智慧建造在建筑工程安全施工管理中的应用

1 引言

北京城市副中心工程建设是有序疏解非首都功能、 调整北京空间格局、推动京津冀协同发展的国家部署和战略举措，作为举世瞩目的市级重点工程， 存在规模体量大、 施工工期紧、参建单位多、劳动密集程度高、组织协调范围广、复杂交叉作业多、质量安全管控难度大等难点。随着BIM、物联网、大数据、人工智能、移动通信等技术的发展，应用智慧工地先进技术和管理手段加强施工现场安全监管[1]，及时发现和消除安全风险隐患，改变传统粗放式建筑施工安全管理现状，提升建筑施工安全监管水平和实效成为主流趋势。

2 智慧建造在施工现场安全管理中的应用和实效

2.1 劳务人员实名管理精准化

1）加强人员管理是建筑施工安全管理的重要内容。 采用智慧工地信息系统可以实现对劳务人员的实名制管理。 运用数字化门禁、 虹膜人脸识别和无线通信等技术实现对施工现场信息采集和记录，对每日现场人数、工种、劳务分包新进入人员的近14 d 情况实施统计，并建立档案，包含个人年龄、工龄、技术水平、工作经验、健康状况等详细情况。 劳务组成复杂，在劳务系统中包含作业人员的真实信息，所有信息供公安系统备查， 利用劳务系统实名管理保障劳务人员合法的人身和财务安全。 并可根据人员具体情况，进行现场岗位科学合理调配管理，最大化发挥劳动力资源的价值。

2）对操作危险性较大的特种机械设备、焊接等人员，建立特种作业人员信息库，记录特种作业人员资格证书、工作经验等。 同时实现对特种作业人员工作能效的考核，授予其相关设备操作权限， 通过采用人脸或指纹识别方式启动运行特种设备，加强对特种设备和人员的安全管理。

3）施工工人佩戴智能安全帽，通过在工人出入通道及各施工区域部署的识读器对安全帽上的电子标签进行射频识别并读取导入的人员身份信息和位置信息， 发送到现场终端管理平台，进行数据处理，从而实现工人考勤记录、区域定位、流动管理、岗位调整、危险预警等。 传统安全帽只有减震和硬度要求， 起到最基本的外力冲击防护作用。 而智能安全帽由MCU 控制器、双目立体视觉系统、电场强度检测模块、预警模块、指示灯、电脑终端协同而成，并与人员信息匹配录入系统，实现智能识别和感应。 还有部分安全帽还可通过多电极电场梯度检测，对带电部位距离进行测量，为工人提供安全距离的自动判别和触电风险预警功能。

4）副中心部分项目施工现场安装了智能体检机、智能健康一体机，全部项目在施工入口设置人体红外线测温仪等，对劳务人员进行定期体检，每日监测体温，体检合格和体温正常的劳务人员方可进场上岗， 发现体检不合格或体温异常的工人及时休息就医。

2.2 安全教育体验式培训生动化

北京城市副中心工程安全体验培训中心， 成立于2016年，共有50 余项安全体验培训项目，涵盖了建筑施工现场主要风险源。采用先进的虚拟现实和多维立体技术，配合VR、IR等设备，实景模拟高空坠落、物体打击、触电火灾等危害，增强培训体验和效果。 部分项目施工现场也设置体验式培训教育基地，还将传统的以说教为主的安全培训，改为线上安全事故案例教育和刷身份证进行安全基础题考核模式。 网络培训与虚拟现实体验教育相结合， 丰富的网络安全教育视频与身临其境的体验场景相结合， 使安全教育培训与施工现场结合更加紧密，更具有针对性和实效性，切实提高了施工人员的安全防护意识和全员安全责任感。

2.3 机械设备监测监控智能化

机械设备是施工现场安全管控重点，是物体打击、高空坠落、机械碰撞、违规操作等安全事故风险源。 对塔吊、升降机、起重设备、卸料平台、吊篮、外用电梯等安装智能传感器，实时监测设备的载重、幅度、倾角或回转度，以及其运行环境因素等， 通过智慧平台系统将传感器传回的数据进行机械设备工作状态判断，并在出现超载、碰撞、违规操作等危险前，发出警报或者执行设定操作指令，进行声光报警、断电、降速等[2]，确保施工现场机械设备运行安全。

2.4 深基坑和高支模监测系统

1）深基坑智能监测系统应用。 在作业现场安装传感器等智能设备，采用锚杆应力监测基坑周围稳定状况等，将监测数据上传至监测平台，进行动态分析和及时预警处理，确保基坑作业的安全稳定性。 基坑监测分析系统主要如下内容：（1）利用数据服务器和计算服务器组建基坑风险管理系统硬件平台；（2）将收集到的基坑风险信息上传至风险管理平台；（3）将基坑相关变形信息上传至数据服务器；（4）将当前基坑与历史基坑信息比对，得出分析结果；（5）将基坑相关风险信息通过三维模型进行展示；（6）判断当前基坑收集到的数据是否出现异常，之后对相关数据进行推送，显示基坑大数据技术的利用效果等。

2）高支模智能监测系统应用。 高支模作业施工难度大、作业风险等级高，除了高支模施工方案，现场采用高支模智能监测系统辅助施工作业， 主要是在模板或支撑杆上加装传感器，采集实时压力、位移等数据传输至平台，对数据进行监测和分析，及时预警和采取措施，提高高风险支护模架作业安全系数。

2.5 安全巡视检查高效化

副中心多个项目建立了基于BIM+ 物联网等先进技术的智慧管理平台，平台包含安全生产智能化管控系统模块，此系统集成智能安全帽、智能闸机、塔吊碰撞检测系统、深基坑监测、高支模监测、智能环境检测等，实现对施工现场人机料法环的监测和管控，从而变传统安全管理的被动“监督检查”为主动的“监控检查”。 通过各类摄像头、XR 或AI 眼镜、各类传感器等智能设备， 实现自动捕捉现场的违章作业和安全风险隐患等。 将施工现场常出现的18 大类安全问题及风险隐患纳入BIM 系统，搭建危险源数据库和隐患清单等，采取自动识别智慧管理系统，通过BIM 数据决策系统给予识别和预警[3]。通过现场传感器数据及时与风险隐患数据库比对， 自动记录并生成表单，安全员照此督促整改、检查和复查。 部分项目创建了工程施工安全管理App， 并与基于BIM 的智慧平台关联，将安全日常检查项目编入手机端App，现场检查勾选检查项目，并上传检查记录单等，实现快速查找和有序记录施工现场安全问题。 实现了对施工现场安全事中管控和事后督查，部分实现施工现场远程巡视，较传统的人工现场巡视检查，易出现巡视覆盖不到位、巡视频次跟不上，风险隐患判断不专业不准确等问题，基于BIM 的智慧管理平台和智能监测系统提升了施工安全巡视检查效率。

2.6 安全法规工程资料区块链管理精细化

采用区块链技术将现场作业人员每日进场扫码信息和体温监测信息，将安全技术标准、法律法规、规范性文件资料，将工程文件、各阶段施工组织方案、现场检查照片、安全例会记录、安全隐患排查记录，将农民工工资发放台账等多项资料进行封存，形成可追溯的电子化区块资料，确保工程项目资料安全真实齐全可靠[4]。

2.7 施工现场绿色施工环境检测智能化

施工现场设置扬尘在线视频监测设备，PM2.5、PM10、TSP等空气颗粒物检测设备，实时采集现场环境参数。 安装温湿度等气象参数检测设备，以及噪声智能化监测设备。 电焊施工现场使用移动式焊接烟尘净化器，部分项目使用焊接机器人。 部分项目使用喷涂机器人和贴砖机器人， 代替人力提高效率的同时，有效减少含有害物质的涂料和粘胶对人体健康影响。 部分项目使用机器狗等设备对现场危险区域或有限空间进行实测实量和环境检测。 设置自动喷淋系统，洒水降尘在线监测与雾炮联动系统等。 现场出入口设置高压洗车台、运渣车自动清洗设施或循环水强制自动洗车棚等， 采用新能源扫地车和非道路移动机械。 施工现场开展建筑垃圾减量化管理，部分项目现场有再生资源化处置设备。

2.8 生活区节能减排管理智能化

副中心行政办公区工程集中设置生活区， 区内由多个项目的13 家施工单位组建，生活区的安全管理责任重大。 生活区采用智慧化物业管理，实行封闭式集中管理，使用装配式临建房77 栋，不符合安全要求的彩钢板房全部拆除。 生活区内设置门卫室、食堂、盥洗设施、淋浴间、洗衣房、晾衣区以及突发事件紧急隔离区等。 安装无线智能烟感报警和电气火灾监控报警设备， 在日常消防应急演练中检测智能火灾预警和智能消防系统反应灵敏度，减少生活区消防安全隐患。 严格按要求进行垃圾分类。采用智能节水节电系统管理。生活区内设置智慧灯杆、太阳能路灯、太阳能景观灯等。 生活区进出口设置车辆号牌自动识别设施。 生活区15 个食堂均设置烟油自动净化设备， 污水经隔油处理安全达标。 食品食材进行可追溯管理，留样区智能动态管理，采用光盘行动二维码等方式践行节约。

3 结语