王開宇

摘要：針對(duì)智慧工地安全質(zhì)量管理中存在的人員管理較為寬松、設(shè)備較為落后等問題，文章設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工地安全管理平臺(tái)，通過實(shí)例驗(yàn)證該平臺(tái)對(duì)智慧工地安全質(zhì)量管理工作的有效性，以期優(yōu)化智慧工地安全質(zhì)量管理工作。

關(guān)鍵詞：智慧工地；安全質(zhì)量；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU17；TU71文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云數(shù)據(jù)計(jì)算等技術(shù)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)在新形勢(shì)下進(jìn)入新的發(fā)展階段，智慧工地應(yīng)運(yùn)而生。智慧工地物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠有效地整合系統(tǒng)內(nèi)部的各類資源，更好地滿足用戶的使用需求。因此，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智慧工地安全管理工作，構(gòu)建智能化、高效化、精確化的管理平臺(tái)，進(jìn)而有效提高智慧工地的安全質(zhì)量管理水平。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地安全質(zhì)量管理

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的不斷發(fā)展，智慧工地具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景，在歷時(shí)較長(zhǎng)、協(xié)調(diào)難度較大的重點(diǎn)工程項(xiàng)目中應(yīng)用較多^[1]?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工地安全質(zhì)量管理可進(jìn)行較大范圍內(nèi)的精準(zhǔn)定位與查找，智能化地收集數(shù)據(jù)信息，有效地監(jiān)測(cè)和管理項(xiàng)目任務(wù)。同時(shí)，監(jiān)管的相關(guān)部門可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)了解施工進(jìn)度，及時(shí)提供有效建議，保障工程順利竣工。

智慧工地由于體系尚未成熟，在使用過程中仍存在較多問題。其一，人員管理較為寬松。由于部分員工使用智能化App并不熟練，不利于提升智慧工地安全質(zhì)量管理信息化的工作效率，影響系統(tǒng)平臺(tái)處理和接收數(shù)據(jù)信息。其二，設(shè)備較為落后?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)需要信息化的設(shè)備，如智能安全帽、良好網(wǎng)絡(luò)基站等，但目前智慧工地網(wǎng)絡(luò)信號(hào)時(shí)常延誤，嚴(yán)重阻礙智慧工地安全設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

構(gòu)建智慧工地安全質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地解決建筑工地項(xiàng)目管理不足的問題^[2]?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)由各個(gè)系統(tǒng)組成，形成協(xié)同、預(yù)警、整改、閉環(huán)一體化的軟件集成。設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有以下3點(diǎn)：（1）設(shè)置采集施工現(xiàn)場(chǎng)直觀數(shù)據(jù)的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降低人為因素的負(fù)面影響；（2）保證多部門共享數(shù)據(jù)，為政府、施工單位、建筑單位提供決策支持；（3）完善現(xiàn)有的監(jiān)管體系，擴(kuò)大工程監(jiān)管服務(wù)覆蓋面，提升智慧平臺(tái)監(jiān)管水平。

2.2 總體規(guī)劃

2.2.1 系統(tǒng)框架

以云數(shù)據(jù)計(jì)算技術(shù)為依據(jù)，本文基于單位實(shí)際需求設(shè)置集感知、平臺(tái)、應(yīng)用和用戶的管理平臺(tái)，滿足政府監(jiān)管和單位內(nèi)部管理的需求^[3]。

在感知層中，攝像頭、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）定位等設(shè)備負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)；在平臺(tái)層中，管理協(xié)作、移動(dòng)互聯(lián)、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)對(duì)感知層采集的信息進(jìn)行接收、分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患并為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)支撐；在應(yīng)用層中，人員管理、機(jī)械設(shè)備管理、質(zhì)量安全預(yù)警和遠(yuǎn)程操作控制是該層的主要組成部分；在用戶層中，服務(wù)對(duì)象主要面向建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)管單位，為監(jiān)察、施工、設(shè)計(jì)等部門提供直觀的真實(shí)數(shù)據(jù)，并在終端顯示。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，真正做到對(duì)各類生產(chǎn)要素、設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及施工現(xiàn)場(chǎng)的全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)控。系統(tǒng)在整合接入數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)等信息的基礎(chǔ)上，開展報(bào)警聯(lián)合快照，實(shí)時(shí)報(bào)警并通報(bào)各責(zé)任方，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至智慧工地安全管理平臺(tái)。此舉能夠有效保障各方人員準(zhǔn)確了解施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，智慧化輔助決策過程使安全質(zhì)量管理信息化趨勢(shì)明顯，進(jìn)而有效提高工程項(xiàng)目的管理水平。

2.3 核心功能設(shè)計(jì)

結(jié)合智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，有關(guān)人員將核心功能劃分為勞務(wù)人員管理、機(jī)械設(shè)備管理、質(zhì)量安全管理及遠(yuǎn)程操作控制^[4]。

2.3.1 勞務(wù)人員管理

勞務(wù)人員管理是指對(duì)人員進(jìn)行工作規(guī)劃、安全培訓(xùn)的活動(dòng)。在外部區(qū)域中，人員將進(jìn)入生物識(shí)別的智能化系統(tǒng)，借助指紋、人臉打卡后方可進(jìn)入施工區(qū)域；系統(tǒng)禁止未通過生物驗(yàn)證的外來人員入內(nèi)；特種作業(yè)人員需要再進(jìn)行員工技術(shù)資料庫的信息比對(duì)，方可進(jìn)入特種就業(yè)區(qū)域?；谖锫?lián)網(wǎng)的BIM技術(shù)對(duì)施工人員進(jìn)行安全知識(shí)、系統(tǒng)維護(hù)方面的培訓(xùn)，提高施工人員的應(yīng)急反應(yīng)能力。

2.3.2 機(jī)械設(shè)備管理

智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)運(yùn)行如圖1所示。系統(tǒng)通過對(duì)塔吊、升降機(jī)等設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行有效處理，保障整體施工進(jìn)度不受影響。

2.3.3 質(zhì)量安全預(yù)警

智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)質(zhì)量安全預(yù)警主要包括施工場(chǎng)地防護(hù)監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)交互監(jiān)控等^[5]。施工場(chǎng)地防護(hù)監(jiān)測(cè)是指對(duì)工地范圍內(nèi)的安全網(wǎng)、護(hù)欄等工具進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)安裝警示牌。危險(xiǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是指在危險(xiǎn)指數(shù)較高的施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置智能化感應(yīng)器，及時(shí)對(duì)危險(xiǎn)行為作出警示。危險(xiǎn)交互監(jiān)控是指施工人員在觸碰危險(xiǎn)設(shè)施時(shí)，警示器及時(shí)發(fā)出警報(bào)，疏散施工人員，避免造成人員傷亡。

2.3.4 遠(yuǎn)程操作控制

遠(yuǎn)程操作控制是指利用監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程作業(yè)的作業(yè)過程、人員防護(hù)情況，當(dāng)監(jiān)測(cè)裝置發(fā)出預(yù)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)處理相關(guān)故障，消除安全隱患。遠(yuǎn)程操作控制工作原理如圖2所示。

2.4 平臺(tái)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)智慧工地安全質(zhì)量管理效果的參考指標(biāo)分別是遠(yuǎn)程監(jiān)控、人員管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理和安全管理^[6]。各類評(píng)估方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況如表1所示，研究采用模糊綜合法進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)見3.3節(jié)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)案例分析

3.1 工程概況

X工程總建筑面積約為15.8萬m²，其中地上建筑約12.3萬m²，地下約3.5萬m²，建筑最大高度35 m。該項(xiàng)目業(yè)態(tài)由地上4層及地下2層停車庫組成，其工程面跨度較大，施工單位及建設(shè)單位數(shù)量較多，人員管理較為困難；該項(xiàng)目工期較緊，前期投入資金成本較多，需要有關(guān)人員統(tǒng)籌規(guī)劃安排，整體管理難度較大。

3.2 智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)實(shí)施

基于X工程存在的安全隱患問題，本文提出建設(shè)使用基于物聯(lián)網(wǎng)的安全管理平臺(tái)，輔助相關(guān)人員采集與分析數(shù)據(jù)，使保障決策具有代表性。在X工程中，安全質(zhì)量管理平臺(tái)將服務(wù)總線作為基礎(chǔ)，使用Web技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析。該系統(tǒng)以B/S結(jié)構(gòu)為主，降低持續(xù)更新對(duì)用戶造成的影響。同時(shí)，安全質(zhì)量管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與用戶需求相適應(yīng)，并在手機(jī)、電腦等裝置上實(shí)現(xiàn)該功能。

3.2.1 勞務(wù)人員管理

X工程人員管理系統(tǒng)包括門禁、安全帽定位、智能打卡、人臉識(shí)別等硬件設(shè)備，及時(shí)、精準(zhǔn)地記錄和存儲(chǔ)施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員情況。各類人員憑借內(nèi)置芯片的員工卡出入，智能系統(tǒng)根據(jù)刷卡記錄自動(dòng)生成考勤表，便于人事及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)了解員工情況。員工管理系統(tǒng)App可進(jìn)行培訓(xùn)、安全教育、考核等工作，節(jié)省管理人員收集信息的時(shí)間。

3.2.2 機(jī)械設(shè)備管理

X工程機(jī)械設(shè)備安全管理系統(tǒng)主要用于管理智慧物聯(lián)等核心業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)集數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)分析與安全報(bào)警一體化的功能。以塔機(jī)為例，由于副塔作業(yè)協(xié)調(diào)不力、指揮失誤，塔吊碰撞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，智能化系統(tǒng)采用三維群塔，可以避免危險(xiǎn)動(dòng)作發(fā)生。此外，機(jī)器設(shè)備中的安全質(zhì)量管理系統(tǒng)運(yùn)用云計(jì)算等智能化技術(shù)，主要針對(duì)設(shè)備違章操作、出現(xiàn)故障等問題，進(jìn)行分析與維修，保障機(jī)器正常運(yùn)行^[7]。

3.2.3 質(zhì)量安全預(yù)警

X工程根據(jù)國家最新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)補(bǔ)充安全風(fēng)險(xiǎn)管理信息，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)清單，做好風(fēng)險(xiǎn)信息的輸入與歸類工作，在宏觀層面上調(diào)整項(xiàng)目安全業(yè)務(wù)。X工程質(zhì)量安全監(jiān)控體制主要包括日常巡檢、周周巡查、大型危險(xiǎn)工程專項(xiàng)巡查等，發(fā)現(xiàn)問題后，有關(guān)人員及時(shí)計(jì)入App整改清單，安排專人進(jìn)行整頓。當(dāng)存在嚴(yán)重安全事故風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，智能化系統(tǒng)會(huì)及時(shí)將相關(guān)問題通知項(xiàng)目主管及有關(guān)負(fù)責(zé)人，做到及時(shí)預(yù)警。

3.3 智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)應(yīng)用效果

3.3.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)

有關(guān)人員按照層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）方式分析智慧建筑施工的主要影響因子，得出影響因素集U=（U₁，U₂，U₃，U₄，U₅）=（遠(yuǎn)程監(jiān)控，人員管理，設(shè)備管理，質(zhì)量管理，安全管理）。相關(guān)單位邀請(qǐng)數(shù)名專業(yè)人士代表施工單位與建設(shè)單位評(píng)估，按照層次分析的標(biāo)度方法與yaahp軟件進(jìn)行計(jì)算求解。經(jīng)計(jì)算得出結(jié)論：遠(yuǎn)程監(jiān)控權(quán)重為0.10，人員管理權(quán)重為0.14，設(shè)備管理權(quán)重為0.14，質(zhì)量管理權(quán)重為0.31，安全管理權(quán)重為0.31。

3.3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

有關(guān)人員將智慧工地安全質(zhì)量管理效果分為較好、好、一般、差4個(gè)等級(jí)，設(shè)評(píng)價(jià)集V=（V₁，V₂，V₃，V₄）=（較好，好，一般，差）。同樣，由專業(yè)人士進(jìn)行評(píng)估，本文構(gòu)建一個(gè)單因子模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，基于評(píng)估指數(shù)加權(quán)，對(duì)評(píng)價(jià)集V進(jìn)行從屬度矢量控制，得出結(jié)論：評(píng)估指標(biāo)A=（0.10，0.14，0.14，0.31，0.31），進(jìn)而推導(dǎo)出安全質(zhì)量管理效果所占的比例分別為0.15、0.17、0.29、0.39。根據(jù)最大從屬原則，X工程智慧工地安全質(zhì)量管理評(píng)價(jià)系統(tǒng)較好的概率為39%，證明本文所提方法對(duì)安全質(zhì)量管理具有積極意義。

3.4 智慧工地安全質(zhì)量管理優(yōu)化措施

3.4.1 實(shí)行人員管理信息化

本文所提系統(tǒng)在施工單位大力普及智能化App的使用方法，便于施工人員及時(shí)打卡；在保障施工質(zhì)量、進(jìn)度等條件基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)讀取施工人員工作狀態(tài)、安全位置和主要活動(dòng)軌跡，構(gòu)建勞動(dòng)力高峰點(diǎn)和施工人員分布圖，便于合理安排工種勞動(dòng)量，提升生產(chǎn)效率。

3.4.2 重視機(jī)械設(shè)備

有關(guān)人員對(duì)機(jī)械設(shè)備的型號(hào)、數(shù)量等信息做好統(tǒng)計(jì)工作，及時(shí)共享設(shè)備信息。為了有效監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備壽命，系統(tǒng)可設(shè)置預(yù)警指標(biāo)，若超過閾值，則自動(dòng)報(bào)警，從而提升機(jī)械設(shè)備的可靠性。

4 結(jié)語

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工地安全質(zhì)量管理平臺(tái)。該平臺(tái)能夠?qū)κ┕と藛T進(jìn)行高效管理，進(jìn)一步完善了傳統(tǒng)的工程建設(shè)安全監(jiān)管體系；所得的真實(shí)數(shù)據(jù)反饋?zhàn)C明了該系統(tǒng)對(duì)安全管理工作具有積極地推動(dòng)作用；該平臺(tái)能夠提高現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的安全管理水平，促進(jìn)智慧工地信息共享化、數(shù)字化發(fā)展。

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（編輯 王雪芬編輯）

Application of Internet of Things technology in safety and quality

management of smart construction site

Wang? Kaiyu

（Changzhou Open University， Changzhou 213000， China）

Abstract：? Aiming at the problems of lax personnel management and backward equipment in the safety and quality management of smart construction site， this paper designs a safety management platform of smart construction site based on the Internet of Things technology， and verifies the effectiveness of the platform to the safety and quality management of smart construction site through examples， in order to optimize the safety and quality management of smart construction site.

Key words： smart construction site; safety quality; Internet of Things technology