智慧工地系统在某项目施工中的应用研究

王修军 程少淳 肖 含 刘 腾 万泽华 中建八局第四建设有限公司

1 前言

智慧工地是一种崭新的工程生命周期管理理念，是通过某一平台，对项目进行施工过程管理，通过各单位和各部门之间相互协同，科学化信息管理，过程数据挖掘分析，对施工阶段各环节进行趋势预测管理和可视化管理，实施精准施测，科学应对，从而提高项目管理水平[1]。利用先进科技手段进行智能、高效、绿色、精益、科学的施工现场管理，杜绝各种违规操作和不文明施工[2]，提高建筑工程质量和施工管理效率，促进项目管理的创新和发展[3]。本项目在智慧工地系统的应用研究中，基于信息化、数字化、网络化和智能化，旨在实现绿色施工，精益建造，标准化管控，智慧工地系统在亚洲杯青春足球场项目施工中的应用，为智慧工地系统在建筑项目施工中的应用提供工程案例参考。

2 项目工程概况

亚洲杯足球比赛场位于青岛市城阳区靖城路以东、烟沪线以北，总建筑面积19.2万平方米，整体效果图如图1所示。本项目主体为1座有50000个座位的专业足球场，定位为大型甲级体育场，其各项建设标准应满足高水平足球赛事及其他国际A级赛事关于比赛场馆的相关标准、规定以及国内相关设计规范的要求。足球场平面轮廓尺寸215m×254.2m，屋盖最高51.5m，足球场地上建筑面积11.2万平方米，地上共计4层，还包括2块训练场地，1座多功能馆，1座游泳训练馆，配套建设商业、地下停车位，并完善周边基础设施配套。

图1 亚洲杯青春足球场效果图

3 安全管理

3.1 塔吊安全监测+吊钩可视化

塔吊上布置安全检测设备，并在塔吊吊钩上布置监控设备，进行安全管理。塔吊监测如图2所示，可达到的效果有：①吊群防碰撞，可防止塔群内塔机相互碰撞；②区域保护，可限制塔臂进入某些特定区域，防止塔臂与障碍物发生碰撞；③载重力矩监测预警；④防超载、防倾翻，当塔机载重、倾斜角度达到预警值时，监测仪器发生报警；⑤数据黑匣子，可以实时存储塔机数据，当塔机出现故障时可以保护、储存数据，便于查找故障原因；⑥远程监控，通过互联网，监控站可以监控塔群内任一塔机的情况；⑦吊装过程分析。

图2 塔吊监测

3.2 AI视频危险源分析

通过AI视频对危险源进行分析[4,5]，AI视频危险源分析如图3所示。功能主要有：①云端AI算法库：AI云平台实现了安全隐患识别和物料检测等30多种算法模型的集成、部署、分析服务；②边云协同平台：智能盒子通过AI识别的隐患事件数据与云端同步，通过云端服务实现智能盒子与管理系统的无缝对接；③端侧AI+IoT服务：智能盒子以及移动端产品分别实现对客户本地视频流以及图片数据的AI快速分析及处理，多方式实现应急预警。

图3 AI视频危险源分析

3.3 IoT技术

物联网基于各种信息传感装置，利用互联网技术和移动通信技术，打通人与人、人与物、物与物之间的信息交换和通信，最终实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能[6]。借助物联网技术，能够实现火灾预警和监测等工作，因此近年来IoT技术在消防管理中的应用已经得到了广泛的关注和认可。随着IoT技术的不断创新和完善，物联网除了能快速感知、收集和传递现场环境实时信息，还能够结合大数据分析技术，判断现场环境的监测数据是否存在异常，提前发现消防隐患问题做到“防患于未然”。

3.4 高支模监测系统

在承插式盘扣支架顶端布置轴压传感器、位移传感器和无线报警器，通过智能数据采集终端传到智能数据采集机，高支模监测系统如图4所示。针对高支模支架进行统计监测工程数及状态，绘制累计变形量趋势图，当支架出现异常，监测点异常预报警。

图4 高支模监测系统

3.5 基坑监测系统

利用激光光束传递监测点与基准点的沉降和位移变化，结合机械传动技术与自平衡校正功能来实现高精度监测，基坑监测装置如图5所示。二维激光面阵位移仪自带太阳能面板、4G模块，无需供电供网，自动实施监测基坑周边沉降及水平位移。

图5 基坑监测装置

3.6 智能临边防护网监测

临边防护网实时监测系统采用物联网技术对施工现场临边防护网状态实时监测，内置GPS定位、红外靠近探测以及双磁吸声光报警装置，装置如图6所示。当防护网遭到破坏时可实时报警，主要用于基坑、施工洞口防护网状态进行监测，保障人员的安全。技术特点：①采用电阻检测技术实时监测防护网破损状态；②内置GPS定位装置实时定位设备；③防拆卸检测，可实时监测设备状态，当设备被拆挪时实时报警；④内置锂电池，集成太阳能充电板可长期工作；⑤内置4G通讯；无线实时通讯。

图6 智能临边防护网监测装置

3.7 周界防护

根据立体布防的设计要求，在坑洞临边、围墙的顶部安装红外探测周界报警系统，工作原理是周界模块中对射探头发射红外线，人员翻越潜入时，警示装置发出警报，周界防护装置如图7所示。

图7 周界防护装置

3.8 施工临电箱监测

施工临电箱监测系统如图8所示，通过终端主机与服务器相连，数据传输到后台，在移动端可以实现实时检测电箱的工作状态、用电异常以及统计用电量。

俄罗斯重视文化和历史的保护，全国有3000多个博物馆，多为艺术馆、历史博物馆，另有自然科学馆、综合馆。莫斯科有最古老的国家历史博物馆，展示出世界文化艺术特色。一些博物馆型城市，如苏兹达尔就是在有限的空间内，建造了多处名人故居、纪念地。俄罗斯的医疗康复发展水平良好，这对于俄罗斯的旅游产业具有良好的建设意义。黑海、里海、太平洋等众多疗养中心。在高加索山脉就有全球著名的旅游养老胜地，是有天然的浴场、火山综合形成的温泉。俄罗斯东部著名的是萨哈林斯基、伦斯基、达金斯基热源带。贝加尔地区有上百个保健功能的旅游基地，另外伊尔库茨克州有矿泉泥疗养区。

图8 施工临电箱监测

3.9 钢结构监测系统

通过在施工现场加装的钢结构监测系统，如图9所示，装置包括二维面阵激光位移计、无线位移计、振弦式应变计、智能无线数据采集终端。实施钢结构施工过程中关键部位的变形监测，通过结构形态的偏移状况、结构跨中的挠度情况，分析结构的安装质量与工作状态。

图9 钢结构监测系统

4 综合管理

4.1 WiFi安全教育

通过答题上网、题库维护、上网时间限定、定向推送题库等形式，对施工人员增加安全的知识储备、提高安全意识、理论上识别危险源，从而达到安全教育的目的。

4.2 智能广播系统

通过智能广播，对现场施工人员，反复播放安全注意事项。智能广播系统的特点：①支持远程喊话，通过电脑或手机端，点对点进行喊话，及时对现场进行指挥调度；②与智能监控报警系统联动，实现自动告警播报；③支持定时广播功能，通过设定，无需值守，自动播放，提高工人安全防控意识。

4.3 能源管理

通过能源管理系统，可自动远程读取水、电表数据，可按照月、日、时传输数据，供水、供电量一键控制，历史数据快速查询。通过能源的有效管理，实现节约能源，保护环境，为绿色施工助力。

4.4 AR眼镜巡检交互系统

AR智能巡检通过智慧安监眼镜交互连接[7]，如图10所示，AR智慧安监眼镜配有可调节式镜头，实现触摸式操作，镜腿可折叠，支持多种佩戴模式，卡扣式镜片，适应近视眼的用户；眼镜通过手机供电、提供4G或者WiFi以及存储。互联网+监管，实现远程技术指导、人脸自动识别、远程实时监管，有效提高监管效率。智能AI，通过人脸识别，自动读取进场三级教育内容。特殊工种证件报备等情况隐患AI识别，可自动识别隐患，辅助安全管理人员现场检查。视频通话，支持互相进行呼叫，建立多人实时的远程音视频通话。支持分享电脑页面，视频实时标记。多佩戴模式，可单独佩戴，也可结合安全帽佩戴。卡扣式镜片，可调节角度，不影响正常视野。数据一体，可拓展性强，与安全管理系统一体贯通，统计分析数据同步，实现数据的一次采集多次使用。

图10 AR智慧安监眼镜

5 质量管理

5.1 标养室温湿度监测

标养室通过设置温湿度传感器、物联网网关，对标养室的温、湿度实施监测，自定义设置监测阈值，实现标养室的智能控制，减少实验人员的工作量，且能对实验试块更加标准的养护。

图11 标养室温湿度监测

6 生产管理

6.1 劳务实名制

劳务实名制管理的优点有：①规范总分包单位双方的用工行为，保证合法用工；②及时掌握了解施工现场的人员基本情况和数量，有利于施工现场劳动力的管理和调剂；③为施工现场劳务作业的安全管理、治安保卫管理提供第一手资料；④通过实名制管理卡的金融功能，可以简化工资发放程序，保证工资具体到人[8]。

6.2 生产管理

图12 生产管理

6.3 技术管理

技术管理可实现，图纸管理统计、方案清单统计、技术交底统计，实现图纸、方案等文档的统一存储与共享；方案状态分析，方案预警提示，提高方案的完成效率和质量。

7 风险管控

7.1 风险分级管控

风险分级管控是按照风险不同级别、所需管控资源、管控资源、管控能力、管控措施复杂程度等确定不同层级的风险管控方式[9]。风险分级管控流程：①风险辨识，根据施工现场存在的风险在系统风险清单库中进行选择；②风险评估，辨识完的风险系统自动评估其等级，还可手动编辑修改其等级；③隐患排查计划，自动生成隐患排查计划；④管控措施制定，辨识完的风险系统自动带出其管控措施。

7.2 升降机监测

升降机检测如图13所示，司机人脸识别，可以防止升降机的非专业操作，降低风险。现场声光报警，出现异常情况及安全风险，及时提示预警。推送报警信息给管理人员，使管理人员能够快速了解故障源，做出快速处理方案解决问题。

图13 升降机监测

7.3 自动喷淋控制

自动喷淋传感器如图14所示，传感器可将检测数据传送到数字平台，并对数据进行存储和分析，并将超标值推送给管理人员，及时针对相应问题进行现场整改。

图14 自动喷淋传感器

7.4 螺栓松动预警

螺栓松动监测包括传感器、无线路由器、网关及监控平台，如图15所示。螺栓松动预警的流程包括：①以螺栓紧固状态开始的角度为基准，通过软件可以设置；②间隔性的检测角度，和基准角度比较，计算松动旋出角度；③在平台端实现对螺栓松动趋势、松动点分布图、实时棒图的展示，客户可自由设定松动报警值。

图15 螺栓松动监测

8 结束语

通过亚洲杯青春足球场项目施工中智慧工地系统的应用，使项目安全管理更加高效科学，使质量、生产、技术管理得到加强提高，使风险管控更加全面智能。使数字化信息技术、智能化与网络化管理进一步融合到传统施工管理中，推动了施工安全、建造科学与管理智能的发展，促进了质量、进度、成本的控制以及资料、信息及安全管理，推进了传统施工管理的升级转型。