基于云技术的智慧建筑工地安全监管平台设计研究

安会丽，孙宇，欧扬波，王菁，范玉川

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东 深圳 518000）

1 引言

目前，中国的建筑业仍处于持续发展的阶段，是国民经济的重要支撑产业。住建部统计数据表明，2020 年中国建筑业生产总值达到26.39 亿元，占国民生产总值的7.1%，是经济增长、城市化建设和民生发展的重要保障[1]。然而，建筑行业是一种劳动密集的产业，管理水平较低、整体素质不高且信息化管理程度较低。传统管理模式下建筑工地生产管理的效率较低，难以满足绿色环保的发展需求，故而建筑行业需要转型和升级。建筑行业的施工工地可利用物联网、云计算和人工智能等成熟技术对施工现场进行监控和感知，通过数据互通互联，实现工地智能化管理，智慧建筑工地的概念由此产生[2]。智慧工地系统的构建是基于建筑工程项目施工生产现场，融合信息技术的支撑，完成建筑工程项目信息资源的一体化管理系统，为管理者的决策提供数据和技术支持，帮助解决建筑施工现场的各种问题[3]。为提高建筑工程信息化程度，研究提出基于云技术的智慧建筑工地安全监管平台设计，结合信息技术、云服务、数据传输和物联网等技术，构建建筑项目信息安全管理系统，期望提升建筑工地安全管理的效率。

2 基于云技术的智慧建筑工地安全监管平台设计

2.1 平台总体设计

智慧建筑工地安全监管平台的设计需要用到信息技术、云服务、数据传输和物联网等技术，以构建建筑项目信息安全管理系统。智慧建筑工地安全监管平台设计需要综合考虑系统性能和后期运维，通过不同软件体系结构的对比，研究采用Browser/Server 构架进行系统搭建。

智慧建筑工地安全监管平台共包含6 层结构，最底层是物理层，包含建筑工地的现场监管系统，是平台的数据来源。物理层设备主要包含环境、用电等监测设备，视频监控设备和通信设备等。监管数据的网络传输通过传输层实现，现场采集的数据通过格式化后存储到相应位置，传输层需要用到的网络类型包含局域网和物联网等。监管平台数据储存和管理通过数据层实现，采用大数据分布式结构，以保证数据处理的扩展性。建筑工地数据经过采集、清洗、抽取等过程，完成数据挖掘和分析。数据类型分为实时监测数据、视频数据、地图数据和业务数据等，利用云平台大数据中心完成共享、管理等服务。智慧建筑工地监管平台的服务是基于服务层实现的，分为公共和集成两种服务类型。公共服务主要包含综合查询、消息、日志和缓存等，集成服务主要包含登陆、界面和数据交互等。服务层与数据层之间的接口统一，可实现数据的封装，构造平台纵向贯通结构，通过系统协同工作，使整体服务简便快捷。应用层需要针对不同的业务场景，提供对应的服务，便于上层应用，囊括企业、项目、管理和设备等应用范围。展示层为相关人员提供可视化页面展示和操作输入端，以满足多种终端展示的需求，实现全域可视化监管。

2.2 平台功能模块设计

智慧建筑工地安全监管平台包含8 个功能模块，属于平台系统搭建的重要内容。企业、项目和人员的管理通过基础信息管理模块完成，建筑工程企业需要在平台中完善信息，政府云平台对其进行辨别和审核，基本信息包含项目名字、时间等项目信息，以及相关工作人员的基本信息等。基础信息管理模块如图1 所示。

图1 基础信息管理模块

重大机械设备管理模块包含设备管理、工程单据和安全监控管理，设备管理的内容包含设备信息管理和信息检查等。塔吊和升降机安全管理需要对操作人员状态、负载重量等数据进行检测，通过系统本地显示完成数据监控和分析，对存在隐患的行为进行预警，防止危险情况的发生。环境管理模块需要对环境数据进行实时监测，采集建筑工地风速、湿度、温度和污染等环境数据，监测的数据和图像通过相应的传输方式送达云平台，便于数据分析和计算，为建筑工地环境治理和污染控制提供信息支持。危险源管理和信息管理是危险管理的两大组成部分。危险源包含一般和重大两类危险源，通过现场检测系统进行数据采集，上传至平台后可进行分析和预警等。信息管理需完善基本信息，包含危险源名称，涉及单位和部位以及补救措施等，数据不完善时需要提醒并补齐。安全检查管理模块是为了标准安全检查和整改，检查报告的实时上传和责任主体的强化，为建筑工程安全隐患的解决提供高效快捷的方案。视频监控模块需要对施工工地、施工人员、施工过程等情况进行全天候实时监控，发现违规现象需要存储图像或视频，作为整改和违规的证据。监管管理平台获取视频数据后，可对数据进行查看，实现一体化管理。统计管理模块需要对建筑项目、设备和人员等信息进行统计，通过多维度结构化的统计分析，为相关监管部门的决策提供数据支撑。行政监督模块包含两大管理模块，行政管理模块用以协助审批和行政管理，以提升行政智能管理效率；监督管理模块是对现场参数进行监管、处罚和整改，并对监督记录进行统计和汇总。智慧建筑工地安全监管平台功能模块如图2 所示。

图2 智慧建筑工地安全监管平台功能模块

3 基于云技术的智慧建筑工地安全监管平台应用

3.1 智慧建筑工地安全监管平台功能实现

智慧建筑工地安全监管平台功能模块的实现需要遵从总体设计，按照分步骤分阶段的思路完成布置。基础信息管理是为了满足相关人员的管理需求，不同人员的操作需求不一样，系统支持的操作系统有Windows 7 和Windows 10，以及Windows XP 操作系统。智慧建筑工地安全监管平台软件是在Windows 10 环境中实现的，软件编制采用Java 和JavaScript 语言。软件的编制分为6 个步骤：第一步是确定需求，是软件编制的基础；第二步是功能内容的设计，以确定软件处理的流程；第三步是具体的设计，包含界面、接口和运维等；第四步是程序编码，对程序进行初步设计；第五步是程序测验，对软件的性能进行测试，对存在问题的地方进行修改或调整；第六步是软件的提交，以实现智慧建筑工地安全监管平台搭建。智慧建筑工地安全监管平台搭建完成后，相关管理人员在登录后可对相关内容进行查看和管理。

3.2 智慧建筑工地安全监管平台工程应用

研究以某安置房项目为应用场景，对智慧建筑工地安全监管平台进行工程应用和分析。工程建筑总面积为20.9万m2，预计建设时长18个月，项目总投资为7.26亿元。建筑内容包含住宅区、车库、活动中心、绿化区域等。智慧建筑工地安全监管平台中基础信息管理、重大机械设备管理、安全检查管理和视频监管系统模块已应用到安置房项目中，智慧建筑工地安全监管平台重大机械设备管理应用展示如图3 所示。

图3 重大机械设备管理应用展示

图3 中可以清楚地看到塔吊和升降机的上限位和升降情况，相关管理人员可结合工程施工情况和平台数据对施工过程进行评价和管理，可将管理效率提升15%～20%。智慧建筑工地安全监管平台使用后，对建筑工地4 个方面的管理带来了积极的效用。第一是提高了人员的到岗率，实名制信息管理和考勤，提高了相关管理人员的出勤率。第二是加强了重大机械设备的管理，塔吊和升降机等设备的基本信息和工作过程数据的记录，可有效杜绝违规操作，提高了建筑工地施工的安全性。第三是加强了信息监管，监管人员可在线对视频监控进行查看，确保工地安全文明状态，可降低人力物力的投入，从而提升监管的效率。第四是增加了项目监管的力度，项目工程详细信息的统计，以及项目许可证明的上传，杜绝了工地无证施工等情况。为科学评价智慧建筑工地安全监管平台的效果，研究采用模糊综合评价法对其效果进行评价，经过因素和权重确定等过程，得到智慧建筑工地安全监管平台的综合评价得分为88.23 分，大于85 分，表示智慧建筑工地安全监管平台的应用效果很好，满足工地相关管理人员的使用需求。

4 结论

随着计算机技术和网络技术的不断发展，智慧工地成为建筑业信息发展的趋势。为提升建筑工地管理效率，研究运用信息技术、云服务、数据传输和物联网等技术，完成了建筑项目信息安全管理系统构建。实际工程应用中，相关管理人员可通过平台对人员信息、现场监控和设备情况进行查看和分析，可将设备管理效率提升15%～20%。同时，智慧建筑工地安全监管平台的使用可提升人员的到岗率，加强了重大机械设备的管理，加强了信息监管以及项目监管的力度等，模糊综合评价法得到智慧建筑工地安全监管平台的综合评价得分为88.23 分，大于85 分，说明智慧建筑工地安全监管平台的应用效果较好，满足工地相关管理人员的期望，可提升建筑工地管理的工作效率。