姚康 麻金峰 梁彬 郭振志

中交四公局建筑工程有限公司 江蘇南京 210000

由于中國(guó)超高層建筑和一系列復(fù)雜大工程施工管理的需求增加，以及近年國(guó)家對(duì)揚(yáng)塵污染的嚴(yán)格把控，這導(dǎo)致安全管理、成本控制和綠色施工中的不確定因素增加，致使施工管理問(wèn)題凸顯，安全風(fēng)險(xiǎn)放大，施工管理成本和效益都處在不可控的風(fēng)險(xiǎn)中。

本文基于以上背景與問(wèn)題，在復(fù)雜工程管理、現(xiàn)代安全管理和智慧工地的理論指導(dǎo)下，基于在建項(xiàng)目“中交第四公路工程局有限公司南京海峽兩岸科工園?？菩略⒈Ｕ戏緿區(qū)項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱浦口項(xiàng)目）”實(shí)際使用情況，就信息化環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行分析。主要側(cè)重于研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工管理和施工效率的提升[1]。

本文提供了施工現(xiàn)場(chǎng)管理的新思路，研究了信息化施工管理的關(guān)鍵智能設(shè)備，并將這些信息化設(shè)備納入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。這能提升施工管理的效率，改善施工作業(yè)安全環(huán)境，并極大提高安全管理的可靠性。

本工程的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含智能安全帽、智慧工地管理系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)監(jiān)控設(shè)備等。

1 工程概況

南京海峽兩岸科工園?？菩略⒈Ｕ戏緿區(qū)及基層社區(qū)中心工程，位于南京市浦口區(qū)五華路與嘉義路交叉處。本工程由6棟26～27層高層住宅樓、2棟1層商業(yè)、1棟6層基層社區(qū)中心及配電房、門衛(wèi)室等4棟配套附屬房組成。其中最高建筑高度84.9m。高層住宅區(qū)域下設(shè)一座1～2層整體地下室、基層社區(qū)中心下設(shè)1層地下室。項(xiàng)目住宅樓為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，其余建筑為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)?？偨ㄖ娣e105413.40m2，其中地上建筑面積76763.45m2，地下建筑面積28689.95m2。

2 研究目的

通過(guò)對(duì)工程施工過(guò)程管理的實(shí)踐應(yīng)用研究，可以加速工程施工領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)推廣，極大提高工作效率。特別是打破了過(guò)去層級(jí)式的組織體系，將其改變?yōu)楸馄交M織管理體系。一下就縮短了管理層與一線工人的距離。還可以在實(shí)踐過(guò)程中根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)分析研究，再逐步優(yōu)化施工管理架構(gòu)和組織流程，甚至可以打破過(guò)去大多數(shù)只是程序化的管理，變革為非程序化流程和動(dòng)態(tài)的管理結(jié)構(gòu)，從而最大效率的發(fā)揮出信息化施工管理降低成本，同時(shí)優(yōu)化人與物的協(xié)作關(guān)系的作用。為工程施工與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用起促進(jìn)和推廣作用，建造一個(gè)綠色、安全的施工生態(tài)圈。

3 系統(tǒng)組成

浦口項(xiàng)目的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人的不穩(wěn)定狀態(tài)、物的不穩(wěn)定狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)的不穩(wěn)定狀態(tài)分為三個(gè)部分：智能安全帽系統(tǒng)、智慧工地系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)巡查系統(tǒng)。分別對(duì)應(yīng)實(shí)名制管理、位置管理、環(huán)境管理、機(jī)械設(shè)備管理、遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)管理，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法預(yù)見(jiàn)的復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、管理[2]。

3.1 智能安全帽

施工現(xiàn)場(chǎng)的人員管理，雖然有實(shí)名制通道可以解決工人的進(jìn)場(chǎng)問(wèn)題，但實(shí)名制卡存在較大的監(jiān)管漏洞，如工人不從實(shí)名制通道進(jìn)出即該卡的功效立即缺失。更不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人的信息、每天的行動(dòng)路線、勞動(dòng)軌跡，現(xiàn)場(chǎng)工作面人員和人數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，雖通過(guò)傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)管理人員監(jiān)控和實(shí)時(shí)匯報(bào)可以解決這些問(wèn)題，但工作量大、數(shù)據(jù)不全面、數(shù)據(jù)傳遞間存在時(shí)間差和信息差。

智能安全帽管理系統(tǒng)是基于實(shí)名制安全管理，以智能硬件搭配物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)讓工人佩戴帶有智能芯片的特殊安全帽，在現(xiàn)場(chǎng)安裝“工地寶”進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再通過(guò)移動(dòng)4G技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音提示。最后在云實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)整理、分析，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，項(xiàng)目管理者通過(guò)手機(jī)APP、PC端就可以清楚了解工人現(xiàn)場(chǎng)分布、個(gè)人考勤數(shù)據(jù)等情況，給項(xiàng)目管理者提供科學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)管理和決策依據(jù)。

產(chǎn)品使用流程為：工人進(jìn)場(chǎng)→錄入工人信息并發(fā)帽子→工人工作→信息收集→信息查看→工人退場(chǎng)退帽子→系統(tǒng)注銷信息→退回的帽子分發(fā)給新進(jìn)場(chǎng)工人

智能安全帽現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：

（1）花名冊(cè)自動(dòng)生成。在工人進(jìn)場(chǎng)后先領(lǐng)取智能安全帽，領(lǐng)取安全帽時(shí)需確保工人及時(shí)辦理實(shí)名制登記。實(shí)名制登記工程很簡(jiǎn)單，只需要將身份證放在由公安部認(rèn)證的識(shí)別手持設(shè)備上識(shí)取完成后即可完成登記。登記過(guò)后便可通過(guò)“施工隊(duì)伍”的批量功能導(dǎo)出各隊(duì)伍花名冊(cè)和工人照片，用于數(shù)據(jù)上報(bào)或數(shù)據(jù)加工?？赏ㄟ^(guò)“報(bào)表中心”的花名冊(cè)報(bào)表，自動(dòng)生成建委、企業(yè)統(tǒng)一格式的報(bào)表，也可分工種分隊(duì)伍導(dǎo)出，方便快捷。自動(dòng)生成EXCEL格式的表格，可以對(duì)班組的管理精確到人，改變往日不知工人情況，不知工人班組，不知班組內(nèi)人數(shù)和人員的情況，對(duì)人員情況了如指掌。

圖2 智能安全帽產(chǎn)品使用流程

（2）清點(diǎn)人數(shù)。通過(guò)軟件首頁(yè)或手機(jī)APP的柱狀圖，隨時(shí)掌握各項(xiàng)目、各隊(duì)伍的實(shí)際用工數(shù)量。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工種餅圖，隨時(shí)掌握各工種數(shù)量。通過(guò)近7天刷卡率數(shù)據(jù)，掌握近期實(shí)際用工數(shù)量。餅狀圖的特點(diǎn)，可以清晰的看出各工種占比，且方便橫向、縱向?qū)Ρ取?/p>

（3）人員定位功能。佩戴安全帽的人員在現(xiàn)場(chǎng)的位置，可以實(shí)時(shí)在手機(jī)APP內(nèi)查看，并可精確查看個(gè)人活動(dòng)軌跡和活動(dòng)路線。該功能是智能安全帽系統(tǒng)應(yīng)用效果最好，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工管理最有效的功能。現(xiàn)場(chǎng)的管理中，由于人和物的不穩(wěn)定性，不易處理的突發(fā)情況隨時(shí)都有可能發(fā)生。如何第一時(shí)間了解現(xiàn)場(chǎng)情況，確定傷者的位置，推測(cè)事故原因，往往是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管理者的第一要?jiǎng)?wù)。通過(guò)智能安全帽系統(tǒng)綁定的APP，可以第一時(shí)間查看人員位置，施工情況，配合施工現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭，就能在第一時(shí)間完成事故的評(píng)估和判斷，再進(jìn)行有效處理和救援。

（4）人員考勤功能。可快速查看現(xiàn)場(chǎng)工作人員每日在現(xiàn)場(chǎng)的工作時(shí)間，并一鍵生成表格?？梢圆榭疵吭鹿ぷ鲿r(shí)長(zhǎng)和工作天數(shù)。該功能一方面能幫助管理人員確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，方便制定未來(lái)施工計(jì)劃。能夠?qū)Ω鞴ば蛐枰臅r(shí)間、人力資源等進(jìn)行有效統(tǒng)計(jì)。另一方面結(jié)合實(shí)名制功能可按月統(tǒng)計(jì)每人的有效工作時(shí)間，對(duì)工資發(fā)放起幫助作用。同樣，也可以避免惡意討薪。

（5）人員統(tǒng)計(jì)功能。實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域人數(shù)，快速統(tǒng)計(jì)各工作面人數(shù)，各樓棟各工種人數(shù)。從終端的面板里以柱狀圖等形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行表述。

（6）工效統(tǒng)計(jì)功能。分析各工程時(shí)段各工種工作時(shí)間，橫向、縱向?qū)Ρ龋珳?zhǔn)找出施工現(xiàn)場(chǎng)的管理漏洞，發(fā)現(xiàn)不足，指明改進(jìn)方向。

（7）花名冊(cè)管理功能。一鍵導(dǎo)出現(xiàn)場(chǎng)人員信息，生成EXCEL表格，包含人員信息、籍貫、考勤信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

（8）其他功能。包括項(xiàng)目分析、安全帽檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)布圖設(shè)置、工地寶廣播設(shè)置等功能。

3.2 智慧工地系統(tǒng)

智慧工地是“互聯(lián)網(wǎng)+”理念在建設(shè)工程領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。

以往傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)管理中，環(huán)境的保護(hù)和治理是一大難題。施工作業(yè)普遍存在揚(yáng)塵污染大，塵土多等環(huán)境不利因素。且在大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)，缺乏實(shí)時(shí)的保護(hù)。但智慧工地系統(tǒng)，可以解決這個(gè)問(wèn)題。

它基于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的集成管理模式，充分利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)。在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)計(jì)劃，關(guān)鍵設(shè)備，人員管理和綠色文明施工四個(gè)部分等動(dòng)態(tài)信息，逐步改變傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)各方現(xiàn)場(chǎng)管理的互動(dòng)模式，工作模式和管理模式。 在此信息化的基礎(chǔ)上，通過(guò)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，協(xié)助施工管理實(shí)現(xiàn)更安全，更高效，更精益的施工管理[3]。

圖4 智慧工地系統(tǒng)組成

智慧工地系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：

（1）VR模擬安全教育。VR教育演示系統(tǒng)，利用前沿成熟的VR & AR技術(shù)，配備精良優(yōu)質(zhì)的硬件產(chǎn)品（VR頭盔、眼鏡、手柄、VR服務(wù)器、智能電視），充分考量基礎(chǔ)施工、主體施工、裝飾施工三階段共十八大安全隱患，以純?nèi)S動(dòng)態(tài)的形式逼真模擬出十八項(xiàng)VR應(yīng)用場(chǎng)景，虛擬元素創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)世界的極致安全教育沉浸體驗(yàn)，巨大的刺激迫使施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)論是管理人員還是作業(yè)工人正視安全隱患，提升安全意識(shí)，預(yù)防安全事故。利用VR技術(shù)的高度沉浸感、現(xiàn)實(shí)感的特點(diǎn)，將施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法真實(shí)模擬的安全隱患和傷害后果引入虛擬現(xiàn)實(shí)中，讓工人在虛擬場(chǎng)景中體會(huì)各安全隱患及所帶來(lái)的傷害后果，在其心靈上產(chǎn)生觸動(dòng)，引起其心靈深處對(duì)安全的重視，起到安全培訓(xùn)深入人心的效果，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。目前VR安全體驗(yàn)館主要包括房屋建筑工程基礎(chǔ)施工、主體施工和裝飾施工階段的高處墜落、物體打擊、機(jī)械傷害、坍塌傷害、觸電傷害和火災(zāi)傷害6種典型的傷害類型，共計(jì)18個(gè)安全教育場(chǎng)景。

（2）塔機(jī)監(jiān)測(cè)、升降機(jī)安全監(jiān)控、卸料平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。塔機(jī)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了建筑塔機(jī)單機(jī)運(yùn)行和群塔干涉作業(yè)時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和防碰撞。通過(guò)聲光預(yù)警、報(bào)警實(shí)現(xiàn)了對(duì)塔機(jī)和群塔作業(yè)的安全管理。塔機(jī)監(jiān)測(cè)還能實(shí)時(shí)顯示、記錄塔吊的運(yùn)行狀態(tài)、力矩等，對(duì)于大風(fēng)天等惡劣天氣下的塔吊管理起到很大作用。升降機(jī)安全監(jiān)控能實(shí)現(xiàn)司機(jī)身份識(shí)別（人臉識(shí)別）、升降機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、開(kāi)關(guān)天窗提醒等功能，在升降機(jī)運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦檢查到異常數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，可立即進(jìn)行分析并調(diào)整。卸料平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)卸料平臺(tái)鋼絲繩的力矩監(jiān)測(cè)，結(jié)合方案的計(jì)算數(shù)據(jù)，設(shè)置閾值預(yù)警。保證在額定荷載下卸料平臺(tái)能安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，不發(fā)生傾覆。

（3）揚(yáng)塵噪音監(jiān)控系統(tǒng)。揚(yáng)塵噪音監(jiān)控系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)，主要記錄天氣、溫度、濕度、氣壓、PM2.5、PM10、風(fēng)力、噪音等數(shù)據(jù)。但鮮有將這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的。以往的環(huán)境監(jiān)測(cè)還停留在進(jìn)出工地現(xiàn)場(chǎng)時(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，而在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，你只需通過(guò)手機(jī)端或PC端，就可以在任何位置了解到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境情況，既節(jié)省人力，又能統(tǒng)籌全局。

（4）自動(dòng)噴淋系統(tǒng)。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)是與揚(yáng)塵噪音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并行的噴淋噴淋系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置PM2.5，PM10的閾值，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)閾值后，噴淋系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)，進(jìn)行10分鐘的自動(dòng)噴淋。噴淋分為圍擋噴淋、標(biāo)準(zhǔn)層噴淋、塔吊噴淋。當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警后，所有噴淋系統(tǒng)將一起啟動(dòng)進(jìn)行灑水降塵控制。所有的噴淋系統(tǒng)也可以相互獨(dú)立，手動(dòng)開(kāi)啟或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程開(kāi)啟。當(dāng)某一區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)作業(yè)（如土方開(kāi)挖，混凝土澆筑）后，針對(duì)局部區(qū)域的空氣指數(shù)偏高現(xiàn)象，就可單獨(dú)控制揚(yáng)塵進(jìn)行作業(yè)。

3.3 無(wú)人機(jī)巡查系統(tǒng)

施工現(xiàn)場(chǎng)的全方位監(jiān)控和整體把控，是現(xiàn)場(chǎng)施工的重點(diǎn)。

無(wú)人機(jī)巡查系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍，在每天下班前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查、拍照，能利用極短時(shí)間進(jìn)行一次完整的現(xiàn)場(chǎng)巡查，巡查情況可直接反饋至手機(jī)APP。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)文明施工、重大安全施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)全方位監(jiān)管，且改變了以往通過(guò)施工員現(xiàn)場(chǎng)查看帶來(lái)的不變，節(jié)省了人力物力[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑施工過(guò)程十分復(fù)雜，傳統(tǒng)的施工過(guò)程管理單憑管理員的現(xiàn)場(chǎng)管控并不能滿足實(shí)際施工管理需求，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智慧施工相關(guān)理論應(yīng)用的發(fā)展，本文以施工管理現(xiàn)場(chǎng)必不可少的安全帽為切入點(diǎn)，利用智慧工地系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了項(xiàng)目物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、設(shè)備、物料、進(jìn)度和安全實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)化管控，及時(shí)識(shí)別建筑工程項(xiàng)目中的安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程的管理變化并實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)的自動(dòng)預(yù)警功能，動(dòng)態(tài)對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度和質(zhì)量進(jìn)行管理。

本文研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在浦口項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)用等，主要的研究目的和成果已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在施工現(xiàn)場(chǎng)管理作用的完善和推廣尚需時(shí)日，希望能被推廣應(yīng)用，加以論證。本文只針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)日常安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、進(jìn)度管理、質(zhì)量控制進(jìn)行分析，還沒(méi)能實(shí)現(xiàn)對(duì)全部數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和對(duì)接，由于數(shù)據(jù)量龐大、算法復(fù)雜，需要相關(guān)軟件技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。市場(chǎng)如今仍未完善，雖然各項(xiàng)功能、科技在不斷為未來(lái)添磚加瓦，但在具體實(shí)踐應(yīng)用方面還需要相關(guān)的設(shè)備制造和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行做進(jìn)一步的調(diào)試研究。