智慧工地理論的預制裝配式建筑安全施工管理策略研究

云南金設建設工程有限公司，云南 普洱 665600

1 智慧工地的概念及相關技術

1.1 智慧工地的概念

智慧工地指的是將智能感應器根植于建筑行業的施工現場中，與機械、工地人員的可穿戴設備、工地的進出口等物體相關聯，形成一種萬物互聯的模式，是一種能使項目工程組織和各個崗位人員相互交流的方式，旨在提高交流互動的有效性與便捷性，從而提高施工現場的效率和靈活性，加快各個部門之間的響應速度。

智慧地球的理念在建筑工程領域方面的具象表現就是智慧工地，智慧工地也是一項全新的高技術建筑工程全生命周期的管理新理念。智慧工地是指在建設過程管理中，通過三維設計平臺、正確的工程設計及建設模擬實驗，設定信息技術相互連接、協作、智能型生產、生態建設項目信息的科學管理過程。智慧地球作為城市化的高級階段，其特點是大系統集成、物理空間與網絡空間的交互作用、公眾的多方參與與互動以實現城市創新，從而使城市管理更精細，城市環境更和諧，城市經濟更高端，城市生活更宜居。建筑業是國民經濟的重要物質生產部門和支柱產業之一，怎樣加強施工現場的安全管理，減少事故的發生，杜絕各類違規操作和不文明施工行為，提高建筑工程的質量，是擺在各級政府、行業人士和廣大學者面前的一個重要課題。正是在這樣的背景下，隨著技術的不斷發展，信息化手段、移動技術、智能穿戴和工具等在工程施工階段的應用也越來越廣泛，出現了智慧工地。智慧工地的建設對于實現綠色建筑，引領信息化應用，提升社會綜合競爭力具有重要意義。構筑智慧工地的平臺主要有通信層、基礎設施、智能平集層、項目應用、數據層、接入端等。這些平臺利用大數據和移動通信技術等智慧化手段，通過“云上+端口”模式，使移動終端、工地升降機、塔式起重機、施工現場周圍的視頻數據、混凝土和渣土車位置等信息能及時上傳到工地綜合管理平臺，實現勞務、環境、安全、材料等多個業務模塊的智能化互聯網管理。

1.2 智慧工地的相關技術

（1）傳感技術驅動工地數字化進程。現在大多數人對智慧工地的認識還停留在比較簡單的功能上，如人臉識別、安全帽識別等，但實際上建筑施工過程中交叉作業面很廣，是需要涉及人員、材料、機械、法規等多方面的復雜流程，需要運用感知技術全方位、多角度地記錄施工現場的數據，保證施工現場決策數據的完整性。

（2）邊緣計算賦能數據的處理和應用。邊緣計算是為應用軟件開發商和服務提供商提供網絡空閑云服務和IT環境服務的平臺。邊緣計算意味著數據來源或與用戶盡可能接近的管理域名是處于計算機的邊緣部分。但邊緣計算與其他行業的定義可能有所不同，以信息網絡技術為基礎的工業將目標鎖定在更多的設備方面。邊緣計算與IOT云端平臺相結合，邊緣計算與云端計算平臺相輔相成。傳統的云端運算框架將通過更分散的邊緣運算功能完成部分的邊緣運算工作，然后將結果整合到云端中集結。云端仍然可以處理敏感的應用程序，在云端中進行數據統計和大數據分析，為決策提供數據支持。

（3）微服務技術助力系統快速部署。Smart Services架構是一種在云中署應用和服務上的新技術，微服務架構構建的工具是Seneca，基本思想在于創建的應用可獨立地進行開發、管理和加速，在分散的組件中使用微服務云架構和平臺，使服務等功能的交付變得更加簡單。微型服務中，每項服務都有單一的用途，并且具有更小、更快和更強的特性。容器和微服務是云環境中兩種完美結合的技術，可以將微服務部署在容器鏡像中，并在容器中有效地運行。當前較為成熟且大量使用的容器引擎是Docker。在微服務架構技術中PaaS供應商dotCloud開發的基于LXC的先進容器引擎Docker是全球領先的軟件容器平臺。

2 裝配式建筑施工中存在的安全隱患

裝配式建筑指的是用預先制作好的構配件，通過組合裝配后形成的建筑結構，然后應用在施工現場。與傳統的建筑相比，裝配式建筑施工具有很強的特殊性，其特點是以吊裝作業為主，高空作業多，從而導致了在項目施工的過程中安全隱患存在問題較多。

2.1 裝配式建筑施工在高空墜物的安全隱患

（1）臨邊墜落。我國現有裝配式建筑大部分是高層建筑，這些高層建筑的外墻一般采用的施工方式是預制構件拼裝，施工人員需要在高空臨空作業，這增加了臨邊墜落的概率。

（2）重物墜落。在裝配式建筑施工過程中，最常見發生的事故就是重物墜落。例如，預先制作配件的吊裝時，因為這些配件大都由混凝土鋼筋構成，所以一旦混凝土強度未達到施工標準，在使用過程中就會形成大塊混凝土從高空墜落，進而砸傷地面地面施工人員

2.2 裝配式建筑施工在吊裝作業中的安全隱患

吊裝作業是預制結構工程施工中的一個重要環節，其工作量相對較大，若不嚴格規劃定位軌跡和運行軌跡，就極易發生碰撞，造成安全事故。在工程建設不斷推進，擬建建筑物的高度不斷增加的情況下，各塔吊的高度必須根據工程的實際情況進行調整，否則塔吊臂與建筑物會發生碰撞。因此，預制結構建筑的施工場地布置是一個新的安全問題，尤其是塔式起重機的位置和運行軌跡，必須嚴格按照施工安全和起重作業的要求進行。

3 智慧工地理論在裝配式建筑中的具體應用

3.1 BIM技術在裝配式建筑安全管理中的應用

（1）模擬施工。模擬施工是利用BIM虛擬施工技術，通過模擬施工過程驗證施工方案。根據模擬施工的結果，可以提前調整存在碰撞隱患的施工方案，不斷優化施工方案，直到滿足施工要求，從而提高實際施工的效率。例如，邊緣入口的跌倒問題，利用BIM技術可以建立邊緣入口的跌落防護模型，用信息技術織密的安全“防護網”堵住安全漏洞（見圖1）。

圖1 BIM三維建模

（2）預制構件編碼輔助管理。管理預制構件需要對構件的生產、物流運輸、構件的后期安裝進行全方面管理與跟蹤。其可以運用二維碼和RFID實現。相關人員應對構件在物流運輸的全過程進行預防保護，如在包裝構件時使用軟性材料隔離，防止運輸過程損壞構件。要分開存放各個構件，封堵每一個構件之間的空隙，并用特殊材料保護好構件邊緣。

（3）施工平面布置優化。在布局裝配式建筑時要對建筑位置，以及各種機械的停放擺設和活動區域進行模擬，對其他工程機械的停擺放置、出行的路線圖進行規劃，裝配式組件堆場放置、材料堆場擺放、加工操作棚等進行模擬。另外，預制裝配式建筑的施工場地布局可能在施工過程中出現各種工程機械沖突，因此需要合理布局和規劃以避免邊坡失去穩定性出現坍塌、機械與人員碰撞等安全事故。

3.2 電氣配電無功補償在裝配式建筑安全管理中的應用

在裝配式建筑中提高用電效率常使用無功補償設備，裝配技術隨著施工過程中電氣配電設備的更新而更加完善。電氣配電無功補償的子系統由隔離開關和智能控制器形成。其中，隔離開關下方有多組電容器組，所有電容器組均配有電容器、斷路器、交流接觸器和熱繼電器。設定智能控制器的功率因數指標，采集系統的功率因數。在這個系統中如果功率因數達不到預先的設定值，子系統的控制器將發出警報信號，按設定順序將電容器組依次放置，直到實際系統功率因數與設定目標值一致。當系統負載與設備不同時，功率因數也不同，系統負載和類型將直接決定功率因數。在智能控制器的支持下，可以及時采集并反饋功率因數信息，調整配電無功補償子系統的實際運行。

3.3 周界防范紅外對射在裝配式建筑安全管理中的應用

施工工地區域和辦公區域一直是安全管理工作的重點，容易發生生產事故和施工人員意外跌落事件。如何保證安全管理工作的有效性和時效性，是擺在現場管理人員面前的問題。在這方面，智慧工地的周界可以用來防止紅外線輻射系統。在電子技術的支持下，它可以自動檢測武裝監控范圍內的所有入侵行為，并為周邊防御紅外射擊子系統生成相應的報警信號。

4 結束語

建設產業安全事故造成的經濟損失很大，不僅會消耗大量的資源，還會影響建設產業未來的收益和發展，因此建設產業的安全監管受到社會的關注。最近，我國對組合式建筑的建設投入一定量的技術、人力和資本，出臺了一系列規定，但組合式建筑的安全管理仍缺乏成熟的系統保障，產生了嚴重影響。因此，有必要加強對裝配式建筑安全管理的研究，引導裝配式建筑健康積極發展