淺析智慧工地在油氣管道站場(chǎng)項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

張世斌，張小俊，賈立東，夏秀占，史 威

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán) 北方管道有限責(zé)任公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，80%工程事故都與承包商管理有關(guān)，亡人事故中90%由承包商事故引起。國(guó)際安全評(píng)級(jí)考核中，承包商管理是當(dāng)前管理的短板，如何加強(qiáng)施工和承包商監(jiān)管是當(dāng)前面臨的一道難題。輸油氣站場(chǎng)均屬于含油氣高危場(chǎng)所，對(duì)各類應(yīng)用設(shè)備的防護(hù)防爆性能有著嚴(yán)格的要求，市場(chǎng)主流的智能監(jiān)管設(shè)備無(wú)法滿足防爆的相關(guān)要求，其他行業(yè)的智能監(jiān)管措施在油氣場(chǎng)所無(wú)法移植實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備因固定式安裝、一次性、轉(zhuǎn)移困難等缺點(diǎn)，不適用于大修、新建項(xiàng)目不定周期、不定地點(diǎn)、重復(fù)布置的特點(diǎn)，易造成重復(fù)投資、施工布置繁瑣的問(wèn)題。

智慧工地建設(shè)著力解決施工現(xiàn)場(chǎng)管理，尤其是承包商管理的突出問(wèn)題，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相結(jié)合，圍繞現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備、環(huán)境等管理，通過(guò)人工智能、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及視頻監(jiān)控等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員、設(shè)備、環(huán)境情況的實(shí)時(shí)定位、監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)違章、管理不到位等異常行為，變被動(dòng)式管理為主動(dòng)式智能化管理，解決施工過(guò)程中出現(xiàn)的“人的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素、管理人員的監(jiān)管不到位”等難題，有效提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理水平和管理效率。

1 現(xiàn)狀分析

分析近些年工程事故原因，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)各類審核檢查，發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)承包商管理問(wèn)題集中體現(xiàn)在如下一些方面：

1）安全培訓(xùn)、風(fēng)險(xiǎn)分析與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員不一致。

2）現(xiàn)場(chǎng)人員混亂，關(guān)鍵人員監(jiān)管不到位或無(wú)監(jiān)管。

3）違章作為、安全保護(hù)措施不到位。

4）作業(yè)票（特種作業(yè)）不能滿足現(xiàn)場(chǎng)簽發(fā)的要求。

5）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境檢測(cè)不及時(shí)。

6）工序混亂、較差作業(yè)管理不規(guī)范。

7）工地現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備不標(biāo)準(zhǔn)、不完備，且有些功能缺失，關(guān)鍵設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

8）智能化信息水平差，主要靠現(xiàn)場(chǎng)人員管理，易出錯(cuò)，不易留存歸檔。

9）主流智能識(shí)別設(shè)備防爆性能無(wú)法滿足油氣場(chǎng)所使用要求。

2 平臺(tái)建設(shè)的目標(biāo)

國(guó)家油氣管網(wǎng)智慧工地平臺(tái)，著力建設(shè)解決油氣行業(yè)新建、大修工程全項(xiàng)目周期管理，主要包括5 大功能模塊：項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、承包商選定、承包商開(kāi)工前準(zhǔn)備、承包商作業(yè)過(guò)程中的HSE 管理、項(xiàng)目三方（建設(shè)方、監(jiān)理方、承包商）安全績(jī)效評(píng)估，涵蓋了工程項(xiàng)目建設(shè)的始末，有效提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理水平和管理效率。管理人員通過(guò)智慧工地平臺(tái)可隨時(shí)隨地掌握項(xiàng)目的進(jìn)展情況，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的施工動(dòng)態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并督促施工單位、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及時(shí)整改隱患，杜絕各種違規(guī)操作和不文明施工現(xiàn)象，促進(jìn)安全生產(chǎn)和工程質(zhì)量管理。

智慧工地平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能AI、VR、無(wú)線傳輸?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)施工人員行為實(shí)時(shí)分析，人員位置坐標(biāo)實(shí)時(shí)上報(bào)，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，施工區(qū)域全WIFI 覆蓋，全油罐區(qū)智能VR 漫游，漫游過(guò)程中可實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)推送到相關(guān)責(zé)任人，解決了施工過(guò)程中出現(xiàn)的“人的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)、環(huán)境不安全因素、管理人員監(jiān)管不到位”等難題。

人員管理方面，凡參與到項(xiàng)目中的全部人員需要進(jìn)行在線人員資質(zhì)申報(bào)，由建設(shè)單位或監(jiān)理單位進(jìn)行資質(zhì)審核，審核通過(guò)后需參加相關(guān)不同工種的專業(yè)考試，考試合格后人員信息下發(fā)到人臉識(shí)別系統(tǒng)中才可進(jìn)入工地，系統(tǒng)自動(dòng)生成人員工牌，進(jìn)出工地需要進(jìn)行人臉識(shí)別考勤，結(jié)合智能AI 識(shí)別技術(shù)、人臉識(shí)別技術(shù)、平臺(tái)自身能力，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)人員的培訓(xùn)、在線申報(bào)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)，非法入侵、人員資質(zhì)識(shí)別、徘徊、無(wú)資質(zhì)作業(yè)等人的不安全行為的監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

物聯(lián)設(shè)備管理方面，智慧工地系統(tǒng)底層搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，包括設(shè)備快速接入、數(shù)據(jù)解析、設(shè)備授權(quán)、數(shù)據(jù)加密傳輸、設(shè)備管理、報(bào)文數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接入到平臺(tái)中的物聯(lián)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備狀態(tài)可推送到平臺(tái)端和移動(dòng)端實(shí)時(shí)查看，設(shè)備報(bào)文分析預(yù)警，提前消除各類安全隱患。

施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境管理方面，針對(duì)油氣行業(yè)施工過(guò)程中存在易燃易爆特殊場(chǎng)所，研發(fā)了可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)設(shè)備，支持定時(shí)上報(bào)，濃度和濃度超標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)動(dòng)報(bào)警兩種模式可同時(shí)使用，可檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度、粉塵、含氧量等。另外，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工方面，揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)設(shè)備可監(jiān)測(cè)噪音、溫度、濕度、PM2.5、PM10 等，完成對(duì)惡劣氣象環(huán)境下的違規(guī)作業(yè)智能預(yù)警。施工現(xiàn)場(chǎng)布置視頻監(jiān)控全覆蓋，全方位、24h 實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)。利用行為分析算法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工人員是否佩戴安全帽、多人聚集、暈倒、未佩戴勞保著裝等違章行為，分析結(jié)果推送至手機(jī)端與PC 端，實(shí)時(shí)監(jiān)管現(xiàn)場(chǎng)施工安全行為。

項(xiàng)目管理方面，提前細(xì)分大修作業(yè)工序，在平臺(tái)中固化進(jìn)度計(jì)算方法，根據(jù)實(shí)際確認(rèn)的工序，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)施工進(jìn)度，施工進(jìn)度通過(guò)人工確認(rèn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控相結(jié)合的方式進(jìn)行復(fù)核。作業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序、防控措施、關(guān)注事項(xiàng)、巡檢內(nèi)容數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化，移動(dòng)APP 與施工進(jìn)度相結(jié)合，實(shí)時(shí)推送巡視內(nèi)容及關(guān)注重點(diǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，解決各方監(jiān)管人員巡視檢查不到位的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)預(yù)警及時(shí)提醒、管控措施標(biāo)準(zhǔn)化、事后可追溯。

特種作業(yè)管理方面，施工現(xiàn)場(chǎng)特種作業(yè)實(shí)施前，需要提前申請(qǐng)?zhí)胤N作業(yè)許可證，填報(bào)相關(guān)特種作業(yè)信息，選擇特種作業(yè)相關(guān)人員，系統(tǒng)自動(dòng)生成作業(yè)許可證，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)擺放人臉識(shí)別閘機(jī)設(shè)備進(jìn)行人員考勤，自動(dòng)關(guān)聯(lián)統(tǒng)計(jì)相關(guān)人員到場(chǎng)情況，統(tǒng)計(jì)特種作業(yè)到場(chǎng)監(jiān)護(hù)率。

3 智慧工地平臺(tái)建設(shè)

3.1 智慧工地平臺(tái)設(shè)計(jì)思想

平臺(tái)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)：一套硬件、一個(gè)平臺(tái)、多個(gè)模塊，功能模塊可根據(jù)需要進(jìn)行自由選擇和組合，操作簡(jiǎn)單、支持深入優(yōu)化。系統(tǒng)建設(shè)本著開(kāi)放性/可拓展性強(qiáng)、使用便捷、維護(hù)方便、適應(yīng)性強(qiáng)、安全可靠、可重復(fù)使用的原則進(jìn)行智慧工地系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)的規(guī)劃站在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)全面管控的角度，考慮工程的實(shí)施組織和管理，制定可行的整體計(jì)劃。系統(tǒng)架構(gòu)采用靈活的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)、平臺(tái)化的設(shè)計(jì)思想、多層的體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)適應(yīng)業(yè)務(wù)管理三級(jí)體制的特點(diǎn)，采用積木式應(yīng)用累加，全面滿足目前和將來(lái)可能有的各類業(yè)務(wù)，適應(yīng)“分布處理、集中管理”的管理要求。智慧工地平臺(tái)采用前后端分離架構(gòu)，前端web 采用vue 主流前端框架，移動(dòng)端采用Uni-app，后端基于Java 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，整體采用模塊化設(shè)計(jì)。

3.2 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧工地平臺(tái)軟件技術(shù)架構(gòu)以組件化方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品構(gòu)成，平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)集成了消息中間件（kafka、zookeeper）、分布式緩存(Ehchche)、應(yīng)用容器(Docker)、事件分發(fā)、視頻壓縮傳輸、AI 智能識(shí)別、流媒體接入（采用GB28181 接入）、設(shè)備接入、數(shù)據(jù)加解密、存儲(chǔ)接入、云推送、大數(shù)據(jù)分析模塊等各類服務(wù)，由各個(gè)組件承載相關(guān)服務(wù)能力，提供平臺(tái)及支撐組件的各種功能需求。

平臺(tái)建設(shè)充分考慮智慧工地項(xiàng)目規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)景和平臺(tái)擴(kuò)展性，平臺(tái)總體設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)各服務(wù)水平的擴(kuò)展能力，如智慧工地物聯(lián)設(shè)備管理模塊，支持多設(shè)備接入（人臉識(shí)別設(shè)備、揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)設(shè)備等）、數(shù)據(jù)解析、設(shè)備報(bào)文分析預(yù)警、設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，不同的組件服務(wù)可部署到不同的服務(wù)器中，針對(duì)大并發(fā)業(yè)務(wù)支持多節(jié)點(diǎn)部署，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性。

智慧工地平臺(tái)其余業(yè)務(wù)功能模塊均采用分布式設(shè)計(jì)架構(gòu)，平臺(tái)可根據(jù)物理服務(wù)器資源及服務(wù)容量情況，將平臺(tái)內(nèi)組件獨(dú)立部署到不同服務(wù)器，根據(jù)業(yè)務(wù)組件承載業(yè)務(wù)量不同，實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)調(diào)配，總體實(shí)現(xiàn)平臺(tái)較高的擴(kuò)展性及穩(wěn)定性。

針對(duì)平臺(tái)使用流暢性方面也做了大量的設(shè)計(jì)工作，采用各種先進(jìn)技術(shù)支持應(yīng)對(duì)大規(guī)模并發(fā)下平臺(tái)流暢性，采用分布式緩存、事件分發(fā)機(jī)制、消息中間件等技術(shù)來(lái)提升響應(yīng)速度，減少各環(huán)節(jié)交互的性能損失，提高系統(tǒng)運(yùn)行流暢度，平臺(tái)UI 頁(yè)面設(shè)計(jì)更為人性化，采用B/S 架構(gòu)網(wǎng)頁(yè)端實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理配置等，移動(dòng)APP 輔助業(yè)務(wù)應(yīng)用，使平臺(tái)管理和用戶操作便捷性等方面更方便高效。

智慧工地平臺(tái)綜合展示模塊，提供各類分析統(tǒng)計(jì)功能，可根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)年份統(tǒng)計(jì)查詢分析，為管理者決策提供數(shù)據(jù)輔助。其中，包括平臺(tái)整體項(xiàng)目建設(shè)情況分析，項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度、不同階段項(xiàng)目的數(shù)量統(tǒng)計(jì)、項(xiàng)目建設(shè)三方（建設(shè)方、監(jiān)理方、施工方）實(shí)時(shí)得分；HSE 管理模塊，可統(tǒng)計(jì)管理部門(mén)和安全部門(mén)在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的管理情況；特種作業(yè)管理模塊，可統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中各類特種作業(yè)數(shù)量和對(duì)應(yīng)占比；項(xiàng)目監(jiān)護(hù)率模塊，可展示各項(xiàng)目特種作業(yè)實(shí)施過(guò)程中相關(guān)負(fù)責(zé)人看護(hù)情況；預(yù)警消息模塊，可統(tǒng)計(jì)AI識(shí)別報(bào)價(jià)數(shù)量、可燃?xì)怏w報(bào)警數(shù)量和設(shè)備故障報(bào)警數(shù)量等；人員管理模塊，可展示項(xiàng)目建設(shè)三方人員投入情況和整體占比；施工現(xiàn)場(chǎng)人員管理模塊，可查看項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)人員分布情況；設(shè)備應(yīng)用管理模塊，可查看各類設(shè)備接入數(shù)量、在線數(shù)量、使用天數(shù)情況。

4 智慧工地前端設(shè)備配置

4.1 防爆出入口集裝箱設(shè)備

一體式防爆出入口集裝箱采用不銹鋼材質(zhì)打造，具有經(jīng)久耐用、防撞擊等特點(diǎn)；雙通行通道，可雙向進(jìn)出并且具有斷電掉桿功能，方便設(shè)備故障或緊急情況時(shí)應(yīng)急通行；配備智能人臉識(shí)別一體機(jī)，可進(jìn)行動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別分析，識(shí)別到已錄入的人員后，發(fā)出語(yǔ)音播報(bào)（可自定義播報(bào)內(nèi)容），閘機(jī)打開(kāi)，人員可以通過(guò)，識(shí)別到未錄入人員后，設(shè)備發(fā)出“注意陌生人”（可自定義）的警報(bào)。同時(shí)，人臉識(shí)別設(shè)備會(huì)將識(shí)別到的（已錄入）人員信息上傳到平臺(tái)，并在防爆顯示器上顯示，人員信息包括姓名、性別、工種、照片等，也可顯示抓拍到的未錄入信息人員的照片，記錄施工人員進(jìn)場(chǎng)出場(chǎng)時(shí)間。

出入口在進(jìn)出兩個(gè)方向裝有手拉式卷簾門(mén)，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存?？傮w硬件設(shè)計(jì)合理，達(dá)到防爆要求，設(shè)備前期預(yù)留相應(yīng)的外接設(shè)備接口，可擴(kuò)展不同的傳感器，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景使用要求進(jìn)行調(diào)整。

4.2 壁掛式安裝43寸防爆顯示器

可分區(qū)顯示不同信息，包括人員信息、陌生人抓拍，氣象信息、可燃?xì)怏w及有害氣體濃度信息、施工人員進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間表等信息。雙通行通道以外，還配置有應(yīng)急通行門(mén)，可通過(guò)大件工具和設(shè)備，也可作為消防通道。

4.3 防爆揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)設(shè)備

揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)設(shè)備可監(jiān)測(cè)溫度、濕度、噪音、PM2.5、PM10、風(fēng)力、風(fēng)向風(fēng)速等，支持4G 數(shù)據(jù)通訊，并可將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到智慧工地平臺(tái)端。

4.4 防爆智能監(jiān)控設(shè)備

采用華為高清智能攝像機(jī)機(jī)芯，支持H265 視頻編碼技術(shù)、SEC 前向糾錯(cuò)技術(shù)、60 幀高幀率編碼處理技術(shù)；智能識(shí)別監(jiān)測(cè)功能：如周界入侵監(jiān)測(cè)、越線監(jiān)測(cè)、人臉監(jiān)測(cè)抓拍、人臉對(duì)比識(shí)別等功能，多項(xiàng)業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)，防爆等級(jí)Ex d ⅡC T6 Gb。

4.5 可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)設(shè)備

可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)設(shè)備有兩種產(chǎn)品形態(tài)：一種為手持式設(shè)備，可監(jiān)測(cè)4 種可燃?xì)怏w和SOS 求救；一種為佩戴式設(shè)備，可監(jiān)測(cè)一種可燃?xì)怏w和SOS 求救，設(shè)備支持可燃?xì)怏w超標(biāo)語(yǔ)音播報(bào)超標(biāo)濃度和設(shè)備信息，并可實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動(dòng)報(bào)警，氣體濃度數(shù)據(jù)、SOS 數(shù)據(jù)、濃度報(bào)警數(shù)據(jù)均可遠(yuǎn)程到平臺(tái)端。

4.6 智能安全帽設(shè)備

智能安全帽具有人員定位、脫帽感知、SOS 求救、拍照、本地錄像和音視頻通訊功能的一體化智能穿戴安全帽產(chǎn)品，基于智慧工地后端物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人員位置，遠(yuǎn)程指揮提供了工作效率，也解決安全生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中的各種問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“集感知、分析、服務(wù)、指揮、監(jiān)管于一體”，打造“物聯(lián)網(wǎng)+”的智能化、精細(xì)化、過(guò)程結(jié)果并重的安全生產(chǎn)管理新模式。

4.7 防爆可折疊支架

主體為鋁合金材質(zhì)，采用5mm 厚度鋁合金鋁管，具有重量輕強(qiáng)度大的特點(diǎn)，防護(hù)等級(jí)不低于IP66；重量不超過(guò)12Kg，單人可搬運(yùn)，涉及到折疊的組件，采用手?jǐn)Q螺絲固定，實(shí)現(xiàn)單人無(wú)工具徒手安裝部署。支架共安裝3 個(gè)防爆插座，采用嵌入式安裝，更加美觀實(shí)用，與上端攝像機(jī)和下端電路之間連接，均采用無(wú)火花式防爆插頭，整體滿足防爆要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智慧工地平臺(tái)功能全覆蓋承包商HSE 管理流程，通過(guò)人臉識(shí)別、智能行為分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從項(xiàng)目前安全風(fēng)險(xiǎn)分析、承包商選商，到項(xiàng)目中HSE 管理，項(xiàng)目結(jié)束后的績(jī)效考核和HSE 管理分析全覆蓋，尤其是完美解決作業(yè)許可管理中存在的人員不到場(chǎng)監(jiān)護(hù)、不現(xiàn)場(chǎng)簽字、施工人員與申請(qǐng)人員不符的問(wèn)題。該技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)新了油氣站場(chǎng)承包商HSE 管理新舉措，首次實(shí)現(xiàn)智能管控技術(shù)，攻克了智能分析設(shè)備不能滿足防爆、方便布置、重復(fù)應(yīng)用的難題，發(fā)明了作業(yè)許可管理智能監(jiān)管方法，解決了作業(yè)許可監(jiān)管無(wú)有效措施難題。