基于物联网技术的智慧工地系统应用研究

邵骏鹏

上海核工程研究设计院股份有限公司 上海 200030

智慧工地系统依靠三维实景模型、人工智能（AI）、“物联网”和“互联网”技术综合现场人员管理、施工机械管理、施工监控、培训教育、作业许可、隐患排查治理等多方面，通过数据收集和分类形成可视化报表及视频，使得管理者在管理驾驶舱实时掌握施工现场建设情况，及时发现并排除隐患，弥补过去传统施工管理模式存在的缺陷。

图1 管理驾驶舱

智慧工地系统通过三维实景模型对工程项目进行精确设计和施工模拟，围绕施工过程管理，建立互联协同、智能生产、科学管理的工程现场信息化生态圈。结合人工智能（AI）、视频识别、传感技术、虚拟现实技术，将芯片植入到建筑、机械、穿戴设施、门禁等各类设施中，实现 “物联网”，并将数据挖掘分析，提供过程趋势预测及专家预案，实现工程现场可视化智慧管理，以提高工程管理信息化水平，从而逐步实现绿色建造和生态建造[1]。

2.1 “天眼”视频监控系统

为保证工程现场人员和物项的安全，做到“事前预警、事中控制、事后追踪”，首先要建立一套覆盖项目边界、施工区域、厂内主要道路的监控系统，实现全过程监督记录。

在工程现场部署摄像头及吊钩可视化系统，实现主要施工区域、道路、大型机械操作室、塔吊吊钩等作业面全覆盖，各参建方管理人员可通过系统对施工活动进行远程监控、检查及记录，视频数据保存备查。吊钩可视化系统主要由安装在驾驶室内部的主控一体机及塔吊小车上的自动跟踪视频摄像机、高度传感器等装置组成，通过自动跟踪完成引导工作，提升塔吊作业安全性。应用该系统一是解决全厂巡查费时费力，监督死角问题。二是在工程现场构成“天眼”系统，其可追溯性，展示出强大威慑力，不断规范安全行为，作业人员违章率明显降低。三是提升关键设备操作人员（如塔吊司机）规范性和可控性，保障关键作业环节安全有序。

2.2 门禁、定位系统

工程现场单位众多，各类人员及工程车辆的日常管理是现场安全管理的重要环节。通过电子门禁系统能够实现对人员和车辆分级授权、记录追溯功能，对安全管理、工程结算起到关键作用。

2.2.1 人员、车辆实名制。采用射频识别（RFID）门禁技术制作员工卡，对人员、车辆的实名制登记。采集人员姓名、年龄、性别、血型、照片、单位、岗位/工种、工号、身份证号码、手机号、工时、劳动关系、体检/职业健康体检情况、意外伤害保险等信息。登记车辆类型、所属单位、车辆编号、车牌号、车辆保险、车辆驾驶员、驾驶证信息。将人员、车辆数据信息汇总到大数据主控界面，形成统计报表、图形在LED大屏幕上显示[2]。

2.2.2 人员、车辆定位。现场作业人员配备内置GPS芯片的定位卡，在工程现场塔吊、建筑物楼顶等制高点部署Lora基站接收定位卡位置信息，实时上传现场人员位置信息。应用该系统一是可实时查看厂区人员分布、持卡人员情况、人员行动轨迹等信息实现全厂全时段监管统计，提升现场监督人员到岗率。二是根据定位记录取代人工实地检测验证，掌握各级监督人员入场、作业地点旁站监督情况，实现降本增效。

2.3 AI图像识别系统

AI算法是图像识别处理的创新技术方法，智慧工地应用视频AI算法，结合视频监控，能够随时挖掘、分析前端视频图像数据，为现场施工人员识别安全风险，识别不安全因素，结合预警平台及时为工地人员提供提醒和报警服务。

AI图像识别系统对现场HSE管理具有显著提升效果。基于视频监控及图像识别技术，系统另外开发上线安全帽识别、安全带识别、防护眼镜识别、反光背心识别、工作服识别、人车分流识别、起火点识别、高风险区域入侵识别等功能。应用该系统，一是精简监督管理队伍，有效从现场众多施工人员中识别出PPE穿戴不规范、未按人车分流通行等违章行为。二是通过关联广播系统实现了违章识别与语音纠正一体化管理，实现了智能化违规识别。三是具备识别关键区域风险、及时预警、追溯问题等功能。

2.4 VR安全教育系统

VR安全教育系统通过VR模拟现场作业环境，虚拟呈现施工过程中经常碰到的各种危险操作，受训者以虚拟互动操作形式完成安全教育培训，系统自动判断和纠正受训者的错误，并给予相应反馈。项目VR安全教育体验区，包含现场急救体验区、3D模拟消防灭火体验区、生产事故VR体验区等。应用该系统，一是创新HSE培训方式和方法，提高培训参与度、真实性、警示性，通过作业人员在VR系统虚拟环境中的交互式、沉浸式体验，实现警示教育、提升技能的目的。二是信息化系统能够实时收集人员培训教育信息数据，规范人员授权和作业分级管理。三是VR培训系统能够给予受训人事故发生时的真实感观及视觉体验，有效解决了传统理论教育过度依赖培训讲师的痛点，通过震撼教育，进一步提升员工安全意识[3]。

2.5 环境监测系统

利用无线传感器技术建立环境监测系统，实时监测包括PM2.5、PM10、噪声、温度、湿度、风速等现场环境实时数据。在重点管控位置设置风速点位、PM2.5/PM10/噪声/温度/湿度点位，现场人员可通过电脑端、手机查看实时数据及历史记录。应用该系统一是结合预警平台给扬尘、噪音等所有监测数据设定警戒值，当监测数据超过所设定的数值且持续超过设定时间，系统自动将报警信息转发责任监管人员，监管人员立即处理工地现场，保证施工环境在合理范围。二是当检测到风速过高，可推送信息给安全管理、吊装作业及动火作业人员，避免安全隐患的发生。三是全面提高环境监测数据获取的便利性。

2.6 作业许可系统

在工程建设过程中，现场安全管理存在两大难点。一是传统的管理方式高度依靠执行人，作业许可、整改单等过程文件多次审批、转递费时费力，存在易造假、反馈滞后、缺乏透明度等诸多弊病。作业许可系统是将流程和管理要求通过信息化系统的规范、逻辑锁定，实施过程中将作业许可证信息在三维实景模型中显示，根据作业风险级别实施针对性的管控措施，现场监督人员根据许可证显示地点对现场高风险作业进行巡查。使用此系统，一是从本质上实现程序要求的数字化和规范化，推动了程序执行落地，解决了程序与执行“两张皮”的痛点。二是有效避免漏检，有利于巡查人快速辨识出无证作业点，根据作业风险等级实施有针对性的管控措施。三是信息化许可系统中每份许可审批流程平均可节约2小时，在确保许可质量、控制安全风险的前提下，有效减少纸质票据的收集、整理、统计等烦琐的事务性工作，解放一线HSE管理生产力，使专职HSE人员能够以更多的精力投入技术、体系管理。

2.7 隐患排查治理系统

工程现场作业点众多且呈分散状态，给监督人员现场巡查、见证造成困难，容易发生监督缺失、漏检的情况。隐患排查治理系统是将整改任务使用移动App实时在线发起，责任单位在线实时接收办理提醒并实施整改和反馈，流程可视化、可追溯。使用此系统，一是具有审批、查询功能，极大地提高了现场HSE监督人员检查验证的便利性、即时性，确保隐患得到及时发现和跟踪关闭。二是使用标准化数据形成实时报表，免除了重复统计工作，大大提高工作效率。三是对隐患数据进行整理和分析，对某一时期重点作业和突出隐患进行重点关注，通过隐患类型和趋势分析制定针对性的管控措施，促进安全事前管控、精细化管理[4]。

引入智慧工地系统推动工程现场管理升级，帮助施工监管人员提高工作效率。以三维实景模型为基础，将视频监控、门禁系统、视频联动、智能识别、报警管理等功能，配合LED大屏实现场区人车物的区域管理、行为管理、速度管理，提升现场监控视频利用效率。三维实景模型与信息化许可、隐患排查治理系统相互兼容，将施工、安全监管流程转至线上处理，各种施工信息在三维实景模型中一目了然。

技术的持续进步必将推动更多工程现场管理新方案的落地，三维实景模型与大数据管理平台构成的智能化管理系统，实现工程现场全周期人力资源、车辆数据、单位工时管理。通过网络升级即可联合项目前后台，并与多个项目系统互通形成联动管理驾驶舱，可实时查看各工地现场数据信息，进一步提高工程现场智能化管理水平。

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