智慧交通建設現場質量安全巡檢系統應用

◎田勇何遠義周鴻陶超

隨著我國對國家大型工程的精細化管理的要求，對工程建設參與方的管理水平提出了更高的要求，作為設項目的政府主管部門、業主或承包商來說，在現有管理體系下，如何高效、精細化地管理項目安全質量已經是擺在管理人員面前的一個重要問題。本文以智慧交通建設現場質量安全巡檢系統為課題進行探討，依托某高速公路建設項目進行詳細闡述。

一、工程概況

某高速公路建設項目全長53.923 公里，其中X 縣37.75公里，Y 縣16.173 公里。項目總投資89.3 億元，路線主線全長56.534 公里，全線共設置8 個互通，設計速度為80 公里/小時，雙向四車道，整體式路基寬度24.5 米，分離式路基寬度2x12.25 米。主線共設置橋梁45 座，橋梁設計荷載全線采用公路-I 級；主線共設置隧道15 座，高速公路第三合同段，起點（ZK16+900-YK16+940 段），止點（K28+480 段），全長11.54389 公里。高速公路第二合同段，起止樁號：K5+385~K9+444-ZK16+900-YK16+940 段。，高速公路第一合同段，劃分為兩個主體標段，其中一標為路基標，起止樁號：K0+000~K5+385，二標為隧道標，起止樁號：K5+385~K9+444，包括四新特長隧道及其附屬結構，隧道全長4073 米。

二、智慧交通建設現場質量現狀

工程項目建設管理歷來是一項復雜的管理課題，特別是交通工程建設項目普遍具有投資大、建設周期長、參建單位多、地域分散、交通不便、并且受地域與氣候因素影響較大等顯著特征。這些項目特征及其包含的復雜業務流程、繁瑣的工程數據給主管部門、項目業主、監理和承包商等項目參與方之間的信息傳遞、管理行為的落實和及時正確的決策指令的發布造成客觀制約。

隨著新興信息技術及相關信息技術的發展，交通工程領域信息化雖然得到了快速發展，但在信息化應用方面卻仍處在一個較低的水平，因此，在傳統安全質量管理中結合新興信息技術使管理更加智慧化、便捷化就顯得非常重要。又由于交通建設行業及一系列復雜大型工程施工安全管理的需求增加，導致安全管理和成本控制中的不確定因素增加，致使施工管理問題凸顯，安全風險放大，施工管理成本和效益都處在不可控的風險中。在此背景下，本課題秉承“智慧質安、智能質安”的方針，擬開發一款基于IOT 智能穿戴設備的交通建設現場質量安全主動巡檢系統平臺，保障交通工程質量安全，建立交通工程質量安全監督管理信息系統，通過信息化的手段來控制交通工程的風險。

現有工程質量安全管理過程中依然存在如下問題：

1.現場施工人員質量安全意識不強。

項目管理人員雖樹立了質量安全生產管理意識，但在現場工人存在僥幸心理，質量安全問題往往因此而生。

2.現場質量安全管理人員配備難以達到理想狀態。

受制于施工現場的作業面及復雜的施工環境，項目難以按最理想狀態配置質量安全管理人員，通過巡查進行現場安全管理，無法達到全程無死角監控，市面上出現了一些巡檢信息化軟件，但仍以人工到達現場的數據錄入為主，無法解決效率提升和數據真實性問題。

3.安全教育考核制度難以真正落實。

由于工程建設項目通常工期緊、強度大，對現場工人進行深入的安全教育培訓難度大，并且由于施工人員文化水平參差不齊，多數對書面材料接受程度低。

4.施工現場安全管理科技措施不足。

目前項目采用的攝像頭多數是對現場進行遠程全局性宏觀監控，無法對個人或工程結構部位進行精細化的跟蹤管理。

5.現有信息系統數據采集困難。

現有信息系統數據采集困難，部分系統建設完成后無人問津，形成擺設，造成資源浪費；且相關系統數據的關聯性較差，形成大量的獨立數據和信息孤島，給工程質量安全管理及數據再分析利用形成了嚴重的工作瓶頸，無法提供切實有效的數據基礎。

6.施工單位包管安全管理的弊端。

目前，我國大部分交通建設項目安全管理的方法基本是由施工單位項目部針對項目實際，結合企業的項目安全管理體系，制定出一套安全措施，然后對項目參與人員進行安全培訓與安全知識教育，安排相應的安全管理人員進行實施。此種做法的弊端：

（1）施工單位項目部僅能根據本企業與業主的合同內相關工作。 制定方案，其無法延伸到整個項目通盤考慮；目違法分包、或企業內部承包的狀況嚴重，部分項目管理基本脫離了業主單位的掌控。基于以上原因可以看出，交通建設項目安全管理工作不是有一個單位就能完成的，需要強有力的整合和改進，是整個項目安全管工作。

（2）企業內部安全管理人員隸屬于公司層面，施工單位項目部的方案如遇公司體系有差異，很難按實際出發制定；

（3）施工單位項目部的專業和能力所限，很難制定出全方位的安全保障體系；

（4）項目所派駐的安全管理人員人數及水平的不足，很難制定方案及措施得到有效落實和監管。

基于以上原因可以看出，公路工程項目安全管理工作不是有一個單位就能完成的，需要強有力的整合和改進，是整個項目安全管工作成為一個整體，保障各項制度和措施的落實，這就需要業主方來主導。

7.建設單位安全管理的工作重點。

創造性地開展一系列的工作，利用有限的資源，深入項目管理內部，主動整理制定相應的政策，引導和約束各參建單位共同參與項目的安全管理，明確各方的責任和義務，并制定相應的措施。針對于我國交通建設項目安全管理的現狀，業主方要做好以下幾項工作：

（1）依托于國內現行的法律法規做好項目安全管理規劃，制定好應的規章制度，指導和引領各參建單位開展項目安全管理工作；在規劃中做好風險源的辨識和評價工作，并制定相應的安全保障措施，作為項目安全管理人員參考的依據。

（2）在創新模式下組建有戰斗力和執行力的項目安全監督組織，彌補我國現階段交通建設安全監督力度的不足。

（3）開展豐富的安全培訓教育活動，建立項目安全文化體系，通過不同的形式，使得項目建設人員的安全意識加強，自我保護意識提高；從而提高整個項目的安全管理水平。

三、智慧交通建設現場質量安全巡檢系統研發方案

1.智慧交通建設現場質量安全巡檢系統研究內容。

（1）智慧交通建設現場質量安全巡檢系統理論分析與實現機理。對智慧交通建設現場質量安全巡檢系統核心技術方法和實現機理做進一步的研究，通過智慧交通建設現場質量安全巡檢系統將工程參與人員納入施工管理做可行性研究。選擇具體案例對設計的系統平臺的相關功能進行模擬，在模擬后對整個智慧交通建設現場質量安全巡檢系統做進一步研究。

（2）智慧交通建設現場質量安全巡檢系統功能需求與實現。通過對現有或相近的智慧交通建設現場質量安全巡檢系統進行功能需求分析和調研，確定所研究的智慧交通建設現場質量安全巡檢系統的功能要求及實現方法，搭配前端智能硬件如智能安全帽等拓展系統平臺功能。對于功能需求主要從現場數據信息實時采集、地理信息導航、人員精細化管理、人員身份標識、遠程協作調度、危險預警、應急救援、隱蔽工程驗收、問題處置決策等方面研究確定。其中，現場數據信息實時采集：通過前端傳感設備實時采集、存儲、上傳數據，并支持圖像文件的無線傳輸，可通過WiFi、4G/5G、微波、LORA網絡實現移動終端的遠程監控與通信。地理信息導航：利用GIS 圖層技術實現項目及人員軌跡可視呈現。人員精細化管理：通過GPS+北斗定位技術，完成人員定位和調配；遠程協作調度：通過前端硬件智能安全帽內置高靈敏度麥克風及大音量喇叭，支持耳機，實現語音雙向通訊、組呼/群呼等功能，便于前后端人員的協作；可通過WiFi、4G/5G、微波、藍牙等實現與后臺的網絡通信。危險預警：通過傳感器技術，實現危險源監測項目的數據采集與上傳，實現預警功能。應急救援：通過一鍵報警功能向后臺及周圍人員發出求救信息；通過語音實時與后臺溝通，并通過大數據分析技術，實現風險識別及應急救援方案的選擇與確定。

2.解決的關鍵技術問題。

（1）管理方法的創新升級。智慧交通建設現場質量安全巡檢系統的構建，實現施工“感知、分析、服務、指揮、監管”五位一體，解決安全生產現場作業過程中的難題，讓前端現場作業更加智能，讓后端項目管理更加高效，打造“互聯網+”時代的智能化管理、精細化管理、作業過程管理、安全隱患雙重預防機制結合并重的安全生產管理新模式。

（2）主動感知模型構建。系統建設的首要目標是主動感知，而感知的首要任務是建立系統的“神經網絡”，依托眾多科研單位的強大實力，對傳統質量安全巡檢的規則和標準進行優化和調整，建立一套機器語言可識別的數字模型是課題解決的重難點之一。模型的構建不僅僅是規則和標準簡單的翻譯，更重要的是優化和提煉，形成計算機和智能設備可識別、可互動的邏輯規則，才能自主完成主動巡檢任務。

（3）移動通訊技術的深化應用。系統“神經網絡”建立后，第二個要解決的關鍵問題就是要解決與項目現場、管理者之間的信息傳遞和互動，穩定的通訊網絡才能發揮有效的分析、服務、指揮、監管的作用。在整個感知模型內，所涉及的巡檢類型及數據類型是多樣性的，不僅涉及到基礎的流數據，還涉及有視頻圖像數據和語音數據，這些數據在交互上對網絡通訊的依賴程度各不相同，而要確保數據通道的穩定最主要的是要解決通訊的問題，由于工程施工的特點，現場往往存在深山溝壑，隧道、橋梁、邊坡等工程類型復雜繁多，甚至還涉及無人區，因此在特定的區域我們要充分運用5G 等最先進的移動通訊技術并將其與現場有線和無線局域網組建相結合，確保網絡隨時隨地暢通。

（4）特定場景的智能語音圖像識別技術。主動巡檢系統中有大量的圖像和語音數據類型，以往傳統采集的方法是直接將影像資料存儲起來，發生質量安全事故后管理者再從海量數據中肉眼識別或判斷事故發生時間段內的質量安全問題，這帶來兩個問題，一是海量數據存儲占用大量空間，造成資源浪費，二是影像資料僅能作為事故憑證，無法提前預判并將事故的損失降到最低。本系統建立后將依據巡檢模型的構建，合理選取部分管理節點，研發部分智能識別場景級應用，如外觀尺寸判別、未佩戴安全設施等智能識別技術，實現質量安全事故的提前預判和預警。

（5）智能穿戴設備的迭代研發。當前智能穿戴設備在消防應急、礦山開采、公安交警等行業均得到了一定的應用，而針對交通建設行業的智能穿戴設備幾乎還是空白，以往的隧道監控和場站安全管理最多采用了基于RFID 技術的定位卡，僅有定位功能，而質量安全管理涉及的更多需求無法滿足。本次課題研發的重點之一便是研發一套更符合交通建設行業領域的智能穿戴設備，并至少隱蔽工程影像抓拍、應急語音呼叫、生命體征監測及部分結構部位外觀尺寸識別等多項功能。

（6）系統將主動巡檢模型。工程結構部位信息與GIS 相結合，形成基于工程項目的線狀區位應用地圖，再通過區位打點及區位電子圍欄設置，將智能穿戴設備和地圖相匹配，系統在區域內自動觸發巡檢機制。

（7）增加檢查活動的隨機性。通過系統手機端的項目地圖與導航功能，各級領導和職能部門可以不打招呼、直接深入工地，隨機檢查，掌握現場質量安全真實狀況，促進管理透明化。

（8）提高整改問題的及時性。現場管理人員根據指令消息通知，針對質量問題和安全隱患，通過系統事先確定的崗位操作人員職責劃分，可以快速響應做出安排，提高解決問題的效率。

（9）驗證問題的有效性。系統按照過程管理的方法（檢查發現問題、解決問題、驗證問題）設置，檢查人拍照標注檢查位置，文字說明檢查問題；責任人現場整改問題，原位拍照回復；檢查人對整改回復快速有效驗證，形成管理閉環，保證現場問題百分之百得到解決，有效防范風險，切實“將隱患消滅在萌芽狀態”。

（10）持續改進的有效性。通過多單位、多項目的長期應用，可以積累大量數據，采取數理統計方法，分析質量安全問題缺陷，為精準施策、精細管理提供數據支撐，為質量安全管理的持續改進指明方向。從管理的角度，可以針對常見質量問題和安全隱患制定專項治理措施，提高質量安全管理水平。

3.系統研發技術路線。

四、安全巡檢系統經濟社會效益

1.經濟效益。

通過對智慧交通建設現場質量安全巡檢系統的研究，將更好地服務于工程施工安全管理，進一步完善工程行業的工程安全管理體系，尤其針對交通工程行業，將為整個交通行業的舊有管理理念的擯棄、安全管理的革新起到規范和指導的作用，同時也為工程安全管理節省成本，產生顯著的經濟效益。

2.社會效益。

交通運輸業是我國經濟發展中重要的行業，在促進經濟發展和社會進步中起著重要的作用，是國民經濟高速發展的重要保證，也是我國“一帶一路”戰略極其重要的途徑。隨著國家在基礎設施領域投入資金的增加，交通工程行業也得到了迅速發展，因此，對交通工程行業的質量安全管理顯得尤為重要。

五、系統應用前景

通過互聯網和云平臺對工程建設中的安全，質量巡檢管理工作進行程序化設計，根據工程特點可預設多種巡檢模塊，使巡檢流程更加規范，實現自控，監督管控等信息傳遞的準確性和及時性等技術問題。目前，全國交通質量監督單位暫無此類成熟應用系統，本課題完成后可面向全國各省、市、區質量監督機構推廣此類系統。建設單位往往面臨人員短缺問題，且大型建設單位管理的工程數量越來越多。針對建設單位，系統可在新建項目、運維項目、養護施工項目上全面應用，以解決人力資源短缺及大數據基礎數據收集工作。對類似于中國中鐵、中交、中水及地方大型施工企業集團等施工企業而言，工地分散，日常管理難度大，管理數據失真，此系統可有效幫助企業解決用工統計，勞務實名，安全風險防范等多項優勢。

結束語

綜上所述，對工程施工過程管理的實踐應用研究，將以往層級式的組織體系改變為扁平化組織管理體系，有效縮短了管理層與一線工人的距離。還可以在實踐過程中根據采集的相關數據通過分析研究，再優化實踐管理架構和組織流程，甚至可以打破以前大多數只是程序化的管理，變革為接受非程序化和動態的管理結構，從而使得智慧施工管理發揮出更高效率，更低成本作用，同時優化人與物的協作關系，為工程施工與智能安全帽設計與應用一體化研究起促進和推廣作用。