无人机在监理企业安全管理体系中的应用

李奇岩，聂新良，陈云龙

（上海建科工程咨询有限公司）

1 引言

1.1 研究背景及意义

近年来建筑业飞速发展，在我国国民经济中占有重要位置，据有关数据统计，建筑业容纳的就业人数占全社会劳动者人数的5%左右[1]，为缓解我国的就业压力作出巨大贡献。然而由于施工现场环境多变且复杂，工程施工人员交叉作业、高空作业多，施工作业人员安全意识薄弱，安全事故频发，造成巨大的经济损失和人员伤亡。根据相关文献和统计数据[2]表明2015年～2019年这5年间发生事故数量及死亡人数逐年增多，其中事故数量由437起增加到773起，上升76.8%，死亡人数由549人增加至904人，上升64.6%，因此重视施工现场安全管理具有重要的研究价值和意义。分析全部事故，由图1可见高处坠落、物体打击、坍塌、起重伤害等事件是导致事故发生的主要因素，事故大都跟人或物从高处坠落、高大结构或者临设的倾倒坍塌有关，其主要诱因是人的不安全行为以及物的不安全状态，目前监理企业的管控方式是人工盯梢，这种方法具有效率低，排查慢，预防性差等特点，相应的，工程监理企业也在积极的寻求新技术、新方法来辅助现场安全管理工作，而无人机的性能优势可以弥补其不足，将无人机作为一种辅助管理手段对监理企业具有重要意义。

图1 2015年～2019年不同事故类型发生比例

1.2 无人机在工程领域研究现状

中国民用无人机诞生于1982年，无人机具有小型轻便、智能化程度高等优点，起初主要应用于航空测绘和航空勘探，后逐步应用于其他领域。在工程领域，无人机技术可以结合数字图像识别技术检查施工现场钢筋数量、间距、尺寸是否符合要求[3]，也可以应用于桥梁检测[4]、施工模板质量[5]等等，这表明本文将无人机作为一种辅助手段来加强监理企业现场安全管理具有一定的可行性和可操作性。

2 无人机在监理现场安全管理中的相关技术理论

2.1 无人机巡航

无人机飞行速度快、不受地形限制、视角灵活、低噪节能，可根据施工现场及周边环境选择手动飞行或者自动巡航[6]。无人机巡航作为一种辅助巡视手段相较人工巡视有其独特的优势，无人机搭载的高清摄像头可以使安全隐患更快暴露出来，对于高空作业，无人机可全程监督避免发生安全事故，对于关键工序、关键环节如起重吊装作业，安全监理人员可以借助无人机近距离观察吊装过程中吊具及钢丝绳的状态，从而加强吊装作业的事中控制（见图2）。

图2 无人机巡视起重吊装作业

2.2 图像识别技术

图像识别技术即计算机图像视觉分析技术，该技术通过将场景中背景和目标分离，进行提取、比对、分析，并追踪在图像信息中的目标从而完成图像处理[7]。本文应用的图像识别技术是基于上海某工程咨询公司研发的监理业务视频监控平台，该平台在研发过程中采用深度学习为主、传统图像处理为辅的计算机视觉算法，通过采集大量的施工图像数据并不断训练和优化检测模型来提高识别准确率，目前平台已经实现施工现场工人安全帽、安全带佩戴识别模块以及临边洞口防护模块，其他诸如塔吊吊装风险的智能识别模块也在进一步研发之中（见图3）。

图3 监理业务平台识别现场临边洞口缺失

监理工程师可以通过移动端APP自主飞行无人机对建筑物细部或者环绕施工场地进行拍摄，在监理视频业务平台搭建过程中建立了用于接收移动端APP图像信息的服务器，通过图传技术可以将获取的图像信息实时上传至平台上，从而实现目标识别（见图4）。

图4 无人机图像传输

3 无人机在监理企业现场安全管理中的需求分析

施工现场场地大、作业环境复杂、危险性分项工程较多，因此现场安全隐患排查工作量大，人工盯梢往往效率较低，或者人工盯梢本身存在安全风险，无人机移动速度快，可以短时间完成巡航，可以在高处切换任意视角，因此可以较好的完成监理工程师的安全管理辅助工作。为了更好的确定无人机在监理现场安全管理中的巡视内容，本文梳理了上海某工程咨询有限公司企业管理体系中的施工安全巡视及隐患排查作业指导书，并据此面向公司在建项目的监理工程师开展了一项问卷调查，问卷列举出无人机可能检查到的位置及风险项目，根据反馈结果与公司安全专业委员会同事进行沟通，期间提出一些专业性的建议，从而初步确定了无人机用于施工现场关键环节、关键工序的监理安全检查管理的风险项目。通过对公司负责监理工作的黄浦文化中心新建工程项目进行实地测试，测试无人机进行现场安全巡视的可行性，最终得出无人机在监理现场安全巡视的内容如表1所示。

表1 无人机施工现场监理安全巡视内容需求

4 基于无人机技术的施工现场监理安全管理中的应用

4.1 无人机安全巡视内容设定

选取黄浦文化中心新建工程项目为应用案例，是由于该项目为深基坑项目，上部结构为钢结构，施工作业面多，现场安全管理任务重，若全部采用传统安全检查方式，所耗费的时间和人力过多，且安全巡视过程中本身会给巡视人员带来一定的风险，此时应用无人机辅助进行巡视可充分发挥其优势，短时间可以到达场地任意高度和位置。本文选用大疆御2无人机，该无人机飞行参数如图5所示，由于施工场地周边环境较为复杂，因此选取自主飞行模式，并通过移动端APP实时将图像信息传至项目安装的监理业务平台进行智能化识别。该工程目前正进行地下室结构施工，根据当前工况需要，设置无人机巡视检查顺序如图6。

图5 大疆御2无人机飞行参数

图6 无人机巡视检查顺序

4.2 无人机安全巡视结果分析

在使用无人机进行安全巡视检查的同时按照无人机巡视检查顺序进行人工逐点查看，并统计两者用时，具体结果如表2所示，结果表明使用无人机可大大提高现场安全巡视效率，并解决作业过程中人工无法查看的高处作业，同时在人工巡视过程中由于作业环境较为复杂，因此本身对安全监理人员来说就有一定风险，由此可见使用无人机辅助巡视具有以下优势：

表2 无人机现场巡视与人工巡视用时对比

5 结语

智能化和信息化是当今社会的热点，工程监理行业作为建筑业重要的一环也必将跟着时代的潮流向着智能和信息化发展，对于大型监理企业，公司往往承担大量重要工程的施工监理项目，随着我国新基建建设的提速，大型重点项目将持续增加，其安全管控不容放松，同时管理效率也需要显著提升，无人机作为新兴技术，同时可以和图像识别、BIM、测绘建模等技术相结合，也是智能化、信息化的表现，它使得监理企业对现场安全管理更进一步精细化，并促进企业在智慧工地领域技术服务的有效开展，因此应用前景广阔。但目前也在存在一些不足和进一步改进的地方：

①由于施工项目的唯一性，不同项目需要制定符合本项目的无人机飞行方案，在施工环境复杂需要自主飞行检查中对无人机操作者具有一定的操作要求，因此企业应当重视无人机操作者的培训工作；

②无人机结合计算机识别系统可以完成对特定场景的识别，目前识别模块较少，随着科技的进步，无人机智能化识别模块将会进一步拓展，同时可以和更多先进技术相结合打造智慧工地。