智慧工地系統(tǒng)在某項(xiàng)目施工中的應(yīng)用研究

王修軍 程少淳 肖 含 劉 騰 萬(wàn)澤華 中建八局第四建設(shè)有限公司

1 前言

智慧工地是一種嶄新的工程生命周期管理理念，是通過(guò)某一平臺(tái)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行施工過(guò)程管理，通過(guò)各單位和各部門之間相互協(xié)同，科學(xué)化信息管理，過(guò)程數(shù)據(jù)挖掘分析，對(duì)施工階段各環(huán)節(jié)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)管理和可視化管理，實(shí)施精準(zhǔn)施測(cè)，科學(xué)應(yīng)對(duì)，從而提高項(xiàng)目管理水平[1]。利用先進(jìn)科技手段進(jìn)行智能、高效、綠色、精益、科學(xué)的施工現(xiàn)場(chǎng)管理，杜絕各種違規(guī)操作和不文明施工[2]，提高建筑工程質(zhì)量和施工管理效率，促進(jìn)項(xiàng)目管理的創(chuàng)新和發(fā)展[3]。本項(xiàng)目在智慧工地系統(tǒng)的應(yīng)用研究中，基于信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，旨在實(shí)現(xiàn)綠色施工，精益建造，標(biāo)準(zhǔn)化管控，智慧工地系統(tǒng)在亞洲杯青春足球場(chǎng)項(xiàng)目施工中的應(yīng)用，為智慧工地系統(tǒng)在建筑項(xiàng)目施工中的應(yīng)用提供工程案例參考。

2 項(xiàng)目工程概況

亞洲杯足球比賽場(chǎng)位于青島市城陽(yáng)區(qū)靖城路以東、煙滬線以北，總建筑面積19.2萬(wàn)平方米，整體效果圖如圖1所示。本項(xiàng)目主體為1座有50000個(gè)座位的專業(yè)足球場(chǎng)，定位為大型甲級(jí)體育場(chǎng)，其各項(xiàng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足高水平足球賽事及其他國(guó)際A級(jí)賽事關(guān)于比賽場(chǎng)館的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定以及國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。足球場(chǎng)平面輪廓尺寸215m×254.2m，屋蓋最高51.5m，足球場(chǎng)地上建筑面積11.2萬(wàn)平方米，地上共計(jì)4層，還包括2塊訓(xùn)練場(chǎng)地，1座多功能館，1座游泳訓(xùn)練館，配套建設(shè)商業(yè)、地下停車位，并完善周邊基礎(chǔ)設(shè)施配套。

圖1 亞洲杯青春足球場(chǎng)效果圖

3 安全管理

3.1 塔吊安全監(jiān)測(cè)+吊鉤可視化

塔吊上布置安全檢測(cè)設(shè)備，并在塔吊吊鉤上布置監(jiān)控設(shè)備，進(jìn)行安全管理。塔吊監(jiān)測(cè)如圖2所示，可達(dá)到的效果有：①吊群防碰撞，可防止塔群內(nèi)塔機(jī)相互碰撞；②區(qū)域保護(hù)，可限制塔臂進(jìn)入某些特定區(qū)域，防止塔臂與障礙物發(fā)生碰撞；③載重力矩監(jiān)測(cè)預(yù)警；④防超載、防傾翻，當(dāng)塔機(jī)載重、傾斜角度達(dá)到預(yù)警值時(shí)，監(jiān)測(cè)儀器發(fā)生報(bào)警；⑤數(shù)據(jù)黑匣子，可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)塔機(jī)數(shù)據(jù)，當(dāng)塔機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可以保護(hù)、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，便于查找故障原因；⑥遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控站可以監(jiān)控塔群內(nèi)任一塔機(jī)的情況；⑦吊裝過(guò)程分析。

圖2 塔吊監(jiān)測(cè)

3.2 AI視頻危險(xiǎn)源分析

通過(guò)AI視頻對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行分析[4,5]，AI視頻危險(xiǎn)源分析如圖3所示。功能主要有：①云端AI算法庫(kù)：AI云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了安全隱患識(shí)別和物料檢測(cè)等30多種算法模型的集成、部署、分析服務(wù)；②邊云協(xié)同平臺(tái)：智能盒子通過(guò)AI識(shí)別的隱患事件數(shù)據(jù)與云端同步，通過(guò)云端服務(wù)實(shí)現(xiàn)智能盒子與管理系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接；③端側(cè)AI+IoT服務(wù)：智能盒子以及移動(dòng)端產(chǎn)品分別實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶本地視頻流以及圖片數(shù)據(jù)的AI快速分析及處理，多方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)警。

圖3 AI視頻危險(xiǎn)源分析

3.3 IoT技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)基于各種信息傳感裝置，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)，打通人與人、人與物、物與物之間的信息交換和通信，最終實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能[6]。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)預(yù)警和監(jiān)測(cè)等工作，因此近年來(lái)IoT技術(shù)在消防管理中的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和認(rèn)可。隨著IoT技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善，物聯(lián)網(wǎng)除了能快速感知、收集和傳遞現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)時(shí)信息，還能夠結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，判斷現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否存在異常，提前發(fā)現(xiàn)消防隱患問(wèn)題做到“防患于未然”。

3.4 高支模監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在承插式盤(pán)扣支架頂端布置軸壓傳感器、位移傳感器和無(wú)線報(bào)警器，通過(guò)智能數(shù)據(jù)采集終端傳到智能數(shù)據(jù)采集機(jī)，高支模監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖4所示。針對(duì)高支模支架進(jìn)行統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)工程數(shù)及狀態(tài)，繪制累計(jì)變形量趨勢(shì)圖，當(dāng)支架出現(xiàn)異常，監(jiān)測(cè)點(diǎn)異常預(yù)報(bào)警。

圖4 高支模監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.5 基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

利用激光光束傳遞監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降和位移變化，結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)與自平衡校正功能來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度監(jiān)測(cè)，基坑監(jiān)測(cè)裝置如圖5所示。二維激光面陣位移儀自帶太陽(yáng)能面板、4G模塊，無(wú)需供電供網(wǎng)，自動(dòng)實(shí)施監(jiān)測(cè)基坑周邊沉降及水平位移。

圖5 基坑監(jiān)測(cè)裝置

3.6 智能臨邊防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測(cè)

臨邊防護(hù)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)臨邊防護(hù)網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，內(nèi)置GPS定位、紅外靠近探測(cè)以及雙磁吸聲光報(bào)警裝置，裝置如圖6所示。當(dāng)防護(hù)網(wǎng)遭到破壞時(shí)可實(shí)時(shí)報(bào)警，主要用于基坑、施工洞口防護(hù)網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保障人員的安全。技術(shù)特點(diǎn)：①采用電阻檢測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防護(hù)網(wǎng)破損狀態(tài)；②內(nèi)置GPS定位裝置實(shí)時(shí)定位設(shè)備；③防拆卸檢測(cè)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備被拆挪時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警；④內(nèi)置鋰電池，集成太陽(yáng)能充電板可長(zhǎng)期工作；⑤內(nèi)置4G通訊；無(wú)線實(shí)時(shí)通訊。

圖6 智能臨邊防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測(cè)裝置

3.7 周界防護(hù)

根據(jù)立體布防的設(shè)計(jì)要求，在坑洞臨邊、圍墻的頂部安裝紅外探測(cè)周界報(bào)警系統(tǒng)，工作原理是周界模塊中對(duì)射探頭發(fā)射紅外線，人員翻越潛入時(shí)，警示裝置發(fā)出警報(bào)，周界防護(hù)裝置如圖7所示。

圖7 周界防護(hù)裝置

3.8 施工臨電箱監(jiān)測(cè)

施工臨電箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖8所示，通過(guò)終端主機(jī)與服務(wù)器相連，數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)，在移動(dòng)端可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)電箱的工作狀態(tài)、用電異常以及統(tǒng)計(jì)用電量。

俄羅斯重視文化和歷史的保護(hù)，全國(guó)有3000多個(gè)博物館，多為藝術(shù)館、歷史博物館，另有自然科學(xué)館、綜合館。莫斯科有最古老的國(guó)家歷史博物館，展示出世界文化藝術(shù)特色。一些博物館型城市，如蘇茲達(dá)爾就是在有限的空間內(nèi)，建造了多處名人故居、紀(jì)念地。俄羅斯的醫(yī)療康復(fù)發(fā)展水平良好，這對(duì)于俄羅斯的旅游產(chǎn)業(yè)具有良好的建設(shè)意義。黑海、里海、太平洋等眾多療養(yǎng)中心。在高加索山脈就有全球著名的旅游養(yǎng)老勝地，是有天然的浴場(chǎng)、火山綜合形成的溫泉。俄羅斯東部著名的是薩哈林斯基、倫斯基、達(dá)金斯基熱源帶。貝加爾地區(qū)有上百個(gè)保健功能的旅游基地，另外伊爾庫(kù)茨克州有礦泉泥療養(yǎng)區(qū)。

圖8 施工臨電箱監(jiān)測(cè)

3.9 鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)加裝的鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖9所示，裝置包括二維面陣激光位移計(jì)、無(wú)線位移計(jì)、振弦式應(yīng)變計(jì)、智能無(wú)線數(shù)據(jù)采集終端。實(shí)施鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中關(guān)鍵部位的變形監(jiān)測(cè)，通過(guò)結(jié)構(gòu)形態(tài)的偏移狀況、結(jié)構(gòu)跨中的撓度情況，分析結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量與工作狀態(tài)。

圖9 鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4 綜合管理

4.1 WiFi安全教育

通過(guò)答題上網(wǎng)、題庫(kù)維護(hù)、上網(wǎng)時(shí)間限定、定向推送題庫(kù)等形式，對(duì)施工人員增加安全的知識(shí)儲(chǔ)備、提高安全意識(shí)、理論上識(shí)別危險(xiǎn)源，從而達(dá)到安全教育的目的。

4.2 智能廣播系統(tǒng)

通過(guò)智能廣播，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員，反復(fù)播放安全注意事項(xiàng)。智能廣播系統(tǒng)的特點(diǎn)：①支持遠(yuǎn)程喊話，通過(guò)電腦或手機(jī)端，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行喊話，及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指揮調(diào)度；②與智能監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)告警播報(bào)；③支持定時(shí)廣播功能，通過(guò)設(shè)定，無(wú)需值守，自動(dòng)播放，提高工人安全防控意識(shí)。

4.3 能源管理

通過(guò)能源管理系統(tǒng)，可自動(dòng)遠(yuǎn)程讀取水、電表數(shù)據(jù)，可按照月、日、時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，供水、供電量一鍵控制，歷史數(shù)據(jù)快速查詢。通過(guò)能源的有效管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，為綠色施工助力。

4.4 AR眼鏡巡檢交互系統(tǒng)

AR智能巡檢通過(guò)智慧安監(jiān)眼鏡交互連接[7]，如圖10所示，AR智慧安監(jiān)眼鏡配有可調(diào)節(jié)式鏡頭，實(shí)現(xiàn)觸摸式操作，鏡腿可折疊，支持多種佩戴模式，卡扣式鏡片，適應(yīng)近視眼的用戶；眼鏡通過(guò)手機(jī)供電、提供4G或者WiFi以及存儲(chǔ)?；ヂ?lián)網(wǎng)+監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)、人臉自動(dòng)識(shí)別、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管，有效提高監(jiān)管效率。智能AI，通過(guò)人臉識(shí)別，自動(dòng)讀取進(jìn)場(chǎng)三級(jí)教育內(nèi)容。特殊工種證件報(bào)備等情況隱患AI識(shí)別，可自動(dòng)識(shí)別隱患，輔助安全管理人員現(xiàn)場(chǎng)檢查。視頻通話，支持互相進(jìn)行呼叫，建立多人實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程音視頻通話。支持分享電腦頁(yè)面，視頻實(shí)時(shí)標(biāo)記。多佩戴模式，可單獨(dú)佩戴，也可結(jié)合安全帽佩戴。卡扣式鏡片，可調(diào)節(jié)角度，不影響正常視野。數(shù)據(jù)一體，可拓展性強(qiáng)，與安全管理系統(tǒng)一體貫通，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一次采集多次使用。

圖10 AR智慧安監(jiān)眼鏡

5 質(zhì)量管理

5.1 標(biāo)養(yǎng)室溫濕度監(jiān)測(cè)

標(biāo)養(yǎng)室通過(guò)設(shè)置溫濕度傳感器、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，對(duì)標(biāo)養(yǎng)室的溫、濕度實(shí)施監(jiān)測(cè)，自定義設(shè)置監(jiān)測(cè)閾值，實(shí)現(xiàn)標(biāo)養(yǎng)室的智能控制，減少實(shí)驗(yàn)人員的工作量，且能對(duì)實(shí)驗(yàn)試塊更加標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)。

圖11 標(biāo)養(yǎng)室溫濕度監(jiān)測(cè)

6 生產(chǎn)管理

6.1 勞務(wù)實(shí)名制

勞務(wù)實(shí)名制管理的優(yōu)點(diǎn)有：①規(guī)范總分包單位雙方的用工行為，保證合法用工；②及時(shí)掌握了解施工現(xiàn)場(chǎng)的人員基本情況和數(shù)量，有利于施工現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力的管理和調(diào)劑；③為施工現(xiàn)場(chǎng)勞務(wù)作業(yè)的安全管理、治安保衛(wèi)管理提供第一手資料；④通過(guò)實(shí)名制管理卡的金融功能，可以簡(jiǎn)化工資發(fā)放程序，保證工資具體到人[8]。

6.2 生產(chǎn)管理

圖12 生產(chǎn)管理

6.3 技術(shù)管理

技術(shù)管理可實(shí)現(xiàn)，圖紙管理統(tǒng)計(jì)、方案清單統(tǒng)計(jì)、技術(shù)交底統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)圖紙、方案等文檔的統(tǒng)一存儲(chǔ)與共享；方案狀態(tài)分析，方案預(yù)警提示，提高方案的完成效率和質(zhì)量。

7 風(fēng)險(xiǎn)管控

7.1 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控

風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控是按照風(fēng)險(xiǎn)不同級(jí)別、所需管控資源、管控資源、管控能力、管控措施復(fù)雜程度等確定不同層級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)管控方式[9]。風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控流程：①風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)存在的風(fēng)險(xiǎn)在系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)清單庫(kù)中進(jìn)行選擇；②風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，辨識(shí)完的風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)估其等級(jí)，還可手動(dòng)編輯修改其等級(jí)；③隱患排查計(jì)劃，自動(dòng)生成隱患排查計(jì)劃；④管控措施制定，辨識(shí)完的風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)自動(dòng)帶出其管控措施。

7.2 升降機(jī)監(jiān)測(cè)

升降機(jī)檢測(cè)如圖13所示，司機(jī)人臉識(shí)別，可以防止升降機(jī)的非專業(yè)操作，降低風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警，出現(xiàn)異常情況及安全風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)提示預(yù)警。推送報(bào)警信息給管理人員，使管理人員能夠快速了解故障源，做出快速處理方案解決問(wèn)題。

圖13 升降機(jī)監(jiān)測(cè)

7.3 自動(dòng)噴淋控制

自動(dòng)噴淋傳感器如圖14所示，傳感器可將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)字平臺(tái)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，并將超標(biāo)值推送給管理人員，及時(shí)針對(duì)相應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整改。

圖14 自動(dòng)噴淋傳感器

7.4 螺栓松動(dòng)預(yù)警

螺栓松動(dòng)監(jiān)測(cè)包括傳感器、無(wú)線路由器、網(wǎng)關(guān)及監(jiān)控平臺(tái)，如圖15所示。螺栓松動(dòng)預(yù)警的流程包括：①以螺栓緊固狀態(tài)開(kāi)始的角度為基準(zhǔn)，通過(guò)軟件可以設(shè)置；②間隔性的檢測(cè)角度，和基準(zhǔn)角度比較，計(jì)算松動(dòng)旋出角度；③在平臺(tái)端實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓松動(dòng)趨勢(shì)、松動(dòng)點(diǎn)分布圖、實(shí)時(shí)棒圖的展示，客戶可自由設(shè)定松動(dòng)報(bào)警值。

圖15 螺栓松動(dòng)監(jiān)測(cè)

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)亞洲杯青春足球場(chǎng)項(xiàng)目施工中智慧工地系統(tǒng)的應(yīng)用，使項(xiàng)目安全管理更加高效科學(xué)，使質(zhì)量、生產(chǎn)、技術(shù)管理得到加強(qiáng)提高，使風(fēng)險(xiǎn)管控更加全面智能。使數(shù)字化信息技術(shù)、智能化與網(wǎng)絡(luò)化管理進(jìn)一步融合到傳統(tǒng)施工管理中，推動(dòng)了施工安全、建造科學(xué)與管理智能的發(fā)展，促進(jìn)了質(zhì)量、進(jìn)度、成本的控制以及資料、信息及安全管理，推進(jìn)了傳統(tǒng)施工管理的升級(jí)轉(zhuǎn)型。