王修軍 程少淳 肖 含 劉 騰 萬澤華 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，是通過某一平臺，對項目進(jìn)行施工過程管理，通過各單位和各部門之間相互協(xié)同，科學(xué)化信息管理，過程數(shù)據(jù)挖掘分析，對施工階段各環(huán)節(jié)進(jìn)行趨勢預(yù)測管理和可視化管理，實施精準(zhǔn)施測，科學(xué)應(yīng)對，從而提高項目管理水平[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)項目管理的創(chuàng)新和發(fā)展[3]。本項目在智慧工地系統(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項目施工中的應(yīng)用，為智慧工地系統(tǒng)在建筑項目施工中的應(yīng)用提供工程案例參考。

2 項目工程概況

亞洲杯足球比賽場位于青島市城陽區(qū)靖城路以東、煙滬線以北，總建筑面積19.2萬平方米，整體效果圖如圖1所示。本項目主體為1座有50000個座位的專業(yè)足球場，定位為大型甲級體育場，其各項建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足高水平足球賽事及其他國際A級賽事關(guān)于比賽場館的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定以及國內(nèi)相關(guān)設(shè)計規(guī)范的要求。足球場平面輪廓尺寸215m×254.2m，屋蓋最高51.5m，足球場地上建筑面積11.2萬平方米，地上共計4層，還包括2塊訓(xùn)練場地，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 亞洲杯青春足球場效果圖

3 安全管理

3.1 塔吊安全監(jiān)測+吊鉤可視化

塔吊上布置安全檢測設(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)測預(yù)警；④防超載、防傾翻，當(dāng)塔機載重、傾斜角度達(dá)到預(yù)警值時，監(jiān)測儀器發(fā)生報警；⑤數(shù)據(jù)黑匣子，可以實時存儲塔機數(shù)據(jù)，當(dāng)塔機出現(xiàn)故障時可以保護(hù)、儲存數(shù)據(jù)，便于查找故障原因；⑥遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過互聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控站可以監(jiān)控塔群內(nèi)任一塔機的情況；⑦吊裝過程分析。

圖2 塔吊監(jiān)測

3.2 AI視頻危險源分析

通過AI視頻對危險源進(jìn)行分析[4,5]，AI視頻危險源分析如圖3所示。功能主要有：①云端AI算法庫：AI云平臺實現(xiàn)了安全隱患識別和物料檢測等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：智能盒子通過AI識別的隱患事件數(shù)據(jù)與云端同步，通過云端服務(wù)實現(xiàn)智能盒子與管理系統(tǒng)的無縫對接；③端側(cè)AI+IoT服務(wù)：智能盒子以及移動端產(chǎn)品分別實現(xiàn)對客戶本地視頻流以及圖片數(shù)據(jù)的AI快速分析及處理，多方式實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)警。

圖3 AI視頻危險源分析

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，最終實現(xiàn)智能化識別、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)測等工作，因此近年來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)場環(huán)境實時信息，還能夠結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，判斷現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)是否存在異常，提前發(fā)現(xiàn)消防隱患問題做到“防患于未然”。

3.4 高支模監(jiān)測系統(tǒng)

在承插式盤扣支架頂端布置軸壓傳感器、位移傳感器和無線報警器，通過智能數(shù)據(jù)采集終端傳到智能數(shù)據(jù)采集機，高支模監(jiān)測系統(tǒng)如圖4所示。針對高支模支架進(jìn)行統(tǒng)計監(jiān)測工程數(shù)及狀態(tài)，繪制累計變形量趨勢圖，當(dāng)支架出現(xiàn)異常，監(jiān)測點異常預(yù)報警。

圖4 高支模監(jiān)測系統(tǒng)

3.5 基坑監(jiān)測系統(tǒng)

利用激光光束傳遞監(jiān)測點與基準(zhǔn)點的沉降和位移變化，結(jié)合機械傳動技術(shù)與自平衡校正功能來實現(xiàn)高精度監(jiān)測，基坑監(jiān)測裝置如圖5所示。二維激光面陣位移儀自帶太陽能面板、4G模塊，無需供電供網(wǎng)，自動實施監(jiān)測基坑周邊沉降及水平位移。

圖5 基坑監(jiān)測裝置

3.6 智能臨邊防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測

臨邊防護(hù)網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對施工現(xiàn)場臨邊防護(hù)網(wǎng)狀態(tài)實時監(jiān)測，內(nèi)置GPS定位、紅外靠近探測以及雙磁吸聲光報警裝置，裝置如圖6所示。當(dāng)防護(hù)網(wǎng)遭到破壞時可實時報警，主要用于基坑、施工洞口防護(hù)網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，保障人員的安全。技術(shù)特點：①采用電阻檢測技術(shù)實時監(jiān)測防護(hù)網(wǎng)破損狀態(tài)；②內(nèi)置GPS定位裝置實時定位設(shè)備；③防拆卸檢測，可實時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備被拆挪時實時報警；④內(nèi)置鋰電池，集成太陽能充電板可長期工作；⑤內(nèi)置4G通訊；無線實時通訊。

圖6 智能臨邊防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測裝置

3.7 周界防護(hù)

根據(jù)立體布防的設(shè)計要求，在坑洞臨邊、圍墻的頂部安裝紅外探測周界報警系統(tǒng)，工作原理是周界模塊中對射探頭發(fā)射紅外線，人員翻越潛入時，警示裝置發(fā)出警報，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

施工臨電箱監(jiān)測系統(tǒng)如圖8所示，通過終端主機與服務(wù)器相連，數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_，在移動端可以實現(xiàn)實時檢測電箱的工作狀態(tài)、用電異常以及統(tǒng)計用電量。

俄羅斯重視文化和歷史的保護(hù)，全國有3000多個博物館，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、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)有上百個保健功能的旅游基地，另外伊爾庫茨克州有礦泉泥療養(yǎng)區(qū)。

圖8 施工臨電箱監(jiān)測

3.9 鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)

通過在施工現(xiàn)場加裝的鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，如圖9所示，裝置包括二維面陣激光位移計、無線位移計、振弦式應(yīng)變計、智能無線數(shù)據(jù)采集終端。實施鋼結(jié)構(gòu)施工過程中關(guān)鍵部位的變形監(jiān)測，通過結(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)測系統(tǒng)

4 綜合管理

4.1 WiFi安全教育

通過答題上網(wǎng)、題庫維護(hù)、上網(wǎng)時間限定、定向推送題庫等形式，對施工人員增加安全的知識儲備、提高安全意識、理論上識別危險源，從而達(dá)到安全教育的目的。

4.2 智能廣播系統(tǒng)

通過智能廣播，對現(xiàn)場施工人員，反復(fù)播放安全注意事項。智能廣播系統(tǒng)的特點：①支持遠(yuǎn)程喊話，通過電腦或手機端，點對點進(jìn)行喊話，及時對現(xiàn)場進(jìn)行指揮調(diào)度；②與智能監(jiān)控報警系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)自動告警播報；③支持定時廣播功能，通過設(shè)定，無需值守，自動播放，提高工人安全防控意識。

4.3 能源管理

通過能源管理系統(tǒng)，可自動遠(yuǎn)程讀取水、電表數(shù)據(jù)，可按照月、日、時傳輸數(shù)據(jù)，供水、供電量一鍵控制，歷史數(shù)據(jù)快速查詢。通過能源的有效管理，實現(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；眼鏡通過手機供電、提供4G或者WiFi以及存儲?；ヂ?lián)網(wǎng)+監(jiān)管，實現(xiàn)遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)、人臉自動識別、遠(yuǎn)程實時監(jiān)管，有效提高監(jiān)管效率。智能AI，通過人臉識別，自動讀取進(jìn)場三級教育內(nèi)容。特殊工種證件報備等情況隱患AI識別，可自動識別隱患，輔助安全管理人員現(xiàn)場檢查。視頻通話，支持互相進(jìn)行呼叫，建立多人實時的遠(yuǎn)程音視頻通話。支持分享電腦頁面，視頻實時標(biāo)記。多佩戴模式，可單獨佩戴，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，與安全管理系統(tǒng)一體貫通，統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)同步，實現(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

標(biāo)養(yǎng)室通過設(shè)置溫濕度傳感器、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，對標(biāo)養(yǎng)室的溫、濕度實施監(jiān)測，自定義設(shè)置監(jiān)測閾值，實現(xiàn)標(biāo)養(yǎng)室的智能控制，減少實驗人員的工作量，且能對實驗試塊更加標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)。

圖11 標(biāo)養(yǎng)室溫濕度監(jiān)測

6 生產(chǎn)管理

6.1 勞務(wù)實名制

勞務(wù)實名制管理的優(yōu)點有：①規(guī)范總分包單位雙方的用工行為，保證合法用工；②及時掌握了解施工現(xiàn)場的人員基本情況和數(shù)量，有利于施工現(xiàn)場勞動力的管理和調(diào)劑；③為施工現(xiàn)場勞務(wù)作業(yè)的安全管理、治安保衛(wèi)管理提供第一手資料；④通過實名制管理卡的金融功能，可以簡化工資發(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)管理可實現(xiàn)，圖紙管理統(tǒng)計、方案清單統(tǒng)計、技術(shù)交底統(tǒng)計，實現(xiàn)圖紙、方案等文檔的統(tǒng)一存儲與共享；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)險管控

7.1 風(fēng)險分級管控

風(fēng)險分級管控是按照風(fēng)險不同級別、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的風(fēng)險管控方式[9]。風(fēng)險分級管控流程：①風(fēng)險辨識，根據(jù)施工現(xiàn)場存在的風(fēng)險在系統(tǒng)風(fēng)險清單庫中進(jìn)行選擇；②風(fēng)險評估，辨識完的風(fēng)險系統(tǒng)自動評估其等級，還可手動編輯修改其等級；③隱患排查計劃，自動生成隱患排查計劃；④管控措施制定，辨識完的風(fēng)險系統(tǒng)自動帶出其管控措施。

7.2 升降機監(jiān)測

升降機檢測如圖13所示，司機人臉識別，可以防止升降機的非專業(yè)操作，降低風(fēng)險?，F(xiàn)場聲光報警，出現(xiàn)異常情況及安全風(fēng)險，及時提示預(yù)警。推送報警信息給管理人員，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題。

圖13 升降機監(jiān)測

7.3 自動噴淋控制

自動噴淋傳感器如圖14所示，傳感器可將檢測數(shù)據(jù)傳送到數(shù)字平臺，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析，并將超標(biāo)值推送給管理人員，及時針對相應(yīng)問題進(jìn)行現(xiàn)場整改。

圖14 自動噴淋傳感器

7.4 螺栓松動預(yù)警

螺栓松動監(jiān)測包括傳感器、無線路由器、網(wǎng)關(guān)及監(jiān)控平臺，如圖15所示。螺栓松動預(yù)警的流程包括：①以螺栓緊固狀態(tài)開始的角度為基準(zhǔn)，通過軟件可以設(shè)置；②間隔性的檢測角度，和基準(zhǔn)角度比較，計算松動旋出角度；③在平臺端實現(xiàn)對螺栓松動趨勢、松動點分布圖、實時棒圖的展示，客戶可自由設(shè)定松動報警值。

圖15 螺栓松動監(jiān)測

8 結(jié)束語

通過亞洲杯青春足球場項目施工中智慧工地系統(tǒng)的應(yīng)用，使項目安全管理更加高效科學(xué)，使質(zhì)量、生產(chǎn)、技術(shù)管理得到加強提高，使風(fēng)險管控更加全面智能。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)施工管理的升級轉(zhuǎn)型。