摘要：隨著綠色低碳、高品質(zhì)、智慧化成為建筑業(yè)發(fā)展的內(nèi)生需求，融合建筑信息模型（BIM）、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、機器視覺、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進信息技術(shù)的智慧化場景解決方案為建筑業(yè)安全管理帶來發(fā)展機遇，助力實現(xiàn)建筑業(yè)的“智慧化+”轉(zhuǎn)型。圍繞建設(shè)工程安全文明管理智慧化轉(zhuǎn)型，設(shè)計環(huán)境智慧化監(jiān)測及塔機安全智慧化監(jiān)管兩大典型的智慧化場景，包括場景工作流、場景布置及應(yīng)用，提高智慧化程度，提升施工機械性能和效率。通過智能化分析和數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)工程施工精細(xì)化控制，避免人為失誤導(dǎo)致的信息損失和其他問題，旨在提升建設(shè)工程安全文明管理水平與質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智慧化場景；環(huán)境監(jiān)測；塔機監(jiān)測；安全文明管理

0 引言

2022年，我國建筑業(yè)實現(xiàn)增加值83 383億元，同比增長5.5%，占GDP的比重為6.9%。建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，為經(jīng)濟社會發(fā)展作出了突出貢獻^[1]。但我國建筑業(yè)在技術(shù)、管理等方面仍落后于制造業(yè)，綠色低碳、高品質(zhì)、智慧化成為行業(yè)發(fā)展的內(nèi)生需求。針對智慧工地的發(fā)展，國內(nèi)學(xué)者形成了眾多研究。楊建宏^[2]分析國內(nèi)外智慧工地研究現(xiàn)狀，總結(jié)國內(nèi)智慧工地現(xiàn)存問題與阻礙因素，在包含感知層、傳輸層及應(yīng)用層的智慧工地框架基礎(chǔ)上增加了跨部門協(xié)同層，形成了優(yōu)化后的智慧工地管理框架。周振國等^[3]以江蘇省為例，明確制約智慧工地建設(shè)發(fā)展的多層因素，并對江蘇省智慧工地建設(shè)差異性進行分析，發(fā)現(xiàn)智慧工地建設(shè)正處于數(shù)字化向智能化發(fā)展的初期，提出促進智慧工地建設(shè)從初級階段向高級階段發(fā)展的4點建議。章文菁等^[4]為解決傳統(tǒng)施工現(xiàn)場管理水平落后、環(huán)境污染嚴(yán)重、施工損耗巨大、信息化程度低等問題，以廣州某大型綜合體項目為例，在施工管理過程中基于“數(shù)智升級工程”的部署，積極推進智慧工地管理平臺項目的使用與推廣，取得了較好的社會經(jīng)濟效果。融合建筑信息模型（BIM）、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、機器視覺、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進信息技術(shù)的智慧化場景解決方案，可提高施工安全性，助力綠色施工，提升建設(shè)效率和優(yōu)化資源利用，為建筑業(yè)安全管理帶來全新的發(fā)展機遇，助力建筑業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)建筑業(yè)的“智慧化+”轉(zhuǎn)型^[5]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者以信息技術(shù)為手段對智慧工地的各子系統(tǒng)或整個系統(tǒng)進行研究，但缺乏對現(xiàn)階段智慧化場景設(shè)計的研究^[6-8]?；诖?，以某項目建設(shè)中揚塵與噪聲的環(huán)境監(jiān)測和塔機安全監(jiān)管為例，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，聚焦智慧化場景，提高智慧化程度及提升施工機械的性能和效率，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的安全實時監(jiān)控和信息化、數(shù)字化、智能化管理。通過智能化分析和處理各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工程建設(shè)施工的精細(xì)化控制，避免人為失誤導(dǎo)致的各種信息損失和其他問題，旨在提升建設(shè)工程安全文明管理水平與質(zhì)量。

1 智慧化場景需求分析

工程建設(shè)過程包含著復(fù)雜的工作與數(shù)據(jù)，如環(huán)保監(jiān)測、設(shè)備運行狀態(tài)、建設(shè)資源配置等，智慧化技術(shù)既可以高效處理和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，又可以主動處置特定問題，進而以機器代替部分人力，提高設(shè)備工作效率，減輕對人力資源的依賴^[9-10]。

1.1 環(huán)境監(jiān)測

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和綠色施工的要求，工程建設(shè)中的環(huán)境監(jiān)測涉及多個環(huán)境參數(shù)，如空氣質(zhì)量、水質(zhì)、噪聲、震動、土壤污染、光污染等。在大型工程建設(shè)項目中，環(huán)境監(jiān)測需要進行多點位采樣，以減小數(shù)據(jù)的誤差，所涉及的監(jiān)測點多，監(jiān)測數(shù)據(jù)量龐大。以人力進行大規(guī)模的環(huán)保檢測和監(jiān)管需要占用大量資源，因此，處理和管理大規(guī)模的監(jiān)測數(shù)據(jù)需要高效的自動化數(shù)據(jù)采集、存儲和分析系統(tǒng)。

利用智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，可以提高環(huán)境監(jiān)測的效率和準(zhǔn)確性。因此，應(yīng)建立科學(xué)合理的監(jiān)測規(guī)劃和數(shù)據(jù)管理體系，強化監(jiān)管和政策支持，解決監(jiān)管難點。

1.2 安全管理

建設(shè)過程面臨著復(fù)雜的施工環(huán)境，工程安全不僅要考慮地質(zhì)條件、天氣、施工面積、施工材料質(zhì)量等因素，還受施工和管理人員的影響。參與工程建設(shè)的人員來自不同背景，擁有不同的素質(zhì)水平，差異性可能會影響安全意識和安全操作的執(zhí)行。工程人員可能存在安全意識不足的情況，對于潛在安全風(fēng)險和危險性缺乏足夠認(rèn)知，導(dǎo)致安全管理難度增加。

隨著政府和社會對工程建設(shè)的安全管理要求越來越高，監(jiān)管壓力逐漸增大。施工單位既要做到合規(guī)管理，又要確保高效和順利推進工程進展。為應(yīng)對這些難點，工程建設(shè)中不僅需要建立健全安全管理體系，還需要引進先進的安全技術(shù)與裝備，借助智能技術(shù)保障工程建設(shè)的安全運行。

2 典型智慧化場景設(shè)計

某項目位于浦東新區(qū)南匯新城鎮(zhèn)頂科社區(qū)內(nèi)，東至J05-02地塊，南至J05-04地塊，西至海洋四路，北至J05-03公共綠地。新建一座由三棟建筑單位組成的社區(qū)服務(wù)中心，總建筑面積29 623.8m²。該項目屬于財力投資，周邊環(huán)境復(fù)雜，頂科社區(qū)對環(huán)境品質(zhì)要求高。

2.1 現(xiàn)場環(huán)境智慧化監(jiān)測

為避免現(xiàn)場揚塵污染造成項目人員健康問題和對周邊環(huán)境衛(wèi)生污染，采取智能化監(jiān)控模式進行檢測與自動噴淋降塵。為解決因工地高分貝施工而導(dǎo)致的對周邊環(huán)境及用戶的噪聲污染，聯(lián)動監(jiān)控設(shè)備對工地噪聲污染進行識別與警報，對施工現(xiàn)場進行及時干預(yù)，達(dá)到證據(jù)留底、實時防空的管理效果，從而降低了工地施工對周邊居民的生活影響。

2.1.1 場景工作流

現(xiàn)場通過布置揚塵與噪聲監(jiān)測裝置對周邊揚塵與噪聲進行相關(guān)監(jiān)控，監(jiān)測點對項目進行全范圍覆蓋監(jiān)控。檢測裝置場地覆蓋布置如圖1所示。

通過現(xiàn)場揚塵與噪聲監(jiān)測點對相關(guān)指標(biāo)進行實時監(jiān)控。先通過傳輸層（Wifi等）載入支撐層和應(yīng)用層，再進行硬件支持和數(shù)據(jù)分析，如揚塵顆粒度信息、噪聲持續(xù)時長信息、音頻振幅信息等，最后通過相關(guān)控制指標(biāo)啟動警戒模式和大屏警示。

對于揚塵場景，將聯(lián)動區(qū)域管理大屏進行紅色警示，并對區(qū)域警示范圍內(nèi)的加濕器啟動聯(lián)動工作，及時對區(qū)域內(nèi)進行增濕降塵處理，并在數(shù)值到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)值后關(guān)閉加濕器。

對于噪聲場景，識別區(qū)域范圍內(nèi)噪聲區(qū)域，聯(lián)動區(qū)域管理大屏進行黃色警示，及時推送項目負(fù)責(zé)人進行相關(guān)停改。若15min內(nèi)仍未停改，將接入政府管理平臺系統(tǒng)備案，并由平臺自動推送短信至相關(guān)區(qū)域負(fù)責(zé)人進行現(xiàn)場監(jiān)管追蹤。噪聲監(jiān)管場景工作流如圖2所示。

2.1.2 場景布置及應(yīng)用

揚塵監(jiān)測點可與噪聲監(jiān)測點設(shè)置于同一點位。揚塵監(jiān)測點應(yīng)設(shè)置于施工場地施工區(qū)域圍欄安全范圍內(nèi)，并避免受到其他污染源的干擾，監(jiān)測點數(shù)量宜按照裝置覆蓋范圍于項目內(nèi)均勻布置，且不小于3個。顆粒物采樣口到在線檢測儀器的管道長度應(yīng)小于2.5m，采樣口高度應(yīng)距離地面3.5m±0.5m，四周無遮擋。揚塵指標(biāo)控制在PM2.5標(biāo)準(zhǔn)值以下，即24h平均濃度小于75μg/m³。其設(shè)置應(yīng)符合國家現(xiàn)行環(huán)境噪聲點位設(shè)置相關(guān)要求。噪聲在線監(jiān)測儀距地面的高度為1.2m以上，戶外傳聲器應(yīng)設(shè)置在最上端，與其他任何組件的距離應(yīng)不小于1.0m。避免項目周邊臨時噪聲干擾，噪聲報警識別采用5s以上大于3dB（A）的持續(xù)性噪聲為警報音域識別范圍，其中夜間（22時至次日6時）噪聲不得超過55dB，白天（6時至22時）不得超過70dB。宜全天實時采集風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)力、溫度、濕度、PM10、噪聲等參數(shù)數(shù)據(jù)。實時監(jiān)測數(shù)據(jù)宜與裝置覆蓋范圍內(nèi)自動噴淋設(shè)備聯(lián)動，超限時報警并聯(lián)動范圍內(nèi)噴淋設(shè)備啟動自動降塵。

2.2 塔機安全智慧化監(jiān)管

為解決塔機安裝到施工過程的性能監(jiān)管，防止塔機在施工過程中安裝不到位、儀器失效傾斜、人員疲憊作業(yè)等一系列場景問題，避免現(xiàn)場重大安全事故發(fā)生，進行塔機安全智慧化監(jiān)管設(shè)計。

2.2.1 場景工作流

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對重要節(jié)點進行定點監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)備包括塔吊頂端鷹眼AI攝像頭、操作間內(nèi)置AI視像頭、電子水平儀、風(fēng)速測試器、溫度傳感器、重量測試儀等基礎(chǔ)層裝置。塔機監(jiān)測設(shè)備布置示意圖如圖3所示。

基礎(chǔ)層設(shè)備收集溫度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)后，通過傳輸層載入至應(yīng)用層和支撐層。通過現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)對塔機危險情況進行預(yù)警，啟動操作間顯示屏標(biāo)紅警示，提醒操作人員迅速整改。對于特殊情況，如塔機操作間溫度過高、操作人員疲勞駕駛等場景，通過相關(guān)設(shè)備識別后推送至項目負(fù)責(zé)人進行相關(guān)督促整改。塔機監(jiān)測場景工作流如圖5所示。

2.2.2 場景布置及應(yīng)用

塔機安全監(jiān)管應(yīng)具有對塔機運行狀態(tài)、工作循環(huán)數(shù)據(jù)等信息進行管理的功能。其中，運行狀態(tài)應(yīng)包括在線、離線；工作循環(huán)數(shù)據(jù)應(yīng)包括開始時間、結(jié)束時間、最小高度、最大高度、最小幅度、最大幅度、吊物重量、最大力矩、運行時長、高度預(yù)警、幅度預(yù)警、回轉(zhuǎn)預(yù)警、力矩預(yù)警、重量預(yù)警、正向傾角預(yù)警、側(cè)向傾角預(yù)警、區(qū)域保護預(yù)警、碰撞預(yù)警、高度報警、幅度報警、回轉(zhuǎn)報警、力矩報警、重量報警、正向傾角報警、側(cè)向傾角報警、區(qū)域保護報警、碰撞報警、最大力矩百分比（乘以100）、司機身份證號、司機抓拍照片（多個）、是否超載、超載報警時長、超載抓拍照片（多個）。塔機安全監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)實時傳輸至智慧工地集成管理平臺，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時處理，形成各類變化曲線和圖形、圖表，對異常數(shù)據(jù)進行預(yù)警。

3 結(jié)語

目前，采用先進信息技術(shù)手段提高建設(shè)工程安全文明管理水平已成為我國建筑業(yè)實現(xiàn)“智慧化+”轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。智慧化場景的建立為預(yù)防事故提供了重要手段，減少了安全風(fēng)險的發(fā)生概率，保障了工程人員的人身安全與財產(chǎn)安全。通過傳感器、監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等運用，實現(xiàn)了對施工安全的實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)收集，從而提高了安全文明管理水平。但是，智慧化場景在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用仍然面臨一些挑戰(zhàn)。首先，智慧化場景的應(yīng)用需要額外的投資成本，包括設(shè)備采購、系統(tǒng)建設(shè)、運營維護等^[9]；由于智慧化場景的復(fù)雜性，相關(guān)人員需具備高水平的技術(shù)知識和技能，這增加了技術(shù)應(yīng)用的門檻^[11-12]。其次，智能化場景的準(zhǔn)確性和可靠性取決于傳感器的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集和傳輸過程的穩(wěn)定性等因素，如果數(shù)據(jù)采集過程出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響系統(tǒng)的有效性^[13]。因此，在推進建設(shè)工程智慧化場景應(yīng)用過程中，政府、企業(yè)和科研機構(gòu)需要共同努力，加大對智慧化技術(shù)研發(fā)的投入，降低技術(shù)成本，推動智慧化技術(shù)在更廣泛范圍內(nèi)的應(yīng)用。

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收稿日期：2023-10-13

作者簡介：

張振生（1983—），男，高級工程師，研究方向：大型復(fù)雜工程管理與咨詢。