智慧工地系统研究

李伟亮

（广州地铁集团有限公司，广州 510000）

在建设工程施工中，有效提升现场施工安全、人员设备管控才能保障现场施工秩序和建设工程施工质量。目前建设工程施工缺乏有效解决现场管理痛点难点的信息化技术，包括视频AⅠ分析、疫情防控、监测数据分析、文明施工、应急响应、指令传达回复、设备车辆管理和安全线上培训等，提升现场安全管理水平，同时以往纸质记录资料管理难度大、易损坏，可通过信息化系统实现电子化，提高管理效率[1]。

1 系统目标

以智慧引领、数据赋能和精细管理为理念，打造安全管理完善、高度智能化的智慧工地系统。以人工智能AⅠ能力平台+ABCⅠG（AⅠ+AR、大数据、云计算、ⅠOT和GⅠS+BⅠM+5G）为技术支撑，将传统的建设工地打造为“安全、环保、高效、智慧”的科技先进型智慧工地。系统支撑PC网页和手机APP操作使用，主要包含有人员设备信息管理、AⅠ分析预警、监测数据分析对比、隐患巡检智能分析、视频远程监控、应急演练管理、安全培训及施工进度管理8大模块的功能，后续还将结合实际工作需要不断开发、完善，包括图纸变更台账、安全风险管理流程和隐患图片对比功能等。以信息技术为抓手，进一步提升安全管理水平[2]。

2 总体设计

依托计算机技术、物联网、云计算、大数据和人工智能等技术相结合，构建工地现场智能监控和控制体系，弥补传统方法在监管中的缺陷，最终实现项目对项、人、机、物、环和事的全方位实时监控，利用信息化手段安全、质量地检查整改闭环管理，同时留下管理痕迹。总体架构如图1所示。

图1 总体架构参考图

智慧工地系统主要包含各项目的施工人员监控、机械设备监控、物料监控、环境监控、重点区域（基坑等）监控、安全管理应用、PC端应用和移动终端应用等，提供视频监控、可视化数据分析、预警和预判，提高项目信息化管理水平，实现信息化、精细化和智能化管控。功能架构如图2所示。

图2 功能架构

应用过程中产生的所有数据、资料，在项目实施的各个阶段实时、完备地在智慧工地管理平台中进行记录，数据应确保完整性和准确性、及时性。系统应有相应的安装调试方案、验收标准及流程、操作手册等文件[3]。

3 系统组成

3.1 平台软件

RPA流程自动化平台：上报数据采集、数据自动上报、数据自动下载和RPA机器人集中调度管理等。

ⅠOT物联网平台：设备管理、远程控制、设备数据传输协议转换和监控数据展示等。

智慧工地一张图：GⅠS，BⅠM数据展示等。

AⅠ大数据分析平台：数据清洗ETL、应用主题库建设、统计分析、AⅠ分析和数据对外接口等。

数据服务平台：基础数据、业务管理数据、设备数据与监测数据等。

3.2 门户展示

一张图全盘掌握工程项目信息、BⅠM模型、工地设备点位、设备信息、人员信息、行车位置及环境等实时数据和统计结果，辅助管理员快速发现问题，做出决策。

集团门户的主页可显示各项目的综合信息，包括工程项目分布、在场人员分析、告警处理分析、环境数据分析和各类统计数据等；可通过选择工程项目显示对应工程项目的各类信息。

项目门户的主页可显示本项目的综合信息，包括实名制考勤、人员作业状态、环境监测分析和告警提示等；可切换至项目信息、项目管理、劳务管理、材料管理、安全管理、质量管理和资料管理等子页显示本工程项目的详细信息。

3.3 网络传输

现场监控视频、人脸/车辆识别信息优先使用网线、光纤，以及收发器、交换机等通信模块进行有线传输，保证连接传输可靠。

如采集设备安装在塔式起重机或其他不具备敷设网线、光纤条件的，应采用工地专用无线网桥、微波等传输技术，设备支持无线自动选频功能，避免网桥之间的频率干扰，保障视频监控数据传输的稳定。视频信号传输距离过长时，应适当加装中继器基站设备，链路中串联的中继器或基站不宜超过2台。

2) 对景手法在突出所对主景的同时将物质空间与民众生活紧密相连，营造出场所感与归属感，吸引人们用脚步丈量、感知城市，也为民众在公共空间驻足、交往提供了可能，城市生活因此而充满生机与活力.

施工现场视频监控平台、监控管理平台均应配置不小于100 M带宽的1∶1专用宽带。

3.4 视频监控

视频监控范围包括各工地车辆出入口、施工作业人员出入口、工地制高点（或塔吊处）、危大工程的施工作业区、工地施工活跃区域、动土施工作业全区域、监管部门认定需重点监控的其他施工作业区域、排水口、工程项目部会议室或公共活动室、建筑材料堆放处、仓库、施工场地周边、生活区、厨房食材存放区、加工区、生熟保存区、塔吊操作室和监控室。应当随着工程进展，适时增加视频摄像机数量，覆盖所有作业面，调整监控点位，做到监控部位无盲区。

视频监控系统应对视频中的违规作业事项进行AⅠ智能分析，包括未戴安全帽、未穿戴安全服、抽烟、人脸疲劳、人员形态异常（如睡觉等）、高空作业未系安全绳、基坑支护结构上违规行走、吊车作业时作业半径人员违规闯入和渣土车出工地未清洗未遮盖违规作业事项的识别。监控管理平台识别到异常信息后，应进行声光报警、自动抓拍和形成报警记录并存储[4]。

3.5 起重设备监测系统

塔吊的监测系统应实时读取传感器的信息，分析、展示塔吊状态，包括但不限于风速、幅度、倾角、重量、转角和高度等信息，超出设定值应及时报警、制动[5]。

塔吊的监测系统具备单塔区域限位、群塔防碰撞功能。

塔吊的监测系统具备吊钩视频监控、夜间吊钩激光引导功能。

塔吊和龙门吊的监测系统具备驾驶员身份识别、资格核对功能和驾驶员工作状态监测。真正地做到控制权限到人、专人专机。

升降机监测系统应实时监测各台升降机的载重、上下限位和内外门的信息，具备防冲顶、防坠落监测和维保提醒的功能，具备使用人员人脸识别功能和人数监控功能，若人数超限应及时报警。

3.6 深基坑、高支模监测系统

基坑监测系统具备各类监测仪器实时自动录入数据的功能，开放相应的数据接口，并支持人工录入监测数据的功能，系统应对基坑监测数据进行统计、变化趁势分析、预警，具备报警设定值修改的功能。

高支模监测系统具备各类监测仪器实时自动录入数据的功能，开放相应的数据接口，并支持人工录入监测数据的功能，系统应对高支模监测数据进行统计、变化趁势分析和预警，具备报警设定值修改的功能。

3.7 文明施工监测系统

实时监测环境数据，包括扬尘、噪声、风速和湿度等，并视频辅助实时记录。数值超标预警，系统启动自动报警，保留当时数据，并视频抓拍留档。LED大屏实时反映环境数据，展现文明施工成果。具备与雾炮机、喷淋装置等联动的功能。

实时监测施工场地排放的废水中悬浮物SS、COD、pH、流量和流速等水质数据实时监测。

系统具备出土信息统计功能，包括出土车辆、出土量等信息。

3.8 隐患巡检管理系统

隐患巡检管理系统后台设置巡检对象、巡检任务计划、巡检路线和巡更点，自动生成二维码，二维码粘贴于设定的位置，手机扫码即可巡检，巡检完成后可生成巡检报告，系统应通过视频监控匹配巡检人员位置，防止作弊，系统提前提醒巡检人员及时开展巡检。

同时，管理人员可通过隐患上报功能将日常检查发现的问题上报至系统，生成整改通知，系统会流转至对应人员进行整改，并由监理审批整改情况，完成闭环管理。

3.9 质量管理系统

质量管理人员及时录入材料检测信息，系统形成合格、不合格台账，对于不合格项启动流程形成待办至施工单位总工，由总工回复整改情况，再由监理人员进行审批，形成闭环管理。同时，对数据进行统计分析，形成直观的统计图表，便于对施工现场材料质量情况进行把控。

3.10 人员管理系统

人员管理系统包括人员基本信息台账管理、疫情防控信息管理、人员通行来访信息管理、人员轨迹分析、人员统计分析和人员考勤统计等，通过工地所有出入口（包括人员出入闸机、车辆出入口和基坑通道）的视频监控进行人脸识别、体温检测，统计分析人员通行数据。

系统直接控制人脸闸机接口，可更新人员花名册，对于非在册人员可禁止使用闸机进场。非在册人员可通过系统小程序录入个人信息后生成通行码，实现所有人员通行的管控。

疫情防控信息管理可对所以在册人员的核酸检测信息、疫苗接种信息和行程信息进行管控，在个人上传截图或批量导入检测结果后系统进行自动识别，再对各类信息进行分析，提醒核酸检测时间超期、疫苗应接未接和行程涉中高风险地区或带星号等情况，提升参建人员疫情防控管理效率和精准度。

3.11 设备管理系统

设备管理系统对现场使用的各类机械设备进行信息登记，包括设备的基本信息、合格证件、作业人员信息及证件和环保信息等；定期提醒维保人员开展维保作业，保障及时维保；设备使用过程中和退场进行设备评价，对设备状态、使用情况和租赁情况等多维度进行综合评价，通过评价机制形成设备黑白名单，为其他项目设备分包商和供应商的选择提供参考[6]。

3.12 安全培训系统

安全培训系统可对培训学习课件进行管理，提前设置培训计划，授课人必须上传课件后才能生成培训二维码，参加培训人员扫码、获取定位、自拍头像和系统自动加载个人信息后才能签到成功，可区分监理人员是否参加安全培训，培训后生成培训记录，关联至人员管理系统。解决纸质培训材料管理难度大、易出错的难题[7]。

3.13 指令系统

指令系统含有编辑、发送、签收和回复指令的功能，系统配置好值班人员、项目经理、监理总监，便于指令的快速传达、收集落实情况。对于需现场落实的各项要求，可由指令签收人员逐项对应回复，便于逐一核实落实情况；对于需要统计三防数据的指令，可形成三防数据表格，自动分析指令应急响应级别、类型和启动时间，结合级别和启动时间自动定时提醒指令签收人员填写数据，系统形成报告；对于三防预案中的相关措施提前在系统中进行配置，根据实际启动应急响应的级别和类型，形成三防预案措施落实表单，由三防人员回复落实情况，形成指令、预案的闭环管理。

3.14 应急管理系统

根据各类应急预案，配置好事故类型、应急人员、联系方式和应急职责，一旦启动一键应急功能，系统将应急基本信息和应急职责以短信方式发送至各应急人员，各应急人员会收到应急信息和相应的职责，可在第一时间赶至事故现场开展应急工作。同时，建立可视化实景指挥系统，指挥中心可时时查看现场抢险情况，并且通过标记有构筑物名称、行走通道、抢险物资等信息的AR视频，提升应急指挥精准度[8]。

4 系统效益

以人工智能AⅠ能力平台+ABCⅠG（AⅠ+AR、大数据、云计算、ⅠOT和GⅠS+BⅠM+5G）为技术支撑，以数字化、智能化为主线，将传统的建设工地打造为“智慧、高效、安全、环保”的科技先进型智慧工地系统。对工程建设施工过程的人员、机械、材料、环境、方法、隐患风险、应急指挥和事件追踪等进行全方位的管控，有效提升施工现场安全、质量管理水平。通过大数据、AⅠ的事件响应机制提高管理效能和反应速度，通过智能发现到安全预防人员意识到数据分析做到全方位的安全保障机制，打造数字化、智能化的智慧工地分级管理系统。