建筑行业智慧工地安全监管平台的设计研究

王蜀元 程蒴 吴春艳 王安江 董彦宏

【摘  要】随着以大数据、云计算、人工智能、物联网为代表的智能时代的来临，为了促进建筑行业转型升级，降低安全事故发生率，提升监管效力，开始逐渐将智能化技术运用到此行业中。论文通过对构建智慧工地安全监管平台的背景进行分析，阐述了“智慧安监平台”所应用的物联网技术、人工智能技术、云计算技术、3S技术，并在此基础上探讨了智慧工地安全监管平台的设计思路、总体设计架构、系统拓扑、安全设计和运维设计，旨在为实现建筑行业的信息化转型提供参考。

【关键词】建筑企业;智慧工地;安全监管平台;设计架构

【中图分类号】TP311.5;TU714                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2022）06-0124-03

1 引言

随着建筑行业的快速发展，建筑施工现场的安全事故发生率也在不断增长，如何有效降低安全隐患、提升安全监管质量成为当前建筑行业需要认真思考的重点问题。智慧工地是一种全新的管理理念，智慧工地安全监管平台可以融合各类信息，能够对管理人员进行安全监管提供精准的数据支撑，增进部门之间的有效交流，不仅可以降低人工成本，还能提升施工现场的安全性，有助于建筑行业转型发展。

2 问题的提出

建筑行业是我国社会经济发展过程中重要的支柱产业，有助于我国经济快速发展。在进入新时代之后，随着云计算、物联网、数字化和工业化的相继出现，建筑行业的管理方式也发生了巨大的转变，为了适应新时代发展需求，建筑业需要积极采取有效措施，将信息化、数字化、网络化技术等运用到本行业中。“十三五”规划中提出了要创新建筑产业发展，调整建筑产业结构的提议，推动建筑行业朝着新型模式发展，并不断增进服务形式。同时将BIM信息化技术引用到建筑行业中，加快BIM技术的集成应用，打造出人工智能、BIM、物联网、云计算、大数据等信息化技术和智能化技术相结合的“智慧工地”，促进建筑行业实现转型升级发展。

建筑行业由于涉及的工作人员较多，且工作素质参差不齐，缺乏较强的安全意识和先进的管理模式，相应的安全措施准备不充分，监管不到位、智能化水平较低等众多问题，以致于在建筑施工現场常常发生安全事故，危及工作人员的人身安全。据相关数据显示，2016年到2018年因建筑安全事故造成的人员伤亡率呈现出逐渐增长的趋势，而2019年要比2018年的事故和死亡人数增长了5.31%和7.62%[1]。为此，针对建筑行业存在的安全事故问题，需要在促进建筑行业转型过程中加强安全管理体系信息化建设，提升建筑施工现场的安全管理和监管能力，降低事故发生率。

综上所述，建筑行业作为推动我国国民经济快速增长的支柱产业，发挥着至关重要的作用，但是之前碎片化、粗放式管理方式难以满足新时代提出的新要求，在国家新政策和信息技术发展导向下，建筑行业正在朝着信息化和数字化方向发展，运用数字化技术来提升建筑行业的安全和监管能力，促进建筑行业实现数字化转型，构建智慧工地安全监管平台是当前建筑行业的重点发展方向。

3 智慧工地安全监管平台所用关键技术

3.1 物联网技术

在建筑工程施工现场中，物联网技术是一项应用极为广泛的先进技术，同时也是构建智慧工地安全监管平台必不可少的一项技术。物联网是通过网络系统来为用户提供信息，便于他们进行有效的交流和沟通，所有的信息都是在互联网与信息传感设备进行连接的基础上实现相互交互和传输，以此达到智能化管理的目的。在物联网技术作用下，获取在施工现场采集的数据，通过网络技术将传感器中的数据传输到平台中，进行数字化通信、信息交换和资源共享。在物联网技术的“智慧安监”作用下，可以对施工现场的数据进行实时采集，然后上传到云端进行资源共享，从中找到存在的安全隐患，进而帮助政府监管人员对现场的施工状况和进度进行实时掌控。

3.2 人工智能技术

人工智能技术是模仿人类的思维模式对数据进行分析，然后为用户进行数据分析并作出决策提供支撑和帮助。人工智能在近几年得到了快速的发展和应用，而且建筑行业应用人工智能技术以后在信息化转型升级中取得了较为显著的应用效果。人工智能技术凭借自身具备的感知能力和计算能力，可以对建筑工程施工现场中存在的安全隐患以及工作人员的违规行为进行智能化识别和管理，利用人工智能技术自身的能力以及大数据技术的协同效应，可以对角度较大的数据分析问题进行有效的解决和处理，这对于构建智慧工地安全监管平台非常重要[2]。在智慧工地安全监管平台设计过程中应用人工智能技术可以提升现场施工管理效率，使监管人员可以实时掌控施工现场具体状况，从而加强监管力度，提升施工现场的安全性，不仅可以降低安全事故发生率，还能节约人工成本，有助于提升施工质量，增加企业效益。

3.3 云计算技术

云计算技术就是通过互联网平台为用户提供安全、便捷的数据存储和云计算服务，让互联网上的用户都可以通过网络来获取想要的数据信息，并通过网络终端设备为用户提供个性化、广泛化的服务，云计算是一项与互联网、软件、信息技术有关的，具有同时性和弥漫性的一种先进技术。智慧工地安全监管平台就是将各种数据存储在阿里云上，然后借助互联网的传输功能，与阿里云的网络数据中心进行连接，然后在网络云中实现数据的应用、传输和处理。

3.4 3S技术

3S技术是GPS、GIS、RS的统称，是通讯技术、计算机技术、导航技术、卫星定位技术、传感器技术等的有效结合，是一种可以对信息进行采集、分析、整合、管理、传输和应用的现代化信息技术，是构建智慧工地安全监管平台不可缺少的技术之一。3S技术可以保证数据信息的精准性，将其融入“智慧安监平台”中，可以配合BIM技术对施工现场进行功能划分，通过模型对重大机械设备工作范围、施工车辆路线、工作人员工作区域进行动态模拟，保证建筑工程高效运行;通过对施工现场进行智能化监测，实时获取精准数据，避免安全事故发生，做好安全预防和全局化控制。

4 智慧工地安全监管平台总体设计系统架构

4.1 设计思路

智慧工地安全监管平台主要是为了解决施工现场存在的安全管理以及监管问题而设计的一种新型监管模式。通过设计此平台可以为施工单位、政府监管部门等相关人员提供信息化技术智慧监管，提升安全监管水平。该系统在设计师将硬件和软件进行集成应用，实现各个系统直接的联动效应，通过系统的相互协作来进行预警，现场处理整改闭环，达到预先进行风险控制的目的[3]。该平台的设计思路主要为：在建筑工程的施工现场安装各种类型的传感装置，通过传感装置来感知和采集施工过程中存在的有可能造成安全事故的各种直观动态数据，这样可以提升数据的准确率，防止出现因人为操作而出现的不可控情况;将获取的所有数据及时传递到平台中进行分析，通过分析发现问题并及时解决，从而提升监管的时效性，对于异常的数据要进行深入的研究，实现异常状态预警和智能监控等;保证各个单位之间可以实现数据共享和协同发展，为管理人员进行有效管理提供决策支持，以此降低发生安全事故的概率，提升施工现场的安全监管效力。

4.2 总体设计架构

建筑行业应该严格遵从相关的法律法规和行业标准，以建筑施工现场的实际安全管理需求为基础，通过对信息化资源进行优化整合，利用物联网和互联网等软件和硬件技术来对智慧工地安全监管平台进行设计。智慧工地安全监管平台为建筑企业和政府职能部门进行信息化安全管理提供了支持和帮助。该系统在设计过程中，采用一体化平台，分层使用、分层设计的方式，在满足一体化平台要求的基础上，提升了整个系统的灵活性，并为后期系统扩展奠定了架构基础，该平台总体架构一共分为以下6个层级：第一，基础层。在建筑施工现场中，基础层被称为是监管系统的总称，指的是在建筑施工现场安装的智慧工地系统，主要为监管系统提供所需数据。基础层就是所谓的设备采集层，通过在施工现场安装智能化设备便于物联网采集或感知数据。基础层应用到的设备一般包括通信设备、应力监测设备、用电监测设备、环境监测设备、GPS、升降机监测设备、视频监控设备等终端设备（见图1）。第二，传输层。在网络技术支撑下，传输层可以通过网络传输各监管规定数据，经“施工现场監管”数据通过网管自动实现格式化之后存储到业务子系统或相关设备中。传输层应用的网络通常为VPN专网、企业内部信息网络（Internet、Intranet）、移动通信网络（3G、4G、WiFi、WiMAX、5G）、无感传感网WSN。第三，数据层。数据层可以存储和管理监管系统所需要的所有数据，在大数据分布式架构基础上构建，可以为监管系统数据挖掘和数据分析提供可平行扩展支持。此平台中搭建数据层可以对建筑施工现场中所有的数据进行抽取、采集、加工、整合和管理，并通过构建数据模型来对这些数据进行分析和进一步挖掘。数据层中包含的数据类型有：外部数据、地图数据、视频数据、基础数据、实时监测数据等，通过大数据中心的元数据服务和数据计算服务、数据模型、共享交换服务、目录服务等，实现对各类数据信息的共享服务和集中管理。第四，服务层。服务层是专门为智慧工地安全监管平台正常运行提供服务，便于政府部门进行监管的重要组成部分，主要由集成服务和公共服务两部分构成。其中集成服务可以从多个方面为信息系统提供数据交互方案，也可以解决系统中存在的集成问题，包括数据交互共享服务、界面集成服务、单点登录服务等[4]。公共服务主要是为监管系统提供基础服务，满足其集成需求，根据业务类型应包括但不限于缓存服务、日志服务、消息服务、综合查询服务等。在服务层的支撑作用下实现与数据层的统一接口，保证数据可以进行持久封装，便于外部服务和各个应用模块之间实现统一的接口操作，促使平台的纵向业务可以实现融会贯通，提升各系统之间的协同联动能力，为整个智慧工地政府监管信息系统的正常运行提供便捷服务。第五，应用层。应该层主要涵盖了行政监督管理、视频监控、安全检查管理、危险源管理、危大机械设备管理系统、人员管理、项目管理等，并针对各个层面的具体要求提供了具有针对性的业务场景服务和接口服务，为上层应用提供订阅服务。第六，用户层。用户层主要是为建筑工程所涉及的监理单位、施工单位、设计单位、勘察单位、建设单位、监管主管部门等相关人员，提供精准的业务操作和数据可视化展示，设计用户层时，应该确保其可以实现多种终端展示。在构建监控中心时，需要达到安全可控、实时可视化、全域感知、“监管部门-施工企业-项目现场”三级联动的目的。

4.3 系统拓扑

智慧工地安全监管平台在设计过程中主要采用物联网技术，由处理层、信息存储层、传输网络、接入层、信息采集等组成。集成工地现场的环境数据、塔吊运行监测数据、人员安全数据、视频数据等重要数据，都会通过传输层和网络接入层实时上传到该监管平台中的各个模块中，平台在采集和存储了多方传递过来的数据之后，会将相应数据提供给各个责任方、实时预警、报警联动抓拍[5]。在此系统之下，参与建筑工程施工的各个单位以及政府管理部门就可以及时准确掌握施工现场的实际进展状况，这相当于为各个责任方提供了一双辨识度极高的眼睛，在对工地进行安全监管方面，更是为其提供了具有智慧化的决策大脑来辅助开展施工工作，从而进一步提升了建筑行业施工现场安全管理和项目管理的效率与质量。

4.4 安全设计

系统是否具有安全性需要在人员、过程和技术三方的有效结合之下才能实现[6]。本文在对智慧工地安全监管平台进行设计时，需要考虑到运行保障和技术两个方面。首先从技术方面来讲，要从多个角度、多个层面展开安全设计，确保数据、验证和通讯等方面的安全性。其次从运行保障方面来讲，通过搭建安全操作框架，可以为智慧工地安全监管平台提供保证其正常运行所需要的安全管理实践。最后从应用、管理、数据以及网络层面来讲，根据目前所采用的信息安全技术，可以构建出系统化、科学化的安全保证体系，在此体系的保护作用下，提升信息的可用性、完整性、机密性和安全性，形成高性能的安全防护系统。

4.5 运维设计

运维设计主要包括两大方面：一方面是日常基本维护。基于这方面来说，它最重点的工作就是对平台的进程状态和系统服务进行实时监控，并在发现系统运行错误时及时发出警报，同时还能对错误的运行程序及时终止运行，自动对进程操作进行刷新;定期监测系统在运行过程中形成的各项数据和记录文件，通过对其进行分析，判断出现问题的具体环节，告警问题并对系统错误进行处理;对关键服务的响应时间进行实时监控，对于存在异常现象的响应时间要及时进行处理。另一方面是专项高级维护。基于这方面来说，其最重点的工作就是修复系统存在的漏洞，同时还要进行功能拓展，针对此平台的程序设计特点，提升系统的应用性能。

5 结语

综上所述，智慧工地是目前的一种全新的管理理念，将智慧工地和云计算、大数据、物联网等先进技术进行有效结合，可以提升建筑施工现场的安全性和监管力度，因此，一定要加快构建智慧工地安全监管平台，通过合理设计，来提升此平台的有效性，以便实现对建筑施工的可视化和全过程管理，使其朝着信息化、数字化方向发展，促进建筑行业尽快实现转型升级。

【參考文献】

【1】李佩琪，綦春明，韦春昌，等.基于BIM和物联网技术的建筑项目智慧工地施工安全管理的研究[J].项目管理技术，2022，20（06）：48-52.

【2】李永明.智慧工地安全监管平台的设计与应用[D].南昌：南昌大学，2021.

【3】翟凯，王纪红，王蒙.智慧工地系统在施工现场安全管理中的应用[J].建筑安全，2021，36（05）：41-44.

【4】韩啸虎，佘鹏果.基于全过程质量安全监管平台的智慧工地的研究与实现[J].国际公关，2019（05）：160-161.

【5】徐刚，戴柱天，崔晓军.智慧工地全过程质量安全监管平台研究与实现[J].城市勘测，2019（01）：37-40.

【6】吕基平，熊政华，邹容芳，等.智能视频分析技术在智慧工地安全监管中的应用研究[J].施工技术（中英文），2022，51（11）：12-17.