“互聯網+”智慧工地建設方案

王 立， 黃 印

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

全國網絡安全和信息化工作會議提出要推動產業數字化，利用互聯網新技術新應用對傳統產業進行全方位、全角度、全鏈條的改造，提高全要素生產率，釋放數字對經濟發展的放大、疊加、倍增作用。要推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合，加快制造業、農業、服務業數字化、網絡化、智能化。

目前，國內流行的“智慧企業”就是對上述精神的具體體現。“智慧工地”系統[1]是“智慧企業”中最小的系統單元，也是施工類企業收集大數據的最前端，同時也是企業感知層最重要的一環[2]。它是以物聯網技術為核心，依托互聯網云平臺，充分利用RFID數據采集技術、ZigBee無線網絡、遠程視頻監控、地理信息系統(GIS)等新一代信息技術，實現對現場施工人員、設備、物資的實時定位，有效獲取人員、車輛、機械設備以及環境等信息，及時發現遺漏、異常行為，實現自動化監管設施聯合動作，提高應急響應速度和事件的處置速度，變被動式管理為主動式智能化管理，有效提高施工現場的管理水平和管理效率[3]。

基于“智慧工地”系統平臺，管理層可以隨時隨地掌握項目的進展情況，監控現場的施工動態，及時發現問題并督促施工單位、項目負責人及時整改隱患，杜絕各種違規操作和不文明施工現象，促進安全生產和工程質量管理水平的提高。

2 智慧工地建設的思路

智慧工地是施工資源在信息系統加載中的大數據分析運算，是企業對工地現場的現代化、信息化、集成化管理手段。以工程建設項目為主線,加載農民工實名制考勤信息、工地視頻信息、揚塵及環境監測信息、運渣車監管信息、起重機械監測等信息, 構建覆蓋“公司、二級單位、項目”三級智慧監管服務體系[4]。

系統功能模塊包含實名制考勤、現場監控、環境監測、設備管理、重點車輛等模塊。系統組成分為三級架構，分別為以攝像頭、傳感器為主的前端感知層；以計算、傳輸、控制為主的中間層；以平臺軟件、數據存儲、計算分析為主的控制中心。按照權限設置、分級管理的原則，公司、二級單位、項目經理部等共享資源可以查看自己權限范圍內的信息。

系統的建設以“一個平臺、N個應用”為原則。其中“一個平臺”是“智慧工地”系統，其目的是實現項目資源信息與基礎數據的結合，構建一個信息共享、集成、綜合的工地管理和決策支持平臺。“N個應用”是基于“一個平臺”的數據作為底層支撐進而實現人、材、機、質量、安全環保、成本、輔助決策等場景的應用，并為各部門之間的數據共享交換提供管理服務，解決信息孤島問題，避免重復投資，科學合理地利用現有資源。

(1)B/S模塊化架構設計。系統整體采用B/S架構。可以利用web直接登錄，數據展現直觀，界面美觀，并且各相關人員通過電腦PC端可以隨時查閱到權限范圍內的數據。同時，系統提供移動App客戶端，管理人員可以方便地通過手機隨時隨地進行查看。

(2)以元數據管理為核心。系統中的元數據是指[5]：統計信息體系(包括部門配置、人員信息等一系列統計目錄)、查詢分類/分組標準(包括各施工片區、部門分類等)、統計數據等。

系統對上述元數據進行統一編碼、描述、分類分域管理。系統可以動態擴展和維護元數據，并以元數據為紐帶，保持不同歷史時期數據的內在聯系，實現數據的共享，為數據倉庫、數據挖掘技術、統計分析的應用和開展統計預測等后續應用奠定基礎。

(3)體系結構設計。運行管理平臺數據采集傳輸系統以物聯網技術為核心，采用新一代核心解決方案。新一代物聯網技術具有有效達到采集精度高、建網簡單易行、全天候工作、運行維護容易、項目成本低、通訊速率高、可靠性好、安全性優異、便于系統升級拓展、支持平臺化等一系列特點。

系統運行管理平臺的總體架構設計：系統運行管理平臺分為資源層、集成層、應用層、展現層四部分。系統運行管理平臺總體架構見圖1。

圖1 系統平臺總體架構圖

資源層：無線定位網絡具有雙向短距離傳輸、功耗低、組網靈活、網絡自愈能力強等特點，十分適合工地內組網。人員定位終端、各種傳感器等將感知到的數據實時傳遞給分基站，由分基站通過無線網絡傳輸給網關，由網關負責經過網絡傳輸層統一上傳。

集成層：主要利用無線通信、設備標識、數據采集、人員活動狀態檢測等技術將各類由感知層采集到的數據遠距離傳輸到物聯網中間件服務器。

應用層：系統運行管理平臺提供多種設備接入技術，通過不同類型的感知設備適配器獲取海量原始數據并解析。該系統還提供復雜事件處理引擎，將解析后的數據經過過濾、分組、關聯和聚合，形成透明的感知數據供上層應用使用。同時，針對具體需求形成特定的業務場景服務，并提供接口服務供上層應用直接訂閱。

展現層：根據解析的感知數據快速構建工地監測監控系統、人員管理和定位系統、物資監控及實時預警系統等，且系統之間的數據共享(圖2)。

圖2 現場監測監控系統框圖

3 功能模塊

3.1 項目部數據看板

支持工地基礎信息展示、各班組到崗人數統計展示、30 d出勤人數變化統計。

支持環境量數據展示，近30 d環境檢測狀況和近24 h環境變化趨勢數據展示。

支持安全帽告警事件數展示以及安全帽狀態數據展示。

支持工地視頻畫面和地圖展示，地圖上的區域信息展示，地圖上的危險和普通區域狀態展示、地圖中展示異常事件人員定位、地圖上按工種類型展示安全帽佩戴人員的分布情況，以及大型設備信息、車輛定位及地圖的運行軌跡。

工程項目信息、人員統計、告警事件、安全帽數據、環境監測、大型設備及車輛等信息可跳轉至相應平臺模塊查看具體詳情。

3.2 實名制考勤子系統

在施工現場安裝按實名制采集人臉識別考勤終端設備并接入政府監管部門系統,完成相關人員信息的采集和核驗,對現場崗位人員和勞務人員進行實名管理,上下班考勤記錄,將相關實時信息和預警信息與智慧工地平臺實現互聯互通。

(1)實名制考勤看板用于考勤實時數據和出入口視頻。通過監視器24 h實時直觀了解人員出入狀態,包括實時考勤統計、考勤結果統計、人員出勤統計、工地出勤狀況模塊，考勤刷卡實時顯示。同時還包括工地視頻的預覽，單位出勤人數的實時統計與考勤在場人數趨勢圖的統計。

(2)人員實時監測分布圖。結合工地分片地圖，顯示各水平面人員數目及其所在的相對位置信息等。對作業人員其精確的定位建立一個完整而實時的管理信息系統以達到落實責任、提高安全生產的技術水平、保證安全生產的目的，特別是當災害發生時能準確快速地識別遇險人員的具體地點和位置，提高搶險效率和救護效果。

(3)人員出勤統計模塊。平臺按照工人維度統計出每個工人的出勤天數與出勤時長。人員出勤統計可以根據時間段、工種、組織單位、工人姓名進行查詢，且需支持導出到excel功能。

(4)安全教育平臺為員工學習安全知識的平臺。該平臺包括新工人安全須知、安全技術操作規程、安全生產紀律、安全技術措施等安全知識。同時，該平臺還可以實現在線測試。通過在線測試，可以考核工人安全知識掌握的程度。

3.3 環境變量檢測子系統

在施工現場安裝揚塵在線視頻監測設備,實時采集現場 PM10等揚塵數據，將相關實時信息和預警信息與智慧工地平臺實現互聯互通。

環境變量監測子系統的作用是實現對工地的環境進行集中監控。平臺提供了組織機構管理、服務器管理、設備管理(環境監測系統)、環境量配置、環境數據監測、數據記錄查詢等功能，實現了通過環境監測設備對溫度、濕度、噪音、粉塵、氣象的監測、收集和報警聯動等功能。

環境監測數據包括實時數據、小時數據、日數據三大模塊。

(1)實時數據模塊。實現環境監測數據的實時顯示。

(2)小時數據模塊。平臺會統計出設備PM2.5和PM10的小時平均數據并將其保存到小時表中。小時數據可以根據時間段按年月日進行查詢。

(3)日數據模塊。平臺會在每天凌晨定時統計出前一日設備PM2.5和PM10的平均值，計算噪音累計超標時長和最大累計超標時長并將其保存到日數據表中。日數據可以根據時間段按年和月查詢。

3.4 大型機械設備安全監控子系統

在對大型機械實現現場安全監控、運行記錄和聲光報警的同時，通過遠程高速無線數據傳輸，將機械運行工況的安全數據和預警報警信息實時發送到可視化監控平臺，從而實現實時動態的遠程監控、遠程報警和遠程告知，使安全監控成為開放的實時動態監控。

其主要功能需滿足：

(1)實時監測數據顯示；

(2)運行狀態檢測的預警報警；

(3)檢測數據超載自動限位；

(4)智能防碰撞功能。

該模塊需具有實時監測載重、垂直度、起吊高度、回轉角度、作業高度、風速等參數的功能，以及實時信息顯示、超限報警、超載控制、數據遠程存儲、區域防碰撞和GPRS遠程監控功能。

3.5 遠程視頻監控子系統

在施工現場安裝遠程視頻監控設備,實現對施工現場的重點部位,如進出通道口、施工作業面、基坑等區域場所進行視頻監控的目的,并將相關信息數據與智慧工地平臺實現互聯互通。

工地現場施工安全監督子系統是施工企業對項目工地現場施工安全管理和質量管理的物聯網項目工地監管系統，該系統主要圍繞工地施工安全質量的管理，關聯工地可視化系統，結合施工企業工地現場安全隱患排查處理方法，抓拍視頻違章信息，通過系統下發整改命令給施工工地，在施工現場及時進行整改并反饋給監督人員，從而實現監督的閉環管理，亦為施工企業對工地安全質量監控管理處置提供了科學的管理工具。

(1)支持點擊組織樹上任意監控點預覽。

(2)支持不同畫面的顯示方式。

(3)支持選擇不同的存儲方式查看回復，支持點擊時間軸播放從該時間點開始的錄像。

(4)支持選擇不同的存儲方式查看錄像，支持點擊時間軸播放錄像。

(5)兼容主流設備廠商的DVS/NVR/IPC[6]、高清網絡攝像機。

3.6 車輛出入管理子系統

在施工現場出入口安裝車輛號牌識別設備并采集運渣車、混凝土攪拌車等工程車輛GPS信息、進出場信息、車身覆蓋及清潔狀況信息。利用GPS技術跟蹤車輛運行軌跡，對駛離工作區域的車輛及時預警。通過與城市管理部門車輛備案信息進行比對,及時對非法營運和違規運營車輛進行預警提示。

利用視頻監控技術，在各建筑工地出入口裝備圖像抓拍識別設備管理車輛進出并記錄合法車輛進出記錄明細和圖片，記錄渣土車出場覆蓋記錄，記錄材料車輛進出裝載情況，預防黑車出入導致的車輛事故。

4 結 語

施工企業所屬項目復雜多樣，涵蓋水利水電、道路橋梁、鐵路、市政工程、地鐵管廊、環境治理等。在推進“智慧工地”建設過程中，首先要確保所有數據接口符合國家或行業標準，進一步深入解決信息孤島問題，實現數據共享，提高資源的利用率，降低綜合成本。

同時，“智慧工地”也是一些城市的政府部門對市政項目管控的基本要求。該系統在穩定性方面具有很強的優勢，對于網絡條件不好的偏遠地區，亦或是大型隧洞及地下工程為施工方提供了一種合理的、節約成本的智慧工地網絡解決方案。