智慧工地在建筑工程安全管理中的应用

智慧工地在建筑工程安全管理中的应用

陈霞1吴银海2

1.丽水市莲都区建设发展有限公司　 浙江省丽水市  323000 2.浙江丽数信息发展有限公司  浙江省丽水市  323000

摘要：建筑业长期以来一直是个安全事故多发的高危行业，随着建筑业的逐渐发展升级，传统的建筑施工管理方式也逐渐出现了弊病，原有的施工现场管理模式已经不能适应可持续发展的市场要求。因此智慧工地平台应运而生，不仅极大地改善施工管理环境，还实现建筑智能化管理。有关单位在负责建筑工程项目时，应当基于智慧工地理念指导，对具体管理模式加以优化，完善管理体系，以保证安全管理工作更加全面地落实，从而提高整体的管理成效。本文主要分析智慧工地的理论内涵，了解其在建筑工程管理中应用的必要性，探索具体的应用举措，希望能为进一步优化建筑安全管理工作提供系统性的支持。

关键词：智慧工地；建筑工程；安全管理

中图分类号：TU74　　　　　            文献标识码：A

引言

随着建筑工程规模日渐扩大，在施工现场环境中所呈现的风险要素也比较多样，给安全管理工作带来了较大的挑战。在具体落实安全管理工作时，施工单位需转变传统的管理思想，要适应建筑信息化的发展趋势，引进智慧工地的管理理论，将其有效融入安全管理工作范畴中，保证最终所构建的管理体系在模块设置上更加规范，在功能上更加全面，凸显整体的管理成效。本文针对智慧工地平台的建设，主要研究如何通过智慧工地系统降低安全事故的发生频率、强化现场安全管理工作、杜绝各种违规操作的一些应用点。

1 安全管理信息化建设的重要性

1.1 提升安全管理水平

①推动安全标准化。目前，我国的一些建筑施工企业存在安全管理专业化程度不足，经验相对薄弱的问题，这些企业在施工过程中多为露天作业，现场设备类型多，作业环境复杂，安全风险比较大，通过安全管理信息化建设能够大力推动安全标准化的实施，促进安全管理的高效化。②推动安全管理条理化。建筑施工企业通过信息化建设，将施工现场难以有效推行或运行效果不佳的管理方法和技术方法变得简单化、条理化，在减少工作量的同时，也提升了现场的施工安全管理水平。③在安全管理中运用信息技术，还可以有效建立企业安全体系档案，及时了解国家相关的法律法规和政策要求，学习掌握安全生产的先进技术、经验及机械设备等方面的信息，规范施工现场安全作业程序。

1.2 实现全过程动态管理

随着进度的推进，建筑施工现场每天都在不断发展变化，传统的安全管理方式和反馈式事后控制已经无法适应。安全重在预防，要想预防到位，要在动态的安全管理过程中发挥预见性，能提前将安全隐患扼杀在摇篮里。此外，建筑施工现场的应急管理也是一个动态管理的过程，预警及时才能响应及时，响应及时才能应急处置到位。建设信息化安全管理系统能够实现全过程动态化管理，实时监控施工现场的各个点和面，重点监控各处风险点，及时发现安全隐患问题，并在第一时间采取对策，落实整改措施，避免事故的发生。

1.3 优化管理资源配置

安全管理信息化是在大数据、网络化的背景和基础上建立起来的，能够迅速筛选有用信息并反馈至相对应的各个部门和岗位，使安全管理更加便捷、高效，员工也可以充分表达自己在安全管理方面的意见和建议，实现跨部门和跨级别的沟通。信息化对企业安全管理的最大影响就是促进企业实现扁平化管理，改变企业组织机构的管理模式和组织结构，让组织的效率更高、反应更快、成本更低。通过信息化，能明显减少员工的工作信息收集和传递时间，减少工作量。总而言之，信息化可以让企业安全管理克服自身的局限，优化管理资源配置，提高工作的效率，减少出现错误的概率，降低管理的成本。

2 智慧工地平台主要功能及用途

平台应用层包含的内容即为平台主要功能。对于项目信息功能，指对项目基本信息进行管理，包括信息展示、规范文件查询与责任人基本信息展示等。对于人员管理功能，主要包括人员实名制管理、施工现场门禁考勤、现场人员追踪定位及基于VR技术的人员安全教育。该功能的设置需要将实名制管理作为重点，根据政府部门现场监督要求及现场具体管理业务，切实提升劳务人员自身管理与约束能力，减少纠纷，实现对人员全面且有效的管理。对于特种设备管理功能，主要是对包含塔吊和升降机在内的各类特种设备进行监控管理，这些设备都有很大的危险性，管理中可采用安全监控设备及传感器对设备驾驶员进行身份识别，并实时监督和控制设备的运行状态。此外，还要具有预警功能，以此从根本上防止意外事故的发生。对于安全质量管理功能，包含诸多内容，如现场视频监控、现场临边防护、施工安全隐患系统排查、深基坑施工监测、高边坡动态监测、高支模施工监测、大体积混凝土温度监测、现场智能测量及车辆进出管理。为提升项目施工中全体人员及设施设备的安全，增强风险管理和控制的能力，需要在所有关键部位设置监控点，重点对车辆与人员出入现场、现场施工动态及项目的整体进度进行监控。在危险性较高的区域还应设置红外探头，当有人员或物体离危险区较近时，立即示警。对危大工程实际施工过程进行实时分析与异常预警，防止施工中发生安全事故。此外，借助移动端将施工现场收集到的数据上传至平台，由平台自动生成相应的整改单，并将其推送至责任方实施整改，直到问题实现闭环。对施工质量借助各类智能工具进行精准测量，对所有从施工现场出入的车辆实施登记管理，确保施工现场始终保持良好秩序。对于环境管理功能，主要包含施工现场扬尘及噪声实时监测与灾害性天气的动态预警。通过对施工现场扬尘及噪声的实时监测，准确且及时地反映出现场主要区域及关键工序施工中产生的扬尘与噪声。在天气预警方面，能提升参建方对恶劣天气情况的应对能力，减少或避免由此造成的损失及危害。对于物料管理功能，内容主要包括采用地磅进行称重、棒材准确计数、物料进出库管理等；对于特色应用功能，主要内容包括对施工进度进行动态模拟、基建期数字化移交、实景物联监测及采用无人机进行巡检。

3 BIM+智慧工地现存问题

3.1 缺乏灵活性

BIM+智慧工地虽然实现了工程项目管理的智能化、数字化，一定程度上提高了管理效率，降低了管理成本，提升了管理水平，但是现阶段还不能实现完全智慧化管理。BIM技术仅能展示模型、输出数据，用于统计作用，缺乏了人性化的管理内容，且无法实时管理，对于施工现场质量、安全等问题，无法实时监测和解决。而智慧工地如果脱离BIM技术，工程管理本身就缺乏技术支撑，只存在较为生硬的实操环节，这样在施工管理的通盘规划和全程把控上就有所缺乏。

3.2 缺乏通用性

当前，智慧工地技术的发展未形成统一的标准，均是由各施工单位、建设单位根据自己需求而建立智慧管理平台，平台管理内容不统一，数据标准不统一，软件兼容不统一。同时，因工程不同，相应的数据采集内容、采集方式、采集标准也存在差异，导致智慧工地不能大范围通用。

3.3 应用制约性

BIM+智慧工地技术的应用受到多方面因素的影响。当前部分地方制定了一些指导性或建议性政策来推广BIM+智慧工地技术，但缺乏统一的技术、质量、管理标准及资金支持，一定程度上限制了部分地方BIM+智慧工地的应用。BIM+智慧工地的应用依赖于通讯基础设施，如5G通讯技术。同时，传感器元件等设施的完善，有助于BIM+智慧工地的广泛应用。在工程建设中，进行成本预算时，应当考虑BIM+智慧工地所需要的硬件成本与管理成本，否则施工单位缺乏采用先进技术的意愿，即使强制应用，也会缺乏硬件投入而导致应用效果欠佳。BIM+智慧工地的软硬件购置与维护成本是限制其大量应用的因素之一。当前智慧工地技术刚兴起，软硬件成本偏高，如计算机购置、无线网络建造等，且短期内无法见到成效。另外，工地前期建设周期较长，当智慧工地完全建设完成，实际使用周期太短，效益更加不明显。BIM+智慧工地是信息技术、计算机技术及工程建设专业的融合，以信息技术为主导，专业性较强。施工现场普遍缺乏安装与运营智慧工地的人才，包括通讯设施安装、软件应用维护等，因此不得不依赖于专业技术委托服务，技术委托服务成本高且难以及时维护，导致使用效益进一步不明显。

3.4 缺乏系统性

目前BIM+智慧工地项目较为零散、系统性较差，更多的是在政策鼓励下去实施智慧工地建设，局限于宣传、投标阶段，未能切实解决施工技术与管理问题，在实际施工中推广实施存在困难。整个智慧工地的管理内容包括设计、投资、进度、质量、安全、环保、材料等，是一个综合管理平台。针对工地的综合管理及各个不同功能，应实现软件的系统性、硬件的系统性、技术标准的系统性、政策的系统性、管理的系统性，最终建立系统性管理平台，使BIM+智慧工地成为一个综合管理系统平台，实现工程技术、安全、质量等系统性的功能。

4 智慧工地在建筑工程安全管理中的具体应用

4.1 人员管理系统

在智慧工地理念下，施工单位需有效构建人员管理系统，从而保证在工程作业实践中的人员安排与职能划分更加合理，确保人员作业安全，降低意外风险。首先，要做好劳务管理工作，基于智慧工地系统支撑，构建实名制管理服务模块。针对建筑施工现场环境中的人员做好进出管理登记，围绕出勤等各项模块进行优化设置，以保证所落实的人员劳务管理工作更加全面系统。一般在落实此项工作时，施工单位需做好准备工作，基于现代化载体支撑，就现场施工作业人员的基本信息加以搜集、记录和整理，并发挥人脸识别作用，设置闸机通道，使得施工人员能规范地进入施工现场。其次，有效发挥智能应用程序（Application，APP）等软件的作用，方便有关人员通过手机完成线上打卡等各项操作，从而为管理人员优化落实人员管理工作提供便捷的实践条件。在劳务管理范畴内，还需基于安全管理实践要求，从薪资等各个方面予以优化。另外，发挥合同机制作用，确定责任主体，以便在发现风险和隐患时，能第一时间明确责任人，有效控制风险波及范围。再次，做好施工人员健康管理。在形成良好安全工作意识的前提下，督促现场作业人员全面了解工程现场环境中存在的安全隐患，并根据自身所处的工作岗位，做好自身安全防护工作。同时，基于5G科技构建智慧工地健康服务体系，为现场人员提供健康检测服务，了解其潜在的职业病风险，根据系统性的体检报告分析结果，判断现场人员的健康状况。最后，基于智慧工地理念支撑，借助虚拟现实（Virtual Reality，VR）等先进技术手段，开展安全主题教育活动。通过情景模拟和直观演示等多种方式，让施工人员意识到建筑工程现场环境中存在的不良安全隐患。同时，渗透更加科学的安全防护知识与技能，使广大作业人员在后续工程现场环境中能树立起正确的安全防范观念，掌握科学的防范手段，有效预防和规避现场环境中的不良风险，保证各项工程作业要务有序推进。

4.2 AI智能预警系统

智慧工地AI智能预警系统可设置于通道处或作业区，并利用在现场设置的视频监控设备通过视频分析技术，自动识别未佩戴安全帽或未穿安全反光衣的人，并发出警告。警告信息同时传递至现场管理人员，并截取图像作为证据保存。安全帽、反光衣等识别系统大幅提高了对作业区域的监管效能，避免了多人同时进入时，人工监管的漏洞，形成了更有力的震慑效果，确保了作业人员的生命安全。AI智能预警系统还可以通过对火焰的静止特点和动态特性进行火焰识别，自动察觉监控范围内的异常浓烟和起火苗头，以最快、最佳的方式实现报警和帮助消防人员及时解决火灾危险，并最大程度降低漏报和误报现象，并且还能査看现场实时影像，通过简单直观的画面进行指挥调度救火。视频分析烟火自动检测与预警系统，克服了传统火灾报警装置的缺点，完全适应于户外场所，并且还能够在远程进行实时视频，真正做到快速响应需求，降低管理强度，提升安全管理质量。

4.3 隐患排查治理

建筑施工企业的传统检查与隐患整改流程是先组织检查，然后将检查发现的问题进行汇总，再根据问题编写隐患整改通知书，制定整改措施并划分责任人，最后将纸质版的整改通知单下发至各个责任人要求整改，整改完成后复查确认形成闭环。整个流程需花费较多的时间和精力，并影响隐患整改的及时性。建立隐患排查治理线上信息化管理平台，可大大提高工作效率。通过建立线上平台时将隐患分类、相关整改责任人信息录入平台。然后在每次检查发现隐患时，可立即拍照上传至平台，选好隐患类别、责任人等信息，填写好整改要求后自动将隐患整改信息通过线上平台传达至整改责任人，整改责任人接到信息提醒后可立即开始隐患整改落实行动，整改完成后将整改照片上传至平台并申请复查，审核人在复查确认合格后关闭隐患，复查不合格的驳回申请继续整改，直到形成闭环。在每个月的月底，线上平台根据本月隐患数据，自动统计分析生成隐患统计分析表，不用再安排人员去翻找纸质版的隐患资料并填写隐患统计分析表格，大大缩减了工作时间且数据更加精确，根据统计分析情况，有重点、有针对性地开展下阶段的隐患排查治理工作。安全检查往往是站在项目管理人员的角度去发现现场问题，检查也难以全面覆盖现场各个区域、部位和角落。通过建立线上隐患排查治理信息化管理平台，可以让最了解现场实际状况的一线员工都参与进来，每位员工在现场发现隐患时都可以将隐患上传至信息化管理平台，每位员工也都可以针对隐患提出各自的隐患整改措施意见，集思广益采纳最优意见，不断消除现场安全隐患，完善各类安全措施。按照每周、月、季度等频率阶段性地通过信息化管理平台自动统计数据，对发现隐患多、解决隐患多的员工进行奖励，还能调动员工的安全积极性，主动参与安全工作，营造全员管安全的氛围。

4.4 视频监控管理

（1）远程视频监管子系统建筑工地在施工过程中存在各工序交叉进行、作业人员杂、现场不安全因素多的特点，通过人工巡查无法充分保障作业人员的人身安全、建筑材料和财产设备的质量管理。远程视频监控系统可以监控现场的施工操作过程，监测场地的运行情况，也可通过本地语音喊话警示等功能，保障工人的生命安全。远程监控作业人员可观察到施工材料的进出场、材料的堆放、材料加工、现场用料和机械使用等情况，全天候监控掌握动态信息，发现问题及时整改。同时，管理者通过远程视频监控系统可以了解现场的施工进度情况，加强安全防护及措施的监管，保证项目安全有序施工。（2）扬尘噪音可视化远程监管系统扬尘噪音可视化远程监管系统由前端扬尘噪音监测站和远程监管云平台两部分组成，通过完成数据采集、数据分析、超限报警和智能联动工作，实现 24小时实时监测现场环境。扬尘噪音监测设备内的传感器对现场的温湿度和“四气”浓度现场精确监测，机械式设计的风向传感器结合噪音气压及 TSP 传感器进行多项数据采集，通过 5G 网络技术传输至远程监控平台。平台对接收的数据进行分析，若超过限值系统将第一时间以报警的方式将信息发送到管理人员的智能移动终端。管理人员可以通过手机 APP 等远程设置各要素的报警值和开启关闭的时间，同时可以实现数据多方共享，远程监测施工场地实时排放的情况。

4.5 特种设备安全操纵监控/辅助驾驶系统

目前工地的大型特种设备的安全操作流程主要基于事先的安全教育和事后的规章制度处罚为主，对于操作人员的实时监控是缺失的，这主要是技术层面的原因。据不完全统计，工地安全事故的人为因素比例接近90%。近年来随着科学技术的发展，摄像头慢慢进入驾驶室，提供了对特种设备的操作人员实时监控的硬件基础，但由安全员人工监视查处执行效果依旧很低，一般用于事后录像调查和提供处罚证据，主要提高的是对操作人员的威慑效果。新系统以驾驶室监控摄像机为硬件基础，基于RGB视频流采样，通过AI识别操作人员的动作。主要的三个动作识别模型为人体关键点检测、AI驾驶行为分析、AI危险行为识别。采用深度学习算法训练人体关键点检测，提高其在驾驶室类场景下的正确率，对操作人员使用手机、抽烟、用餐、闭眼、打哈欠、双手离开操纵杆等动作姿态进行识别。同时结合设备操作杆、按键、油门、吊臂上等的传感器数据，补充视频的盲区，最终得到对操作人员操作动作的完整识别。结合AI驾驶行为分析、AI危险行为识别和设备本身的安全传感器，AI可以自动评估当前操作动作的危险程度，并可在危险程度超出阈值时告警、通知管理人员，并在必要时接管操作权限，依据当前作业动作选择合适的安全操作策略使设备进入停止或待机状态。基于AI识别的操纵监控/辅助驾驶技术目前在汽车自动驾驶和航空航天领域应用广泛，在施工现场的特种设备上应用尚属空白，其应用不仅能提高特种设备的安全性，降低重大安全事故的发生率，还能在解放监管人力的同时提供给管理者对操作人员工作更可观的评价依据，也将引领更多汽车自动驾驶方向的行业资源关注并拓展其应用到特种设备领域。

4.6 云管理项目施工进度

不论在什么项目中，要保证整体质量，都需要开展施工管理，在建筑工程项目中也不例外，而以往大部分建筑企业由于忽视了施工管理，进而造成建筑工程项目整体水平较低，针对这一情况，相应的建筑企业就需要加强大数据智能化平台在建筑施工管理中的应用，以此来实现云管理项目施工进度的目的。现阶段，在建筑工程项目规模不断扩大的背景下，建筑工程施工过程也越来越复杂，其中所涉及到的管理工作不断增多，而且大部分建筑工程项目的施工周期都比较长，在实际的建设过程中难免会遇到各种不可预测的因素，如果不加以控制，会威胁到工程项目建设的综合效果，降低建设效率和管理质量。通过合理引入大数据智能化平台，管理人员可以直观地查看工程建设实际情况，做好计划施工任务和实际任务落实情况的对比分析，将建筑工程进度管理中存在的缺陷及时解决调整。工作人员利用大数据智能化平台还能够按照进度安排合理地划分流水段，通过建立流水段关联模型确保各个管理任务之间互联互通，能够模拟施工过程，并且在平台中校核对比计划进度和实际进度，用各种颜色标记计划进度和实际工作的差异性，为进度管理者高效地开展进度优化提供有力支持。此外，进度管理人员还可以利用大数据平台预测未来实际施工中进度关键节点，为各方及时提供精确的参考数据，这便于后期处理与追溯，进而提高管理水平。

4.7 特色应用功能

（1）施工进度动态模拟。该子系统能对采用专门软件编制而成的计划表格进行导入，对工程的名称等信息进行提取，同时以提取到的信息为依据自动生成并显示出进度计划甘特图。以BIM模型为基础，按照进度计划使用不同颜色对构件从生产开始到完成的整个过程进行推演。根据施工实际完成情况，以BIM构件信息的实际录入时间为依据，对计划和实际进度进行分析对比与预警。（2）基建期数字化移交。以设计阶段建立的BIM模型为基础，对复杂节点与重难点部位对应的BIM模型进行深化，实现对施工方案的全面优化，对施工工艺进行模拟，使施工方案与工艺方法均能实现可视化交底。与此同时，根据施工中实时采集到的信息，以数字化移交平台为基础搭建与施工管理要求相符的数字产品。在工程建设结束后，将实体工程与数字产品一同移交，为后续工作开展创造良好条件[6]。（3）实景物联监测。该子系统借助三维激光扫描以及倾斜摄影技术采集空间外形数据，并实现模型重构，同时和BIM模型对比，以此建立高精度的工地场景，使管理工作实现实时化与动态化。（4）采用无人机动态巡检。基于无人机技术的巡检子系统可以对无人机的飞行航线进行设定，将现场采集到的画面与视频等资料动态传输至终端平台，在进度把控与安全隐患实时监测过程中使用，支持当前主流视频文件动态上传、存储与展示，进而在桌面端与移动端进行在线播放。

5 结束语

在新时期建筑行业背景下，做好安全管理工作，不仅能优化建筑作业环境，提高作业进度和质量，而且对于驱动整个建筑业实现稳定而长远的发展也具有重要作用。有关单位在负责建筑工程项目时，需要树立正确的安全管理观念，充分发挥智慧工地的指导作用，全面了解其在安全管理工作中的实践价值。同时，从人员、物料、绿色施工、全过程控制、现场监测预警以及安全协同等多个方面着手，构建完善性的管理体系，以保证最终落实的安全管理工作具有较强的覆盖性，并提高整体的管理实践效能，支撑整个建筑工程在一个安全稳定的条件下有序落实，全面提高建筑工程的综合作业质量。

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