姜英偉 林佳飛 王穎 倪芳

(1.內(nèi)蒙古京寧熱電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；2.北京京能信息技術(shù)有限公司，北京 100000)

0 引言

發(fā)電廠建設(shè)項(xiàng)目具有投資規(guī)模大、周期長、參與人員眾多等特點(diǎn)。當(dāng)前，由于建筑施工管理方式粗放、安全管理人員水平較低，發(fā)電廠基建期安全管理面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，智慧工地建設(shè)水平日益提升。智慧工地是以先進(jìn)的信息化技術(shù)為手段，通過有效集成和使用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興技術(shù)，建立實(shí)時感知、互聯(lián)互通的基建工程現(xiàn)場管理平臺，可有效提升工程現(xiàn)場管理水平[1-3]。

人工智能、BIM、RFID定位等新興技術(shù)的探索與應(yīng)用，為智慧工地安全管理提供了新的思路與方向[4-6]。但是，智慧工地的投入成本與實(shí)際效益不平衡的問題制約著其推廣進(jìn)度。如何在投入成本與實(shí)際效益之間取得平衡，實(shí)現(xiàn)投入少、收益高、應(yīng)用時間長的項(xiàng)目目標(biāo)，成為智慧工地管理系統(tǒng)建設(shè)急需解決的問題[7]。

本文以內(nèi)蒙古京寧熱電有限責(zé)任公司二期工程建設(shè)項(xiàng)目(以下簡稱“京寧二期項(xiàng)目”)為例，從系統(tǒng)特點(diǎn)、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)應(yīng)用、應(yīng)用效果4個方面對京寧二期基于5G技術(shù)的發(fā)電廠基建智慧工地安全監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1 面向工人

一方面，為施工人員提供入場、體檢、培訓(xùn)和考勤等的便捷服務(wù)，提升施工人員主人翁意識，保障施工安全；另一方面，通過遠(yuǎn)程視頻實(shí)時監(jiān)控、人臉識別、違章抓拍等手段加強(qiáng)安全監(jiān)管，為現(xiàn)場安全管理提供便捷有效的監(jiān)控手段。

1.2 突出重點(diǎn)

基于電力建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)，有重點(diǎn)地選擇智慧工地安全監(jiān)管功能，以解決投入成本與實(shí)際效益不平衡的問題。

該系統(tǒng)具有三個方面的功能：一是對危險(xiǎn)與重點(diǎn)工程主動監(jiān)管，如對高支模、腳手架和深基坑進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；二是加強(qiáng)工程亮點(diǎn)宣傳，收集工程建設(shè)的亮點(diǎn)，持續(xù)進(jìn)行宣傳；三是管理和保存隱蔽工程數(shù)字檔案，為后期項(xiàng)目運(yùn)維提供支撐。

1.3 創(chuàng)新驅(qū)動

該系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在兩個方面：一是融合使用新技術(shù)，如5G傳輸技術(shù)、VR虛擬技術(shù)、人臉識別技術(shù)、違章抓拍技術(shù)等；二是創(chuàng)新應(yīng)用方式，如系統(tǒng)中使用了無線纜的視頻監(jiān)控?cái)z像頭，通過高空鷹眼+固定攝像頭+無人機(jī)進(jìn)行全面監(jiān)控。

1.4 持續(xù)應(yīng)用

該系統(tǒng)采用的門禁、考勤、VR安全培訓(xùn)、健康體檢等硬件與軟件設(shè)備可基本滿足運(yùn)維期持續(xù)應(yīng)用的需求，或者在運(yùn)維期根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行簡單的功能配置或開發(fā)即可。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 功能架構(gòu)

該系統(tǒng)分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)功能層和分析展現(xiàn)層4個層次，如圖1所示。

2.1.1 設(shè)備層

設(shè)備層主要是為網(wǎng)絡(luò)層和業(yè)務(wù)功能層提供硬件基礎(chǔ)，主要包括測點(diǎn)監(jiān)測設(shè)備、攝像頭類設(shè)備、無人機(jī)、門禁閘機(jī)、智慧健康亭、VR虛擬技術(shù)和服務(wù)器等。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是指滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和信息安全的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求，該系統(tǒng)采用5G網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)橋和雙向隔離網(wǎng)閘等設(shè)備。

2.1.3 業(yè)務(wù)功能層

業(yè)務(wù)功能層是指為了滿足智慧工地各類人員需求而定制的智慧應(yīng)用業(yè)務(wù)，主要包括重點(diǎn)工程管理、人員安全管理和智慧安全管理三個應(yīng)用層次。

2.1.4 分析展現(xiàn)層

分析展現(xiàn)層是對應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和轉(zhuǎn)化，并通過各類終端將信息反饋給用戶。

該系統(tǒng)通過BI軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)接口、BI數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)報(bào)表的定制展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)PC端、移動端、智慧大屏數(shù)據(jù)的統(tǒng)一展現(xiàn)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在系統(tǒng)構(gòu)建過程中，注重現(xiàn)場實(shí)際情況和網(wǎng)絡(luò)安全。5G技術(shù)的應(yīng)用為該項(xiàng)目的視頻監(jiān)控和危重工程的數(shù)據(jù)監(jiān)控提供了有力支撐?；?G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇5G網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)橋連接、有線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式。一方面，確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定；另一方面，有效降低了成本。例如，設(shè)置在煙囪頂?shù)您椦蹟z像頭，因5G信號不穩(wěn)定、敷設(shè)光纖成本高且施工不便，選擇網(wǎng)橋方式接入就近光纖，既節(jié)約了成本，又保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。

此外，網(wǎng)絡(luò)安全也是系統(tǒng)建設(shè)必須考慮的重要問題。該系統(tǒng)通過采用雙向網(wǎng)閘、防火墻、VPN等技術(shù)保證了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 人員管理

3.1.1 勞務(wù)實(shí)名制

該系統(tǒng)使用人臉識別閘機(jī)進(jìn)行勞務(wù)實(shí)名制管理，主要應(yīng)用在以下三個方面：

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

圖2 基于5G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

(1)入場管理。采用人臉識別技術(shù)，施工人員無須帶卡進(jìn)出工地，為施工人員提供便利。同時，無須對入場人員進(jìn)行身份核對，提高了入廠人員管理效率。

(2)考勤管理。使用閘機(jī)進(jìn)行考勤簽到，實(shí)現(xiàn)自動考勤；通過實(shí)名制考勤，保證了考勤的公平、公正，避免了勞務(wù)糾紛。

(3)人員管理。統(tǒng)計(jì)實(shí)時在場人員、當(dāng)日人員入場情況、當(dāng)日考勤人數(shù)等信息，便于掌握工地人員狀況；記錄、核對入場人員數(shù)量變動趨勢，便于及時了解各施工單位的施工人員數(shù)量等；將入場人員數(shù)量與當(dāng)日考勤人數(shù)進(jìn)行對比，督促施工單位及時進(jìn)行人員數(shù)據(jù)更新。

3.1.2 智慧健康亭

智慧健康亭為施工人員提供了操作便捷、可自助服務(wù)的體檢設(shè)備，提供常規(guī)檢測和生化檢測等檢測設(shè)備。主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

(1)自愿體檢。員工刷身份證即可進(jìn)行體檢，自助進(jìn)行身高、體重、血壓、血氧、心電圖等體檢操作。

(2)強(qiáng)制體檢。對于身體處于不健康狀態(tài)的員工，可以對其進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的檢測，避免人員在不安全狀態(tài)下從事危險(xiǎn)作業(yè)，以有效保證施工安全。

3.1.3 VR安全培訓(xùn)

傳統(tǒng)的安全培訓(xùn)存在效率不高、流于形式等問題。通過VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)置安全事故場景，讓施工人員進(jìn)行切身體驗(yàn)，提高安全意識。該系統(tǒng)的VR安全培訓(xùn)具有以下兩個特點(diǎn)：

(1)簡潔的培訓(xùn)場景設(shè)計(jì)。培訓(xùn)場景均選自真實(shí)、常見的安全事故案例，具有較強(qiáng)的針對性。采用了極其簡便的操作流程，主要操作僅需使用兩個按鍵。在場景培訓(xùn)完成后，介紹真實(shí)事故案例，分析事故發(fā)生原因，有效提升了受訓(xùn)人員的安全意識。

(2)實(shí)用的培訓(xùn)方式。一是在人員進(jìn)行入場安全教育時進(jìn)行培訓(xùn)，鼓勵施工人員積極體驗(yàn)VR培訓(xùn)場景；二是在人員違章后，強(qiáng)制進(jìn)行全面的安全培訓(xùn)場景教育學(xué)習(xí)。

3.1.4 AI違章抓拍

該系統(tǒng)通過AI和人臉識別技術(shù)，使用攝像頭和移動布控球?qū)ξ磁宕靼踩钡刃袨檫M(jìn)行違章抓拍，可減少安全監(jiān)管人員數(shù)量、提升安全監(jiān)管效率。

3.2 工程管理

3.2.1 重點(diǎn)工程監(jiān)測

腳手架、深基坑和高支模一旦發(fā)生事故，極易出現(xiàn)人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此需要高度重視。該系統(tǒng)通過設(shè)置明顯的監(jiān)測點(diǎn)對重點(diǎn)工程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以提高施工人員和管理人員對危險(xiǎn)區(qū)域的重視程度。例如，采用裂縫監(jiān)測點(diǎn)、邊坡沉降監(jiān)測點(diǎn)對深基坑工程進(jìn)行監(jiān)測；采用傾斜監(jiān)測點(diǎn)、位移監(jiān)測和壓力監(jiān)測點(diǎn)對高支模工程進(jìn)行監(jiān)測；采用傾斜監(jiān)測點(diǎn)、位移監(jiān)測點(diǎn)對重點(diǎn)腳手架進(jìn)行監(jiān)測。

3.2.2 隱蔽工程管理

對于隱蔽工程而言，傳統(tǒng)的紙質(zhì)文件記錄的方式難以充分記錄相關(guān)工程信息。因此，該系統(tǒng)采用圖片和視頻的方式進(jìn)行工程信息記錄與管理。同時，增加了手機(jī)上傳視頻和照片的留檔功能，完善了隱蔽工程留存資料的內(nèi)容，為運(yùn)維管理提供了數(shù)字化檔案。

該系統(tǒng)的隱蔽工程管理流程簡潔，只需由施工單位提出驗(yàn)收申請、建立單位進(jìn)行審核，再由建設(shè)單位進(jìn)行批準(zhǔn)即可。

3.2.3 工程亮點(diǎn)管理

“宣傳工程亮點(diǎn)、爭做亮點(diǎn)工程”是該項(xiàng)目進(jìn)行亮點(diǎn)工程管理的原則。以往，各項(xiàng)目均設(shè)有工程亮點(diǎn)的宣傳欄，大大增加了項(xiàng)目成本。京寧二期項(xiàng)目將工程亮點(diǎn)圖片集中收集，在系統(tǒng)大屏上統(tǒng)一展示，既具有較好的宣傳效果，又節(jié)約了項(xiàng)目成本。

3.3 智慧視頻管理

3.3.1 無線纜全面安全監(jiān)控

在工程基建期，現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜、交叉作業(yè)多，經(jīng)常出現(xiàn)線纜被挖斷的問題。該系統(tǒng)采用5G網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)橋等進(jìn)行無線傳輸，采用太陽能板和電池進(jìn)行供電，無須敷設(shè)遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)和供電線纜，縮短了建設(shè)工期、節(jié)省了施工成本。

該系統(tǒng)充分考慮基建安全監(jiān)控的需求，采用固定攝像頭對室外工程項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)管，采用移動布控球?qū)χ攸c(diǎn)區(qū)域和室內(nèi)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)管，采用鷹眼攝像頭從高處進(jìn)行監(jiān)視，采用無人機(jī)對鷹眼攝像頭不易監(jiān)視的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場的全區(qū)域監(jiān)控。

3.3.2 AR實(shí)景監(jiān)控

該系統(tǒng)借助全景攝像頭進(jìn)行施工現(xiàn)場的全景監(jiān)控。將固定攝像頭和布控球以攝像頭標(biāo)簽的方式加載至頁面進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)控，可快速調(diào)取相應(yīng)區(qū)域的實(shí)景信息。AR實(shí)景監(jiān)控頁面示意圖如圖3所示。

圖3 AR實(shí)景監(jiān)控頁面示意圖(截圖)

3.3.3 記錄建設(shè)過程

該系統(tǒng)通過攝像頭和無人機(jī)定期對施工進(jìn)展進(jìn)行抓拍，持續(xù)記錄工程建設(shè)過程，為工程建設(shè)保存數(shù)字圖像檔案。

3.4 分析展現(xiàn)

3.4.1 報(bào)表制作

該系統(tǒng)采用BI軟件制作拖拽式圖表，為業(yè)務(wù)人員和最終用戶提供便捷的報(bào)表制作和數(shù)據(jù)分析功能，如新建數(shù)據(jù)連接、新建報(bào)表類型、新建數(shù)據(jù)、報(bào)表設(shè)計(jì)和報(bào)表預(yù)覽等。同時，通過數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息連接關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)JDBC、JNDI、多維數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫的連接。

3.4.2 多種展現(xiàn)方式

該系統(tǒng)具有PC瀏覽器、手機(jī)APP和大屏幕等多種展現(xiàn)方式。例如，通過PC瀏覽器進(jìn)行辦公室遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)查看與分析、系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)等；通過手機(jī)APP進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和上傳等；通過大屏幕對項(xiàng)目信息進(jìn)行展示，方便相關(guān)人員了解工程建設(shè)情況。

3.4.3 大屏展現(xiàn)應(yīng)用

大屏展現(xiàn)功能分為智慧視頻監(jiān)控、項(xiàng)目里程碑、人員管理和工程管理4個模塊，具體功能如下：

(1)快速了解工程建設(shè)進(jìn)展。通過鷹眼攝像頭模塊了解工程進(jìn)展，通過項(xiàng)目里程碑模塊了解里程碑進(jìn)度，通過人員管理模塊了解人員情況，通過工程管理模塊了解工程相關(guān)內(nèi)容。

(2)分析施工方案。例如，以往通過在冷卻塔塔吊上安裝攝像頭進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測，操作不便且危險(xiǎn)性較高。京寧二期項(xiàng)目通過采用無人機(jī)拍攝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了場地的實(shí)時監(jiān)控，便于直觀分析施工方案。

(3)宣傳工程建設(shè)。通過大屏幕宣傳工程建設(shè)內(nèi)容，包括工程進(jìn)展情況、工程亮點(diǎn)圖片等。

4 應(yīng)用效果

(1)強(qiáng)調(diào)以人為本的管理理念。在京寧二期項(xiàng)目基建過程中，既要關(guān)注施工進(jìn)度，又要關(guān)注施工人員管理。同時，應(yīng)加強(qiáng)對施工安全的管理。

(2)探索5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。積極探索5G技術(shù)在火力發(fā)電廠工程中的應(yīng)用，與運(yùn)營商共同建設(shè)和完善5G網(wǎng)絡(luò)，為基建期智慧工地建設(shè)提供了有力支撐，也為運(yùn)維期5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供了良好條件。

(3)實(shí)施節(jié)能減排措施。該系統(tǒng)在規(guī)劃時充分考慮了基建設(shè)備和軟件移交運(yùn)維期的使用需求，采用綠色能源，既有效延長了系統(tǒng)的使用壽命，又提升了系統(tǒng)的使用價(jià)值。

(4)助力智慧工地發(fā)展。該系統(tǒng)收集的進(jìn)場施工人員統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、工程建設(shè)進(jìn)展數(shù)據(jù)、監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)等信息可為后續(xù)智慧工地建設(shè)提供參考，有助于智慧工地的建設(shè)與推廣。

5 結(jié)語

本文結(jié)合京寧二期項(xiàng)目特點(diǎn)，從面向工人、突出重點(diǎn)、創(chuàng)新驅(qū)動和持續(xù)應(yīng)用4個方面，結(jié)合5G技術(shù)，構(gòu)建了智慧工地安全監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大部分設(shè)備與軟件可以移交至運(yùn)維期使用的目標(biāo)，有效解決了智慧工地投入成本與實(shí)際效益不平衡的問題。