基于云技術的智慧建筑工地安全監管平臺設計研究

安會麗，孫宇，歐揚波，王菁，范玉川

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

目前，中國的建筑業仍處于持續發展的階段，是國民經濟的重要支撐產業。住建部統計數據表明，2020 年中國建筑業生產總值達到26.39 億元，占國民生產總值的7.1%，是經濟增長、城市化建設和民生發展的重要保障[1]。然而，建筑行業是一種勞動密集的產業，管理水平較低、整體素質不高且信息化管理程度較低。傳統管理模式下建筑工地生產管理的效率較低，難以滿足綠色環保的發展需求，故而建筑行業需要轉型和升級。建筑行業的施工工地可利用物聯網、云計算和人工智能等成熟技術對施工現場進行監控和感知，通過數據互通互聯，實現工地智能化管理，智慧建筑工地的概念由此產生[2]。智慧工地系統的構建是基于建筑工程項目施工生產現場，融合信息技術的支撐，完成建筑工程項目信息資源的一體化管理系統，為管理者的決策提供數據和技術支持，幫助解決建筑施工現場的各種問題[3]。為提高建筑工程信息化程度，研究提出基于云技術的智慧建筑工地安全監管平臺設計，結合信息技術、云服務、數據傳輸和物聯網等技術，構建建筑項目信息安全管理系統，期望提升建筑工地安全管理的效率。

2 基于云技術的智慧建筑工地安全監管平臺設計

2.1 平臺總體設計

智慧建筑工地安全監管平臺的設計需要用到信息技術、云服務、數據傳輸和物聯網等技術，以構建建筑項目信息安全管理系統。智慧建筑工地安全監管平臺設計需要綜合考慮系統性能和后期運維，通過不同軟件體系結構的對比，研究采用Browser/Server 構架進行系統搭建。

智慧建筑工地安全監管平臺共包含6 層結構，最底層是物理層，包含建筑工地的現場監管系統，是平臺的數據來源。物理層設備主要包含環境、用電等監測設備，視頻監控設備和通信設備等。監管數據的網絡傳輸通過傳輸層實現，現場采集的數據通過格式化后存儲到相應位置，傳輸層需要用到的網絡類型包含局域網和物聯網等。監管平臺數據儲存和管理通過數據層實現，采用大數據分布式結構，以保證數據處理的擴展性。建筑工地數據經過采集、清洗、抽取等過程，完成數據挖掘和分析。數據類型分為實時監測數據、視頻數據、地圖數據和業務數據等，利用云平臺大數據中心完成共享、管理等服務。智慧建筑工地監管平臺的服務是基于服務層實現的，分為公共和集成兩種服務類型。公共服務主要包含綜合查詢、消息、日志和緩存等，集成服務主要包含登陸、界面和數據交互等。服務層與數據層之間的接口統一，可實現數據的封裝，構造平臺縱向貫通結構，通過系統協同工作，使整體服務簡便快捷。應用層需要針對不同的業務場景，提供對應的服務，便于上層應用，囊括企業、項目、管理和設備等應用范圍。展示層為相關人員提供可視化頁面展示和操作輸入端，以滿足多種終端展示的需求，實現全域可視化監管。

2.2 平臺功能模塊設計

智慧建筑工地安全監管平臺包含8 個功能模塊，屬于平臺系統搭建的重要內容。企業、項目和人員的管理通過基礎信息管理模塊完成，建筑工程企業需要在平臺中完善信息，政府云平臺對其進行辨別和審核，基本信息包含項目名字、時間等項目信息，以及相關工作人員的基本信息等。基礎信息管理模塊如圖1 所示。

圖1 基礎信息管理模塊

重大機械設備管理模塊包含設備管理、工程單據和安全監控管理，設備管理的內容包含設備信息管理和信息檢查等。塔吊和升降機安全管理需要對操作人員狀態、負載重量等數據進行檢測，通過系統本地顯示完成數據監控和分析，對存在隱患的行為進行預警，防止危險情況的發生。環境管理模塊需要對環境數據進行實時監測，采集建筑工地風速、濕度、溫度和污染等環境數據，監測的數據和圖像通過相應的傳輸方式送達云平臺，便于數據分析和計算，為建筑工地環境治理和污染控制提供信息支持。危險源管理和信息管理是危險管理的兩大組成部分。危險源包含一般和重大兩類危險源，通過現場檢測系統進行數據采集，上傳至平臺后可進行分析和預警等。信息管理需完善基本信息，包含危險源名稱，涉及單位和部位以及補救措施等，數據不完善時需要提醒并補齊。安全檢查管理模塊是為了標準安全檢查和整改，檢查報告的實時上傳和責任主體的強化，為建筑工程安全隱患的解決提供高效快捷的方案。視頻監控模塊需要對施工工地、施工人員、施工過程等情況進行全天候實時監控，發現違規現象需要存儲圖像或視頻，作為整改和違規的證據。監管管理平臺獲取視頻數據后，可對數據進行查看，實現一體化管理。統計管理模塊需要對建筑項目、設備和人員等信息進行統計，通過多維度結構化的統計分析，為相關監管部門的決策提供數據支撐。行政監督模塊包含兩大管理模塊，行政管理模塊用以協助審批和行政管理，以提升行政智能管理效率；監督管理模塊是對現場參數進行監管、處罰和整改，并對監督記錄進行統計和匯總。智慧建筑工地安全監管平臺功能模塊如圖2 所示。

圖2 智慧建筑工地安全監管平臺功能模塊

3 基于云技術的智慧建筑工地安全監管平臺應用

3.1 智慧建筑工地安全監管平臺功能實現

智慧建筑工地安全監管平臺功能模塊的實現需要遵從總體設計，按照分步驟分階段的思路完成布置。基礎信息管理是為了滿足相關人員的管理需求，不同人員的操作需求不一樣，系統支持的操作系統有Windows 7 和Windows 10，以及Windows XP 操作系統。智慧建筑工地安全監管平臺軟件是在Windows 10 環境中實現的，軟件編制采用Java 和JavaScript 語言。軟件的編制分為6 個步驟：第一步是確定需求，是軟件編制的基礎；第二步是功能內容的設計，以確定軟件處理的流程；第三步是具體的設計，包含界面、接口和運維等；第四步是程序編碼，對程序進行初步設計；第五步是程序測驗，對軟件的性能進行測試，對存在問題的地方進行修改或調整；第六步是軟件的提交，以實現智慧建筑工地安全監管平臺搭建。智慧建筑工地安全監管平臺搭建完成后，相關管理人員在登錄后可對相關內容進行查看和管理。

3.2 智慧建筑工地安全監管平臺工程應用

研究以某安置房項目為應用場景，對智慧建筑工地安全監管平臺進行工程應用和分析。工程建筑總面積為20.9萬m2，預計建設時長18個月，項目總投資為7.26億元。建筑內容包含住宅區、車庫、活動中心、綠化區域等。智慧建筑工地安全監管平臺中基礎信息管理、重大機械設備管理、安全檢查管理和視頻監管系統模塊已應用到安置房項目中，智慧建筑工地安全監管平臺重大機械設備管理應用展示如圖3 所示。

圖3 重大機械設備管理應用展示

圖3 中可以清楚地看到塔吊和升降機的上限位和升降情況，相關管理人員可結合工程施工情況和平臺數據對施工過程進行評價和管理，可將管理效率提升15%～20%。智慧建筑工地安全監管平臺使用后，對建筑工地4 個方面的管理帶來了積極的效用。第一是提高了人員的到崗率，實名制信息管理和考勤，提高了相關管理人員的出勤率。第二是加強了重大機械設備的管理，塔吊和升降機等設備的基本信息和工作過程數據的記錄，可有效杜絕違規操作，提高了建筑工地施工的安全性。第三是加強了信息監管，監管人員可在線對視頻監控進行查看，確保工地安全文明狀態，可降低人力物力的投入，從而提升監管的效率。第四是增加了項目監管的力度，項目工程詳細信息的統計，以及項目許可證明的上傳，杜絕了工地無證施工等情況。為科學評價智慧建筑工地安全監管平臺的效果，研究采用模糊綜合評價法對其效果進行評價，經過因素和權重確定等過程，得到智慧建筑工地安全監管平臺的綜合評價得分為88.23 分，大于85 分，表示智慧建筑工地安全監管平臺的應用效果很好，滿足工地相關管理人員的使用需求。

4 結論

隨著計算機技術和網絡技術的不斷發展，智慧工地成為建筑業信息發展的趨勢。為提升建筑工地管理效率，研究運用信息技術、云服務、數據傳輸和物聯網等技術，完成了建筑項目信息安全管理系統構建。實際工程應用中，相關管理人員可通過平臺對人員信息、現場監控和設備情況進行查看和分析，可將設備管理效率提升15%～20%。同時，智慧建筑工地安全監管平臺的使用可提升人員的到崗率，加強了重大機械設備的管理，加強了信息監管以及項目監管的力度等，模糊綜合評價法得到智慧建筑工地安全監管平臺的綜合評價得分為88.23 分，大于85 分，說明智慧建筑工地安全監管平臺的應用效果較好，滿足工地相關管理人員的期望，可提升建筑工地管理的工作效率。