浅析智慧工地在油气管道站场项目管理中的应用

张世斌，张小俊，贾立东，夏秀占，史 威

（国家管网集团 北方管道有限责任公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

据不完全统计，80%工程事故都与承包商管理有关，亡人事故中90%由承包商事故引起。国际安全评级考核中，承包商管理是当前管理的短板，如何加强施工和承包商监管是当前面临的一道难题。输油气站场均属于含油气高危场所，对各类应用设备的防护防爆性能有着严格的要求，市场主流的智能监管设备无法满足防爆的相关要求，其他行业的智能监管措施在油气场所无法移植实现。同时，传统监控设备因固定式安装、一次性、转移困难等缺点，不适用于大修、新建项目不定周期、不定地点、重复布置的特点，易造成重复投资、施工布置繁琐的问题。

智慧工地建设着力解决施工现场管理，尤其是承包商管理的突出问题，将计算机技术与物联网应用相结合，围绕现场人员、设备、环境等管理，通过人工智能、无线网络技术以及视频监控等手段，实现对现场施工人员、设备、环境情况的实时定位、监控，及时发现违章、管理不到位等异常行为，变被动式管理为主动式智能化管理，解决施工过程中出现的“人的不安全行为、设备的不安全状态、环境的不安全因素、管理人员的监管不到位”等难题，有效提高施工现场的管理水平和管理效率。

1 现状分析

分析近些年工程事故原因，国家管网集团各类审核检查，发现施工现场承包商管理问题集中体现在如下一些方面：

1）安全培训、风险分析与现场作业人员不一致。

2）现场人员混乱，关键人员监管不到位或无监管。

3）违章作为、安全保护措施不到位。

4）作业票（特种作业）不能满足现场签发的要求。

5）现场作业环境检测不及时。

6）工序混乱、较差作业管理不规范。

7）工地现场环境监控设备不标准、不完备，且有些功能缺失，关键设备无法实现数据远传。

8）智能化信息水平差，主要靠现场人员管理，易出错，不易留存归档。

9）主流智能识别设备防爆性能无法满足油气场所使用要求。

2 平台建设的目标

国家油气管网智慧工地平台，着力建设解决油气行业新建、大修工程全项目周期管理，主要包括5 大功能模块：项目风险评估、承包商选定、承包商开工前准备、承包商作业过程中的HSE 管理、项目三方（建设方、监理方、承包商）安全绩效评估，涵盖了工程项目建设的始末，有效提高施工现场的管理水平和管理效率。管理人员通过智慧工地平台可随时随地掌握项目的进展情况，监控现场的施工动态，及时发现问题并督促施工单位、项目负责人及时整改隐患，杜绝各种违规操作和不文明施工现象，促进安全生产和工程质量管理。

智慧工地平台技术实现方面，结合物联网、大数据、人工智能AI、VR、无线传输等技术，实现施工人员行为实时分析，人员位置坐标实时上报，施工现场环境实时监测，施工区域全WIFI 覆盖，全油罐区智能VR 漫游，漫游过程中可实时查看设备运行状态，监测异常数据实时上报推送到相关责任人，解决了施工过程中出现的“人的不安全行为、设备的不安全状态、环境不安全因素、管理人员监管不到位”等难题。

人员管理方面，凡参与到项目中的全部人员需要进行在线人员资质申报，由建设单位或监理单位进行资质审核，审核通过后需参加相关不同工种的专业考试，考试合格后人员信息下发到人脸识别系统中才可进入工地，系统自动生成人员工牌，进出工地需要进行人脸识别考勤，结合智能AI 识别技术、人脸识别技术、平台自身能力，实现施工现场人员的培训、在线申报、人数统计，非法入侵、人员资质识别、徘徊、无资质作业等人的不安全行为的监测监控。

物联设备管理方面，智慧工地系统底层搭建物联网平台，包括设备快速接入、数据解析、设备授权、数据加密传输、设备管理、报文数据存储等功能模块，可实时监测接入到平台中的物联设备运行状态，设备状态可推送到平台端和移动端实时查看，设备报文分析预警，提前消除各类安全隐患。

施工现场环境管理方面，针对油气行业施工过程中存在易燃易爆特殊场所，研发了可燃气体监测设备，支持定时上报，浓度和浓度超标现场联动报警两种模式可同时使用，可检测可燃气体浓度、粉尘、含氧量等。另外，针对现场施工方面，扬尘监测设备可监测噪音、温度、湿度、PM2.5、PM10 等，完成对恶劣气象环境下的违规作业智能预警。施工现场布置视频监控全覆盖，全方位、24h 实时监视现场动态。利用行为分析算法，实时监测施工人员是否佩戴安全帽、多人聚集、晕倒、未佩戴劳保着装等违章行为，分析结果推送至手机端与PC 端，实时监管现场施工安全行为。

项目管理方面，提前细分大修作业工序，在平台中固化进度计算方法，根据实际确认的工序，自动统计施工进度，施工进度通过人工确认和现场监控相结合的方式进行复核。作业过程中实现关键工序、防控措施、关注事项、巡检内容数字化和标准化，移动APP 与施工进度相结合，实时推送巡视内容及关注重点作业环节，解决各方监管人员巡视检查不到位的问题，实现预警及时提醒、管控措施标准化、事后可追溯。

特种作业管理方面，施工现场特种作业实施前，需要提前申请特种作业许可证，填报相关特种作业信息，选择特种作业相关人员，系统自动生成作业许可证，通过现场摆放人脸识别闸机设备进行人员考勤，自动关联统计相关人员到场情况，统计特种作业到场监护率。

3 智慧工地平台建设

3.1 智慧工地平台设计思想

平台设计采用模块化设计：一套硬件、一个平台、多个模块，功能模块可根据需要进行自由选择和组合，操作简单、支持深入优化。系统建设本着开放性/可拓展性强、使用便捷、维护方便、适应性强、安全可靠、可重复使用的原则进行智慧工地系统的开发。系统的规划站在作业现场全面管控的角度，考虑工程的实施组织和管理，制定可行的整体计划。系统架构采用灵活的系统框架结构、平台化的设计思想、多层的体系结构。系统适应业务管理三级体制的特点，采用积木式应用累加，全面满足目前和将来可能有的各类业务，适应“分布处理、集中管理”的管理要求。智慧工地平台采用前后端分离架构，前端web 采用vue 主流前端框架，移动端采用Uni-app，后端基于Java 语言开发，整体采用模块化设计。

3.2 平台技术架构设计

智慧工地平台软件技术架构以组件化方式实现产品构成，平台应用技术集成了消息中间件（kafka、zookeeper）、分布式缓存(Ehchche)、应用容器(Docker)、事件分发、视频压缩传输、AI 智能识别、流媒体接入（采用GB28181 接入）、设备接入、数据加解密、存储接入、云推送、大数据分析模块等各类服务，由各个组件承载相关服务能力，提供平台及支撑组件的各种功能需求。

平台建设充分考虑智慧工地项目规模应用场景和平台扩展性，平台总体设计时实现各服务水平的扩展能力，如智慧工地物联设备管理模块，支持多设备接入（人脸识别设备、扬尘监测设备、视频监控设备、可燃气体监测设备等）、数据解析、设备报文分析预警、设备数据存储等，不同的组件服务可部署到不同的服务器中，针对大并发业务支持多节点部署，保障系统稳定性。

智慧工地平台其余业务功能模块均采用分布式设计架构，平台可根据物理服务器资源及服务容量情况，将平台内组件独立部署到不同服务器，根据业务组件承载业务量不同，实现资源动态调配，总体实现平台较高的扩展性及稳定性。

针对平台使用流畅性方面也做了大量的设计工作，采用各种先进技术支持应对大规模并发下平台流畅性，采用分布式缓存、事件分发机制、消息中间件等技术来提升响应速度，减少各环节交互的性能损失，提高系统运行流畅度，平台UI 页面设计更为人性化，采用B/S 架构网页端实现业务数据管理配置等，移动APP 辅助业务应用，使平台管理和用户操作便捷性等方面更方便高效。

智慧工地平台综合展示模块，提供各类分析统计功能，可根据项目建设年份统计查询分析，为管理者决策提供数据辅助。其中，包括平台整体项目建设情况分析，项目建设进度、不同阶段项目的数量统计、项目建设三方（建设方、监理方、施工方）实时得分；HSE 管理模块，可统计管理部门和安全部门在项目建设过程中的管理情况；特种作业管理模块，可统计项目建设过程中各类特种作业数量和对应占比；项目监护率模块，可展示各项目特种作业实施过程中相关负责人看护情况；预警消息模块，可统计AI识别报价数量、可燃气体报警数量和设备故障报警数量等；人员管理模块，可展示项目建设三方人员投入情况和整体占比；施工现场人员管理模块，可查看项目现场人员分布情况；设备应用管理模块，可查看各类设备接入数量、在线数量、使用天数情况。

4 智慧工地前端设备配置

4.1 防爆出入口集装箱设备

一体式防爆出入口集装箱采用不锈钢材质打造，具有经久耐用、防撞击等特点；双通行通道，可双向进出并且具有断电掉杆功能，方便设备故障或紧急情况时应急通行；配备智能人脸识别一体机，可进行动态人脸识别分析，识别到已录入的人员后，发出语音播报（可自定义播报内容），闸机打开，人员可以通过，识别到未录入人员后，设备发出“注意陌生人”（可自定义）的警报。同时，人脸识别设备会将识别到的（已录入）人员信息上传到平台，并在防爆显示器上显示，人员信息包括姓名、性别、工种、照片等，也可显示抓拍到的未录入信息人员的照片，记录施工人员进场出场时间。

出入口在进出两个方向装有手拉式卷帘门，便于运输和储存。总体硬件设计合理，达到防爆要求，设备前期预留相应的外接设备接口，可扩展不同的传感器，可根据现场场景使用要求进行调整。

4.2 壁挂式安装43寸防爆显示器

可分区显示不同信息，包括人员信息、陌生人抓拍，气象信息、可燃气体及有害气体浓度信息、施工人员进出场时间表等信息。双通行通道以外，还配置有应急通行门，可通过大件工具和设备，也可作为消防通道。

4.3 防爆扬尘监测设备

扬尘监测设备可监测温度、湿度、噪音、PM2.5、PM10、风力、风向风速等，支持4G 数据通讯，并可将数据远传到智慧工地平台端。

4.4 防爆智能监控设备

采用华为高清智能摄像机机芯，支持H265 视频编码技术、SEC 前向纠错技术、60 帧高帧率编码处理技术；智能识别监测功能：如周界入侵监测、越线监测、人脸监测抓拍、人脸对比识别等功能，多项业界领先技术，防爆等级Ex d ⅡC T6 Gb。

4.5 可燃气体监测设备

可燃气体监测设备有两种产品形态：一种为手持式设备，可监测4 种可燃气体和SOS 求救；一种为佩戴式设备，可监测一种可燃气体和SOS 求救，设备支持可燃气体超标语音播报超标浓度和设备信息，并可实现设备联动报警，气体浓度数据、SOS 数据、浓度报警数据均可远程到平台端。

4.6 智能安全帽设备

智能安全帽具有人员定位、脱帽感知、SOS 求救、拍照、本地录像和音视频通讯功能的一体化智能穿戴安全帽产品，基于智慧工地后端物联网平台，实时监测人员位置，远程指挥提供了工作效率，也解决安全生产现场作业过程中的各种问题，实现“集感知、分析、服务、指挥、监管于一体”，打造“物联网+”的智能化、精细化、过程结果并重的安全生产管理新模式。

4.7 防爆可折叠支架

主体为铝合金材质，采用5mm 厚度铝合金铝管，具有重量轻强度大的特点，防护等级不低于IP66；重量不超过12Kg，单人可搬运，涉及到折叠的组件，采用手拧螺丝固定，实现单人无工具徒手安装部署。支架共安装3 个防爆插座，采用嵌入式安装，更加美观实用，与上端摄像机和下端电路之间连接，均采用无火花式防爆插头，整体满足防爆要求。

5 结束语

综上所述，智慧工地平台功能全覆盖承包商HSE 管理流程，通过人脸识别、智能行为分析等技术，实现从项目前安全风险分析、承包商选商，到项目中HSE 管理，项目结束后的绩效考核和HSE 管理分析全覆盖，尤其是完美解决作业许可管理中存在的人员不到场监护、不现场签字、施工人员与申请人员不符的问题。该技术的应用，创新了油气站场承包商HSE 管理新举措，首次实现智能管控技术，攻克了智能分析设备不能满足防爆、方便布置、重复应用的难题，发明了作业许可管理智能监管方法，解决了作业许可监管无有效措施难题。