工作业[11]。

图1 BIM数字化管理平台

图2 数字化安全管理系统

（三）BIM技术在建筑工程施工安全管理上的应用

BIM 模型作为可视化、数字化、协调管理等功能的信息技术工具，是实现增强现实的工具之一。通过构建BIM建筑信息模型，建立BIM数字化施工平台，施工人员上传数据到数字化平台，与实际施工过程相吻合。BIM数字化施工管理平台，解决了施工现场不方便查看、管理等问题，能够实时查看各方面施工信息，统一管理各参建单位，收集施工现场资料等，让现场施工安全管理更加规范，如图1所示。

1.施工过程中的数据查看

通过建立工程施工过程的三维模型，将三维模型上传到数字平台上，可以直接看到施工进度、施工质量和安全生产情况。在三维模型上，可以将设计图纸、现场图片和现场视频链接起来，直接查看施工现场，从而解决施工现场管理混乱、部分隐蔽性工程检查困难等问题。

2.标准化的施工管理

在施工管理数字化平台上，建立标准化施工管理数据库和各类标准数据库。根据施工标准规范数据库，按不同施工类型、施工工序和安全质量控制点，对工程进行规范化管理，实现施工过程的精细化管理。

3.施工现场的数据采集

将施工现场的安全检查表、质量验收单等由移动终端直接输入，实现施工数据的平台化和透明化，便于施工单位及时整改施工中存在的安全质量问题。通过GPS定位和实时监控，统一调度，实现施工机械智能调配，保证工程安全。

三、建筑施工安全管理数字化建设

（一）数字化安全管理系统

依托AR及BIM等数字安全技术手段，在智能摄像机上已经形成了一套数字化的施工现场数字化安全管理系统。通过该系统，业主、施工单位、设计单位、监理单位、政府监督部门可以对建筑工程施工进行严格的安全控制（见图2），最终达到降低施工安全事故概率的目的[12]。

（二）数字化安全管理输入输出系统

在工程实践中，数字安全管理输入系统包含AR眼镜（或AR头盔）及网络摄像机，所捕获到的视频实时传输到网络里。网络选择方面有两种，一种接入公共网络，一种接入局域网。如客户端和服务器相距较远，采取多个工地共用一个处理器，不受地理位置限制，可以采取接入公共网络方式。局域网是一个专用的网络（VPN）将网络摄像机、服务器和客户机连接到一块，这种网络构建简单，且能保证传输质量。而接入公共网络的则首先将局域网与公共网络连接起来，安装在工地的摄像头，可对现场实施监控，让安全管理人员在控制室实时了解现场危险区域的施工状态。再加上AR信息的输入，将佩戴设备施工人员的数字标签与三维信息模型相连接，实现管理者的现场感受。

（三）数字化安全管理分析处理系统

网络摄像机作为建筑工程施工数字化安全管理设备的一种，首先，它不仅可以用于施工现场的综合监控，还可以利用智能视频分析软件自动识别危险行为。该软件将从标准规范和现场调查中总结出危险源，并用一系列图像规则表示出来，计算机可以响应这些规则，形成报警事件，帮助安全管理人员及时发现危险行为。

其次，智能分析软件一旦检测到报警事件的发生，就会自动启动连锁反应措施。报警信息以声音提示现场工作人员，弹出窗口提示视频监控人员，也可通过电子邮件或短信发送给安全管理人员。

最后，摄像头的所有报警事件自动保存形成报警日志，并根据时间、摄像头、应用规则等指标进行分类，总结施工现场安全文明施工的实施情况，进行安全培训和施工指导。

四、结束语

建筑工程施工安全管理数字化建设，改变了传统的人对人安全监督与安全技术交底方式，提高了安全管理的效率和质量。同时，数字化工程安全管理减少了施工过程中的信息失误，实现信息的交互共享，是当前数字化施工安全监督管理的重要手段。