李艷紅 中煤江南建設(shè)發(fā)展集團有限公司

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，建筑工程特別是地下空間開發(fā)利用日益增多。大部分建筑項目都位于城市中心位置，場地較小，在有限的地下施工場所各種不同的機械設(shè)備交叉施工，再加上地下環(huán)境復(fù)雜，施工條件惡劣，比如在深基坑施工過程中，吊機及挖機如得不到安全指揮，其危險系數(shù)非常巨大。數(shù)字化施工體系的實施，能夠避免施工過程中由于人員的錯誤行為而引發(fā)的安全事故，有效降低這方面的危險系數(shù)，確保工程建設(shè)的施工安全[1]。

一、數(shù)字化施工體系對管理和組織的影響分析

數(shù)字化施工系統(tǒng)的采用，以及項目管理信息系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和各種輔助軟件的應(yīng)用，將給施工項目的安全監(jiān)督管理帶來巨大的變化和影響，最終形成一個完整的企業(yè)信息系統(tǒng)，組織的改革與創(chuàng)新已成為當前潮流。

（一）促進工程項目數(shù)字化管理

1.建筑工程建設(shè)管理的內(nèi)容包含施工建設(shè)過程的計劃安排、協(xié)調(diào)控制以及調(diào)度。建設(shè)工程管理的首先任務(wù)應(yīng)在確保安全、質(zhì)量的前提下完成，科學合理地利用企業(yè)的設(shè)備及人力，降低建筑材料損耗，提高工程效率及企業(yè)經(jīng)濟效益。這些需要管理系統(tǒng)能夠適應(yīng)當前建筑市場環(huán)境變化，并進行組織與計劃來達到此效益[2]。

2.數(shù)字化管理是一種量化管理行為，是利用計算機及網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)來實現(xiàn)協(xié)調(diào)、計劃組織及創(chuàng)新管理的方法。數(shù)字化管理是當前企業(yè)為了提高競爭力而選擇的途徑，同時也是技術(shù)發(fā)展的必然選擇，滿足當前市場需求[3]。

（二）對項目管理組織的影響

1.項目組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“扁平化”

數(shù)字化施工體系的應(yīng)用改變了管理組織方面的信息傳遞方式，管理組織作為實現(xiàn)項目管理目標的一種手段，通過內(nèi)部組織的橫向及平等進行信息傳遞，協(xié)調(diào)項目各方之間的合作關(guān)系，傳統(tǒng)的縱向組織結(jié)構(gòu)有“扁平化”的趨勢。

2.項目組織的功能結(jié)構(gòu)虛擬化、擴大化

大型項目在建設(shè)前，可通過計算機的網(wǎng)絡(luò)平臺建立一個具有共同目標、動態(tài)靈活的工程管理組織，以及安全、質(zhì)量、進度等方方面面，提高工程管理過程中的資源配置及安全管理，突破傳統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)帶來的局限性[5]。隨著信息技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，傳統(tǒng)的層次金字塔組織逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际?、扁平化的虛擬組織。

3.引發(fā)組織中的團隊工作（Team Work）

團隊合作是當前信息時代的主旋律，基于IT技術(shù)的應(yīng)用學習型組織模式，授權(quán)工作，人性化管理，強調(diào)所有成員共享信息，緊密合作，實現(xiàn)共同目標。

4.引發(fā)學習型組織與知識管理

近幾年在數(shù)字化施工系統(tǒng)的影響下，建筑建設(shè)方式、安全管理手段及理念都發(fā)生了很大變化。數(shù)字化施工是基于全新的開放模式促進項目各類工種、管理層不斷提升自我水平，同時對于各種新工藝、新技術(shù)所帶來的安全隱患有著新見識，形成一個現(xiàn)實的、漸進的學習型組織，不再局限于經(jīng)驗式的管理。

二、建筑工程施工數(shù)字化安全監(jiān)督管理模式的技術(shù)方法

在建筑施工中，施工人員的人為因素與復(fù)雜的施工環(huán)境是引發(fā)施工安全風險的主要源頭[6]，在地下環(huán)境缺乏穩(wěn)定性、施工區(qū)域內(nèi)埋地管道位置信息缺乏的情況下，容易引發(fā)周邊建筑物不均勻沉降。這在一定程度上反映出施工人員安全意識淡薄，施工安全管理工作不到位。依據(jù)施工現(xiàn)場的風險來源分析，將AR技術(shù)與智能攝像機技術(shù)結(jié)合，BIM信息技術(shù)模型，形成數(shù)字化安全管理監(jiān)督系統(tǒng)。以下重點討論在充分的數(shù)據(jù)和技術(shù)支持下，數(shù)字化在建筑施工安全監(jiān)督管理中的應(yīng)用，對提升安全系數(shù)，推進項目有序進行，具有重要意義[7]。

（一）智能視頻監(jiān)控在建筑施工安全管理上的應(yīng)用

數(shù)字化施工將信息技術(shù)用于施工管理及施工方面得到有效應(yīng)用，如青島的一個建筑項目采取高清攝像機記錄施工現(xiàn)場的全部過程，并實時在電腦屏幕顯現(xiàn)，監(jiān)理工程師可隨時掌握現(xiàn)場安全狀況。廣東省在很多建筑項目方面均采取了數(shù)字化施工安全監(jiān)督模式，同時采取先進的施工技術(shù)方法，基于安全保障需要，實現(xiàn)了“現(xiàn)場直播”和重點建筑工地施工狀態(tài)全天候監(jiān)控[8]。

全國一二線城市基本上都應(yīng)用數(shù)字監(jiān)控技術(shù)，視頻監(jiān)控技術(shù)作為數(shù)字化施工的重要組成部分，為施工現(xiàn)場提供了全面、直觀的記錄形式，并對施工過程進行了現(xiàn)場直播，從而直接反映進度，及時監(jiān)督施工及其安全狀態(tài)，提高現(xiàn)場安全監(jiān)管能力。隨著攝像設(shè)備的不斷完善，攝像智能分析系統(tǒng)可以把所錄制的視頻直接傳送至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，同時在同一網(wǎng)段內(nèi)的任何一臺計算機均可以通過網(wǎng)絡(luò)連接攝像機，從而擺脫了內(nèi)存的束縛，幫助施工安全管理人員實時關(guān)注施工人員的具體操作過程。另外，系統(tǒng)的警報響應(yīng)時間非常重要，與傳統(tǒng)的人工警報相比較，數(shù)字化系統(tǒng)的自動警報響應(yīng)時間具有即時響應(yīng)，雖然其危險行為已經(jīng)發(fā)生，但時間差已得到很大縮短。系統(tǒng)是基于預(yù)告假設(shè)的基礎(chǔ)上進行，在自動響應(yīng)中可能會產(chǎn)生兩種誤報現(xiàn)象：（1）由于預(yù)先設(shè)計的事故類型沒有包含所有的危險動作，視頻捕捉時無法有效識別危險行為，導(dǎo)致發(fā)生危險行為時卻沒有警報響應(yīng)，是安全漏洞之一。（2）無危險作業(yè)，卻發(fā)出警報及采取應(yīng)急措施。第一種誤報現(xiàn)象，解決方法是完善危險行為的知識庫，對報警規(guī)劃的范圍進行擴大，使得假設(shè)的危險行為盡可能接近實際情況；第二種誤報現(xiàn)象的解決方法是將危險行為的描述準確性細化，使之更加接近于實際情況[9]。

（二）增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）在建筑工程施工安全管理上的應(yīng)用

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR），是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。最初的圖形學領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）是增強現(xiàn)實技術(shù)的前身，90年代取得了迅速發(fā)展，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的新型技術(shù)。其三大核心技術(shù)分別是虛擬現(xiàn)實組合技術(shù)、實時交互技術(shù)和三維配準技術(shù)。AR和VR不同，與VR將用戶沉浸在虛擬的三維交互環(huán)境中相比，AR是生成場景及系統(tǒng)提示疊加到真實場景中，實現(xiàn)最終的增強與虛擬性有機地結(jié)合。使他們看起來像一個整體，通過軟硬件系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，用戶可以更自然地與環(huán)境中的真實和虛擬對象進行交互。在AR環(huán)境中真實對象和虛擬對象共存、相互補充[10]。

借助計算機和AR平臺對施工現(xiàn)場和工程結(jié)構(gòu)主體增強數(shù)字化施工過程仿真，建立包含結(jié)構(gòu)信息和施工環(huán)境的數(shù)字化工程模型。事先對實際施工工藝進行研究和推導(dǎo)，將施工人員在實際施工過程中需要注意的信息疊加在施工人員的視覺上。增強現(xiàn)實的數(shù)字模型包括兩種信息。一是人們視覺中存在的可見信息。圖像信息是從施工人員的真實視角獲取的。AR移動設(shè)備，如AR眼鏡，被輸入AR系統(tǒng)處理器，用于與虛擬信息對接。另一個信息是沒有可見的信息或?qū)嵺`中不存在的信息，即增強信息。這部分信息是通過三維配準來實現(xiàn)的，如土層下市政管道或工程結(jié)構(gòu)的施工參數(shù)，將這些信息將添加到預(yù)構(gòu)建系統(tǒng)模型中。模型中當前視野的方向由AR圖像輸入裝置獲得，即確定視點。然后，從模型中提取當前視點的所有附加信息，如市政管道的位置和尺寸、地質(zhì)土層的描述、當前的施工工藝和操作要點等。

施工人員操作不規(guī)范、缺乏安全意識或技術(shù)交底信息不充分等所造成的施工風險，AR技術(shù)能夠避免這些因素。采用AR技術(shù)作為施工安全管理的前饋手段，主要是為施工人員在施工作業(yè)時提供全面的安全提示。為使AR技術(shù)在施工階段得到有效應(yīng)用，首先要根據(jù)實際工程建立三維模型。這一模式不僅要包括工程信息的所有內(nèi)容，而且要隨著建設(shè)的進展而不斷演變施工環(huán)境的變化。這種模式實際上是施工資料脈絡(luò)的整合。它將各種來源和形式的施工信息集成到AR系統(tǒng)模型中，為施工提供準確、全面的數(shù)字化支持，有效指導(dǎo)復(fù)雜環(huán)境下的施工作業(yè)[11]。

圖1 BIM數(shù)字化管理平臺

圖2 數(shù)字化安全管理系統(tǒng)

（三）BIM技術(shù)在建筑工程施工安全管理上的應(yīng)用

BIM 模型作為可視化、數(shù)字化、協(xié)調(diào)管理等功能的信息技術(shù)工具，是實現(xiàn)增強現(xiàn)實的工具之一。通過構(gòu)建BIM建筑信息模型，建立BIM數(shù)字化施工平臺，施工人員上傳數(shù)據(jù)到數(shù)字化平臺，與實際施工過程相吻合。BIM數(shù)字化施工管理平臺，解決了施工現(xiàn)場不方便查看、管理等問題，能夠?qū)崟r查看各方面施工信息，統(tǒng)一管理各參建單位，收集施工現(xiàn)場資料等，讓現(xiàn)場施工安全管理更加規(guī)范，如圖1所示。

1.施工過程中的數(shù)據(jù)查看

通過建立工程施工過程的三維模型，將三維模型上傳到數(shù)字平臺上，可以直接看到施工進度、施工質(zhì)量和安全生產(chǎn)情況。在三維模型上，可以將設(shè)計圖紙、現(xiàn)場圖片和現(xiàn)場視頻鏈接起來，直接查看施工現(xiàn)場，從而解決施工現(xiàn)場管理混亂、部分隱蔽性工程檢查困難等問題。

2.標準化的施工管理

在施工管理數(shù)字化平臺上，建立標準化施工管理數(shù)據(jù)庫和各類標準數(shù)據(jù)庫。根據(jù)施工標準規(guī)范數(shù)據(jù)庫，按不同施工類型、施工工序和安全質(zhì)量控制點，對工程進行規(guī)范化管理，實現(xiàn)施工過程的精細化管理。

3.施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集

將施工現(xiàn)場的安全檢查表、質(zhì)量驗收單等由移動終端直接輸入，實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的平臺化和透明化，便于施工單位及時整改施工中存在的安全質(zhì)量問題。通過GPS定位和實時監(jiān)控，統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)施工機械智能調(diào)配，保證工程安全。

三、建筑施工安全管理數(shù)字化建設(shè)

（一）數(shù)字化安全管理系統(tǒng)

依托AR及BIM等數(shù)字安全技術(shù)手段，在智能攝像機上已經(jīng)形成了一套數(shù)字化的施工現(xiàn)場數(shù)字化安全管理系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，業(yè)主、施工單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、政府監(jiān)督部門可以對建筑工程施工進行嚴格的安全控制（見圖2），最終達到降低施工安全事故概率的目的[12]。

（二）數(shù)字化安全管理輸入輸出系統(tǒng)

在工程實踐中，數(shù)字安全管理輸入系統(tǒng)包含AR眼鏡（或AR頭盔）及網(wǎng)絡(luò)攝像機，所捕獲到的視頻實時傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)里。網(wǎng)絡(luò)選擇方面有兩種，一種接入公共網(wǎng)絡(luò)，一種接入局域網(wǎng)。如客戶端和服務(wù)器相距較遠，采取多個工地共用一個處理器，不受地理位置限制，可以采取接入公共網(wǎng)絡(luò)方式。局域網(wǎng)是一個專用的網(wǎng)絡(luò)（VPN）將網(wǎng)絡(luò)攝像機、服務(wù)器和客戶機連接到一塊，這種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建簡單，且能保證傳輸質(zhì)量。而接入公共網(wǎng)絡(luò)的則首先將局域網(wǎng)與公共網(wǎng)絡(luò)連接起來，安裝在工地的攝像頭，可對現(xiàn)場實施監(jiān)控，讓安全管理人員在控制室實時了解現(xiàn)場危險區(qū)域的施工狀態(tài)。再加上AR信息的輸入，將佩戴設(shè)備施工人員的數(shù)字標簽與三維信息模型相連接，實現(xiàn)管理者的現(xiàn)場感受。

（三）數(shù)字化安全管理分析處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)攝像機作為建筑工程施工數(shù)字化安全管理設(shè)備的一種，首先，它不僅可以用于施工現(xiàn)場的綜合監(jiān)控，還可以利用智能視頻分析軟件自動識別危險行為。該軟件將從標準規(guī)范和現(xiàn)場調(diào)查中總結(jié)出危險源，并用一系列圖像規(guī)則表示出來，計算機可以響應(yīng)這些規(guī)則，形成報警事件，幫助安全管理人員及時發(fā)現(xiàn)危險行為。

其次，智能分析軟件一旦檢測到報警事件的發(fā)生，就會自動啟動連鎖反應(yīng)措施。報警信息以聲音提示現(xiàn)場工作人員，彈出窗口提示視頻監(jiān)控人員，也可通過電子郵件或短信發(fā)送給安全管理人員。

最后，攝像頭的所有報警事件自動保存形成報警日志，并根據(jù)時間、攝像頭、應(yīng)用規(guī)則等指標進行分類，總結(jié)施工現(xiàn)場安全文明施工的實施情況，進行安全培訓(xùn)和施工指導(dǎo)。

四、結(jié)束語

建筑工程施工安全管理數(shù)字化建設(shè)，改變了傳統(tǒng)的人對人安全監(jiān)督與安全技術(shù)交底方式，提高了安全管理的效率和質(zhì)量。同時，數(shù)字化工程安全管理減少了施工過程中的信息失誤，實現(xiàn)信息的交互共享，是當前數(shù)字化施工安全監(jiān)督管理的重要手段。