AI架構(gòu)在橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用

覃勇

摘要：文章分析了AI架構(gòu)的基本理論與應(yīng)用情況，建立了基于AI架構(gòu)的橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)，內(nèi)容包括確定風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別因子和系統(tǒng)整體框架、部署AI應(yīng)用層架構(gòu)、開(kāi)發(fā)AI應(yīng)用軟件等，并通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)因子影響范圍的工程試驗(yàn)，證明了AI架構(gòu)應(yīng)用于橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：AI架構(gòu);橋梁施工;風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

0 引言

橋梁工程在施工過(guò)程中伴隨有各類風(fēng)險(xiǎn)因素，包括環(huán)境、人員、技術(shù)、設(shè)備、管理等各個(gè)部分，這些風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)于橋梁工程的施工質(zhì)量帶來(lái)較大影響，如果對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或處置不當(dāng)則會(huì)引起更大范圍的人身傷害事故。因此，橋梁施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)已成為橋梁工程領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容，橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的準(zhǔn)確性、有效性和及時(shí)性是保證工程質(zhì)量和人身安全的前提。AI（Artificial Intelligence）人工智能在當(dāng)前諸多領(lǐng)域中有廣泛而深入的應(yīng)用，AI架構(gòu)能夠解決當(dāng)前人工和設(shè)備等無(wú)法處理的技術(shù)問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)、多分支模塊的集成和技術(shù)融合，為各類工程技術(shù)難題的解決提供有效的處理方案。

1 AI架構(gòu)基本理論與應(yīng)用

AI架構(gòu)以當(dāng)前先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)支撐，以信號(hào)采集器、傳感器、處理器等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單元為主要架構(gòu)，以數(shù)據(jù)分析、接口轉(zhuǎn)換、模式識(shí)別等為處理核心，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群回歸、拉氏變換等為主要算法，通過(guò)精準(zhǔn)化掃描、結(jié)構(gòu)化分析來(lái)輔助技術(shù)人員高效、優(yōu)質(zhì)地完成各項(xiàng)工程任務(wù)，被稱為人類第四次技術(shù)革命。AI架構(gòu)的特點(diǎn)在于不僅能以人類現(xiàn)有的技術(shù)手段來(lái)分析各類工程問(wèn)題，而且對(duì)于人類無(wú)法觸及的危險(xiǎn)環(huán)境和無(wú)法預(yù)知的危險(xiǎn)因素都能夠給出相應(yīng)的預(yù)判和決策，其最大的特點(diǎn)是可以進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)和自我進(jìn)化。AI架構(gòu)的主要特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)機(jī)理與應(yīng)用領(lǐng)域如表1所示。

AI架構(gòu)在工農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中均有一定的應(yīng)用，近年來(lái)有關(guān)AI架構(gòu)在建筑領(lǐng)域的研究與應(yīng)用已逐步展開(kāi)。盡管AI架構(gòu)在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用仍處于起步階段，但良好的發(fā)展勢(shì)頭和巨大的應(yīng)用前景使其受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。以橋梁工程施工為例，AI架構(gòu)可應(yīng)用于橋梁的施工質(zhì)量管理、施工進(jìn)度[JP+1]監(jiān)測(cè)、施工成本管控以及施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等各個(gè)部分。本文重點(diǎn)關(guān)注AI架構(gòu)在橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)，通過(guò)系統(tǒng)的搭建來(lái)證明AI架構(gòu)應(yīng)用于橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)中的可行性[1]。

2 基于AI架構(gòu)的橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)

2.1 確定風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別因子

橋梁施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括以下幾方面：

2.1.1 施工方面

環(huán)境、材料、設(shè)備、人員、技術(shù)等都屬于施工方面的風(fēng)險(xiǎn)因素，其中人員和技術(shù)兩方面為主要部分，可通過(guò)施工前期施工環(huán)境的勘測(cè)分析，確定在施工過(guò)程中可能發(fā)生施工事故的大概位置，在施工過(guò)程中應(yīng)予以規(guī)避。施工材料、施工設(shè)備在進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)經(jīng)過(guò)抽檢合格，杜絕質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的施工材料和施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)。施工人員應(yīng)具備相應(yīng)的施工資質(zhì)，特種作業(yè)人員應(yīng)持證上崗。施工技術(shù)應(yīng)與施工方案相符合，對(duì)于交叉作業(yè)的情況，所使用的施工技術(shù)應(yīng)由總工程師批準(zhǔn)后方可執(zhí)行。

2.1.2 管理方面

施工組織、監(jiān)督、審核、驗(yàn)收等都屬于施工管理方面的風(fēng)險(xiǎn)因素，其中施工組織和監(jiān)督因素在橋梁工程施工過(guò)程中占主要部分，而施工審核和驗(yàn)收對(duì)于橋梁施工質(zhì)量的把控具有一定作用。施工組織涵蓋了施工人員的組織、施工進(jìn)度的管理、施工設(shè)備的調(diào)配、施工材料的調(diào)用等。施工監(jiān)督主要是施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)理人員進(jìn)行的項(xiàng)目管理，也可通過(guò)施工監(jiān)管平臺(tái)對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行量化管理。施工審核與驗(yàn)收環(huán)節(jié)屬于施工后期的內(nèi)容，這里不做贅述。

綜上，確定風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別因子為環(huán)境（Environment）、材料（Materials）、設(shè)備（Equipment）、人員（People）、技術(shù)（Technology）、組織（Organization）、監(jiān)督（Supervision）、審核（Audit）和驗(yàn)收（Acceptance），分別用字母E1、M、E2、P、T、O、S、A1、A2表示。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別因子組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)整體框架

基于AI架構(gòu)的橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)從整體上分為三個(gè)層次，分別是基礎(chǔ)資源層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層（AI）?；A(chǔ)資源層包括數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等主要構(gòu)件。數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)傳感器分布在橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)，部分施工一體化設(shè)備已集成數(shù)據(jù)采集和傳感功能，例如帶有大量傳感探頭的數(shù)據(jù)采集器，將施工現(xiàn)場(chǎng)所獲取的數(shù)據(jù)暫存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中（緩存），通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口上傳到網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)傳輸層包括服務(wù)器端（部署在施工調(diào)度中心機(jī)房）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)、網(wǎng)線、轉(zhuǎn)接頭、上位機(jī)等）和客戶端（調(diào)度中心電腦或移動(dòng)終端）。應(yīng)用層（AI）屬于整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)的頂層結(jié)構(gòu)，也是核心層級(jí)，其具體功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和智能評(píng)估。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用程序（APP）可安裝在各類移動(dòng)終端（手機(jī)、PAD、巡檢儀等）[2]?；贏I的橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)主體架構(gòu)如圖2所示。

2.3 應(yīng)用層（AI）架構(gòu)部署

AI架構(gòu)的核心功能主要在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)已確定的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別因子進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，由AI架構(gòu)程序評(píng)估出高危風(fēng)險(xiǎn)因子，在橋梁施工過(guò)程中予以重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和記錄。AI架構(gòu)對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)的影響程度進(jìn)行評(píng)估，并制定必要的解決方案供系統(tǒng)調(diào)度進(jìn)行分析和整改。應(yīng)用層（AI）架構(gòu)部署如下頁(yè)圖3所示。通過(guò)圖3可以更加直觀地分析AI架構(gòu)的具體功能與實(shí)際作用。對(duì)從橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)獲取的數(shù)據(jù)依次進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)，如果其中任何一個(gè)流程進(jìn)度失敗或者尚未完成，都可回轉(zhuǎn)至上一個(gè)流程節(jié)點(diǎn)，直至全部施工數(shù)據(jù)都執(zhí)行完畢，即施工數(shù)據(jù)在上述流程之間的傳遞是互通的。數(shù)據(jù)對(duì)比分析單元將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和過(guò)濾等處理，去除AI架構(gòu)無(wú)法識(shí)別的干擾數(shù)據(jù)，形成九類施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別因子（E1、M、E2、P、T、O、S、A1、A2），最終由AI架構(gòu)進(jìn)行高危風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與評(píng)估。

2.4 AI架構(gòu)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)

從目前的AI架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，多數(shù)工程上的應(yīng)用是將AI架構(gòu)的部分功能如仿真分析、模式識(shí)別或智能評(píng)估等進(jìn)行模塊移植或流程掛接，具體來(lái)說(shuō)是將這些功能集成歸化到某一應(yīng)用程序上，如電腦軟件（桌面應(yīng)用程序）或手機(jī)APP等，便于用戶對(duì)系統(tǒng)的掌握和使用。本文僅對(duì)橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)的電腦軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，考慮到工程實(shí)施中會(huì)發(fā)生多用戶的并發(fā)讀寫(xiě)情況，因此，采用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化Java語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)冗余備份需求，系統(tǒng)部署在兩臺(tái)服務(wù)器上，其中一臺(tái)作為應(yīng)用服務(wù)器，另一臺(tái)作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，這種分布式的架構(gòu)序列能夠保證系統(tǒng)始終處于可用狀態(tài)。出于兼容性等方面的考慮，應(yīng)用服務(wù)器操作系統(tǒng)版本為Windows Server 2012 R2，數(shù)據(jù)庫(kù)版本為SQL Server 2012，兩臺(tái)服務(wù)器可為宿主機(jī)（物理機(jī)）或虛擬機(jī)，也可為租用的云主機(jī)，視企業(yè)實(shí)際情況而定。橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)Enterprise（企業(yè)版）3.0桌面客戶端登錄界面如圖4所示。

3 工程試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 風(fēng)險(xiǎn)因子影響范圍試驗(yàn)

以廣西玉林市內(nèi)某座橋梁工程為例，應(yīng)用本文研究的AI架構(gòu)，對(duì)該工程施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別、分析，得出施工中潛在的危險(xiǎn)點(diǎn)，為工程后續(xù)的隱患排查和施工整改做準(zhǔn)備。選用本文研究的九類風(fēng)險(xiǎn)因子（E1、M、E2、P、T、O、S、A1、A2）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因子的影響范圍試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。表2中列出了九類橋梁工程施工中常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因子，進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集后上傳至橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)AI架構(gòu)分析和比對(duì)后，得出各風(fēng)險(xiǎn)因子的影響范圍，并對(duì)其重要性（危險(xiǎn)等級(jí)）進(jìn)行評(píng)估。

3.2 結(jié)果分析

將表2中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出生成柱狀圖（如圖5所示），可以非常明顯地看到，在這9類橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)因子中，人員（People）、技術(shù)（Technology）、組織（Organization）和監(jiān)督（Supervision）這四類因子所占的影響范圍較大，即在實(shí)際施工過(guò)程中由于這四類因子而引發(fā)的施工風(fēng)險(xiǎn)或施工事故的可能性較大，分別占比為21.0%、23.2%、22.1%和21.3%，在施工中應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。而其余五類因子引起的橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)或事故的可能性較小，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行施工即可。

4 結(jié)語(yǔ)

在工程實(shí)踐中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，因地制宜，不宜生搬硬套，而應(yīng)制定有針對(duì)性、適用性的施工方案，做到安全、經(jīng)濟(jì)、高效施工。古毛2號(hào)橋主橋0#塊施工過(guò)程能提前結(jié)合后續(xù)臨時(shí)固結(jié)工序和地形地貌實(shí)際情況制定施工方案，使方案的具體實(shí)施取得了較好的效果，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了施工成本，保證了施工安全。

[1]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]GB 50017-2017，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]J/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

作者簡(jiǎn)介：覃 勇（1979—），工程師，主要從事現(xiàn)場(chǎng)施工管理、計(jì)量管理工作。