建筑工程安全智慧工地的应用实践与研究

杨三建 梁利华

摘 要：创建和应用智慧工地，可以达到降本增效和实现精细化、智能化、智慧化管理的目的。安全智慧工地作为智慧工地的重要组成部分，也是提升本质安全的发展方向。汇总大量建设工程项目关于智慧工地的应用与实践经验，梳理、分析关于智慧工地的最新研究，重点展示工程建设管理的关键环节和关键工序应用的新技术、新成果，将理论和实际相结合，提出安全智慧工地的定义，并为创建安全智慧工地提供了新的思路和参考。

关键词：建筑工程；智慧工地；智能化；安全管理

中图分类号：TU714                               文献标识码：A                                  文章编号：2096-6903（2023）01-0053-05

0 引言

建筑业具有高强度、重体力、高风险、作业分散等特点，多年来一直延续着粗放的传统管理模式，不能满足新的时代发展要求，特别是建筑业作为高危行业的属性并未发生本质性的变化。

为了加快建筑工程智能化的建设，2017年国务院办公厅印发了《关于促进建筑业持续健康发展的意见》。意见指出，要进一步推进建筑产业现代化，推广智能和装配式建筑。同时明确了建筑业要坚持标准化设计、工厂化生产和信息化管理、智能化应用等，致力于推动建造方式创新，在新建建筑和既有建筑改造中推广普及智能化应用，完善智能化系统运行维护机制，实现建筑舒适安全、节能高效[1]。

2020年住房和城乡建设部等部门也印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，意见指出，到2025年我国智能建造与建筑工业化协同发展的政策体系和产业体系将基本建立，建筑工业化、数字化、智能化水平将显著提高。到2035年，我国智能建造与建筑工业化协同发展将取得显著进展[2]。

随着我国制造业不断向智造业转型升级和人口红利的优势减弱，智能化成为建筑业实现提质增效、降本增效高质量发展的必经之路和大势所趋。

1 安全智慧工地的定义

根据毛志兵[3]的研究，智慧工地主要是建筑施工领域推广应用人工智能技术的具体体现，是建立在高度信息化基础上的一种支持对人和物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预控的新型施工手段。安全智慧工地则围绕建筑工程项目施工现场的安全、进度、质量、物资、设备、人员、绿色施工等方面，充分利用物联网、传感技术、云计算、人工智能、大数据等新一代高科技信息技术，对施工现场进行全方位、一体化的可视化管理，数字化决策。

安全智慧工地将人工智慧、传感技术、虚拟现实等高科技技术引入，并应用到建筑结构、机械设备、物资材料、人员管理、现场主要进出口等各类施工过程中的主要环节、重点工序、重要设施中，并且通过“物联网”和“互联网”等技术，采集现场的数据，对其分析和传输，形成数字化、智能化决策，从而指导施工现场的施工。

安全智慧工地的核心是以一种“更智慧”的方法，来改进工程各干系组织和岗位人员相互交互的方式，从单独的人工作业，到机械设备辅助人工作业，再到机械设备的智慧化作业，以更高的人机交互，增强确定性、灵活性。

2 安全智慧工地的应用

本文根据各大建筑施工总承包企业集团在智慧工地的建设经验，梳理、提炼各大中型工程项目创建智慧工地的具体应用和实际成效，展现重点管理环节和关键工序的智慧工地新成果。

安全智慧工地智慧数字系统分为前端数据采集系统、网络传输系统和后端集中管理平台3大部分。前端数据采集系统的主要功能是实时、准确地将施工现场人员作业信息、机械设备运行状况、施工材料使用情况、工地现场作业环境等情况进行采集，并通过互联网技术传输至后台管理系统。网络传输系统主要是采用5G等无线技术把前端数据采集系统提供的数据，准确及时地传输至后端集中管理平台。后端集中管理平台将前端数据采集系统汇聚的各种数据，通过分析、过滤、处理，将有效信息以直观可视化的方式提供给各级管理人员，智能辅助决策，从而提高管理效率。

安全智慧工地智慧数字系统包括（不限于）以下系统：安全监控智慧管理、作业人员智慧管理、机械设备智慧管理、环境分析智慧管理、施工监测智慧管理、机器人智慧管理等。

2.1 安全监控智慧管理

安全监控智慧平台由集团公司级、区域分公司级、项目层级平台和施工現场智能传感器组成。

通过视频监控，初步具备违章作业行为识别及违章记录管理、具备现场文明标化规范化管理识别功能，并具备现场安全警示及语音智能广播功能。

通过对安全作业风险的大数据进行收集，对现场安全作业风险实行智能分析及现场安全预警，并实时上报上一级监控管理中心。

“视频监控+现场违章巡检”的解决方案结合了传统的项目工地视频监控，引入了最新的行为识别系统，对工程施工现场常见的违章行为进行全过程监控识别、告警，并上报上级系统。同时对现场安全文明布置不规范的现场进行智能别、取证，并上报上级系统，确保高风险作业项目人员的人身安全。

视频监控子系统用于实现对视频设备、解码设备、视频存储设备等的集中管理。采用B/S架构配置、C/S架构控制结合的方式，实现视频安防设备接入管理、实时监控、录像存储、检索回放、智能分析、解码上墙控制等功能。视频监控类别及主要功能如表1所示。

2.2 劳务工人智慧管理

2019年住房和城乡建设部等印发《建筑工人实名制管理办法（试行）的通知》，要求建筑工地实行劳务实名制管理。目前，施工现场的劳务工人管理平台综合利用智能硬件、物联网、大数据、云计算等新技术，从源头上实现劳务工人管理的智能化、信息化、精细化。劳务工人智慧管理系统类别及主要功能如表2所示。

2.3 机械设备智慧管理

2.3.1 塔机安全监控系统

塔机安全监控管理系统是独立于塔机安全监测监控系统的智能安全监控系统，通过在塔机吊运超载监测、塔机司机特种作业人员管控、群塔防碰撞、吊钩可视化等方面的应用，在实现最大限度杜绝人员伤亡和机械事故中发挥着重要的作用。塔机安全智慧管理系统类别及主要功能如表3所示。

2.3.2 升降机安全管理系统

升降机安全监测系统是一款全新的智能化、可视化的施工电梯/升降机/物料提升机（简称施工升降机）实时监测、数据记录、安全预警及智能控制系统。该施工升降机安全管理系统能够全方位实时监测施工升降机的运行工况，在出现不安全状态时，能够及时发出预警警报和启动自动安全控制信号，同时对施工升降机的全程运行工况数据进行收集，并将工况数据传输至远程监控中心。该系统是集精密测量、自动控制、无线网络传输等多种高技术于一体的电子监测系统，包含施工载重监测、轿厢内视频监控、升降速度监测（防坠）、倾斜度监测、高度限位监测、防冲顶监测、门锁状态监测，驾驶员身份识别等功能。安全监测整体系统构架如图1所示。

施工升降机安全检测仪安装在升降机吊笼内，该仪器由主机及各种传感器组成， 可实时检测升降机的载重、人数（选配）、驾驶员身份（人脸、指纹双识别+应急钥匙）、起升高度、运行速度、门锁状态、倾斜度等内容，并完成轿厢内部抓拍，并通过 GPRS 模块实时将监测数据上传到远程监控中心，实现远程监管。仪器配置图如图2所示。

2.4 环境分析智慧管理

环境监测系统由颗粒物在线监测仪、数据采集和传输系统、后台数据处理系统及信息监控管理平台等部分组成， 环境分析智慧管理系统示意图如图3所示。该系统将物联网和云计算等技术引入到施工现场环境监测中，能够实现实时、远程、自动监测施工现场的颗粒物浓度。工地环境监测系统能够对建筑工地固定监测点的扬尘、噪声、气象参数等环境监测数据进行采集、存储、加工和统计分析，并将监测数据通过5G技术传输到后端平台，为政府部门和建筑施工企业提供管理决策。环境分析智慧系统类别及主要功能如表4所示。

2.5 施工监测预警智慧管理

2.5.1深基坑智能监测预警系统

深基坑智能监测系统，是通过土压力盒、锚杆应力计、孔隙水压计等智能传感设备，对基坑，特别是深基坑的土方开挖、基坑支护、地下结构施工、土方回填及基坑竣工后的基坑及周边构筑物实时监测，同时能够对监测数据的收集、传输、分析、预警等功能。深基坑智能监测系统的主要功能如表5所示。

2.5.2高支模监测预警系统

高支模监测预警系统通过在模板支架顶部安装传感器，对高支模的竖向荷载压力、水平位移、竖向位移等进行实时监测。当出现监测数据超过预定预警数据时，及时通过声光报警设备通知管理人员，从而采取加固、撤离等应急措施，保障高支模安全施工，减少生产安全事故。高支模监测预警系统的主要功能如表6所示。

2.5.3卸料平台安全管理

卸料平台监控系统是在卸料平台内设置质量传感器，将传感器与声光报警装置连接，当卸料平台内的作业人员在作业过程中荷载质量超过预警值时，报警装置会自动发出声光报警，提示卸料平台内的作业人员立即纠正，同时监控系统会将该违章信息记录到系统后台内。实时监控卸料平台工作数据通过网络传输至云平台和手机APP，可以有效杜绝卸料平台超重堆码材料的违章行为。卸料平台监测预警系统的主要功能如表7所示。

2.6 现场车辆智慧管理

现场车辆管理以出入口为主要信息采集场所，通过前端采集系统获取车辆基础信息，利用网络将车辆信息数据发送至后端管理中心，利用车牌识别技术实现号牌数据比对，确保车辆的进出有据可查，确保车辆的进出可控，确保固定车辆快速通過道闸，加强现场出入口的高效通行和安全管理。现场车辆智能管理系统的主要功能如表8所示。

2.7 智能机器人的智慧应用

随着建筑机器人的快速发展，建筑工程施工作业人员将逐步被智能施工机器人所替代，这将促进经济的增长[4]。机器人的施工效率都比传统人工施工的效率提升了2～3倍，不仅能够提高效率，而且施工的精度和质量更加有保证。智能机器人的类别及主要功能如表9所示。

3 结语

本文通过对建筑施工行业实际工程施工过程中智慧工地应用的研究，得出以下3条结论。

第一，安全智慧工地的创建，提供了先进的技术手段，通过在机械设备、分部分项工程上安装各类传感装置、监测设备等，构建全方位、实时的智能监控预警体系，能够有效地弥补传统靠人、靠经验在监管中的不足，实现对施工全过程、全方位的在线化、可视化、智能化监测，从而提高了施工现场的本质安全管理水平。

第二，通过大数据、互联网、人工智能等技术的推广应用，能够使施工现场的安全生产管理更加简约化、智能化。通过对信息数据的自动采集、加工、分析，能够为建筑工程项目的安全、质量、进度、环境、机械、材料和人员的管理提供科学决策，从而提升工程施工的现代化管理水平，保证了作业工人和机械设备的安全。

第三，智慧工地的发展趋势将会向智慧系统集成化、标准化转化，将施工现场安全管理、进度管理、质量管理、财务管理、材料管理、机械管理、合同管理、人力管理等进行集成，从而打通项目级和公司级的信息流，实现动态互联，真正起到提质增效的作用。这不仅可以为建筑企业提高管理效率，创造利润，而且为建筑行业的转型升级提供新的经济增长点，建筑施工企业应该加大对智慧工地的技术研发和资金投入。

参考文献

[1] 吴涛.改革创新 打造“中国建筑”品牌：学习《关于促进建筑业持续健康发展的意见》的几点体会[J].建筑，2017 （15）：12-17.

[2] 廖玉平.加快建筑业转型 推动高质量发展：《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》解读[J].住宅产业，2020（9）：10-11.

[3] 毛志兵.推进智慧工地建设助力建筑业的持续健康发展[J].工程管理学报，2017，31（5）：80-84.

[4] 杨光，侯钰.工业机器人的使用、技术升级与经济增长[J].中国工业经济，2020（10）：138-156.