基于物联网人工智能技术的智慧安监应用探索

文｜ 江苏省建筑安全监督总站 张并锐

1.引言

由于建筑行业的劳动密集型特性以及建筑产品生产现场危险源众多、环境复杂等因素的影响，建筑业安全生产一直是政府监管的重点内容之一。而根据国务院安委会通报显示全国建筑业安全生产事故保持在高位，事故总量已经连续多年排在工矿商贸事故第一位，成为了名副其实的“高危行业”。如何改善监管手段，强化监管力度，加强对危险性较大的分部分项工程安全管控，构建安全监管长效机制成为行业安全监管的重点发展方向。

以南京市江宁区建筑安全生产监督站为例，2017年全区在建工程项目共328个，建筑面积2276万平方米，人均监督面积134万平方米；2018年全区在建工程项目360个，建筑面积约2360万平方米，人均监督面积约139万平方米。依靠委派监督员到现场巡查监督难以应对如此规模的建筑业市场。借鉴物联网、人工智能技术在安防、交通等领域的成熟应用，在2018年3月份，江苏省建筑安全监督总站启动了数字工地智慧安监系统的升级建设，结合试点工程项目现场智能化物联网设备实现对人员、机械、材料、环境等动态数据的实时采集，通过大数据、人工智能技术对这些采集数据进行清洗、分析、计算并形成关键性的动态指标和预警信息，弥补了传统安全监督管理主要依靠人员巡查而存在的个人经验、能力、精力等局限性问题，大大提升了行业安全监管的科技应用水平。

智慧安监系统架构图

2.智慧安监的体系构建

在充分利用南京市既有的建设工程安全监督管理信息化设施基础上，利用信息化技术，建立开放数据接口智慧安监平台，对接施工现场的关键性要素（人、机、料、环等）的工况监测数据，通过大数据分析提取风险指数较高的工况参数，结合人工智能算法，形成关键性的安全指标推送到项目各方主体，进而促进责任主体的安全生产自律管理，同时能够为行业监管部门提供远程监管手段，通过大数据分析进行差异化监管。

IAAS层：以物联网传感器、单片机、DTU通信组件、ARM终端等组成基础架构服务层，主要实现对施工现场安全监管要素的工况数据的采集，这些采集对象主要包括人员、机械、环境、危大工程等。

PAAS层：以物联网平台、大数据平台、人工智能平台以及信息安全组件构建的数据处理分析服务，实现对IAAS层数据的采集、清理、存储、分析等服务，为应用层软件提供必要的数据支撑。

SAAS层：为给最终用户提供安全监管的软件服务，包括消息提醒、实时参数、BI分析、远程监管等应用服务。

智慧安监系统的构建与实施依托于施工现场的各类物联网传感器，结合PASS服务实现对人、机、料、环等关键监管要素的主动监测与分析。针对不同类型的监管要素，主要采集的数据有：

监测对象数据类型分析表

2.1.人员监管子系统

人员监测主要包括实名制信息、进出场记录、移动轨迹、异常行为记录等，通过门禁、摄像头、智能安全帽等终端设备对人员进出场、作为行为进行主动监测。通过大数据分析自动化识别人员的不安全行为状态，并进行提示报警。

2.2.高支模/脚手架监测子系统

高支模/脚手架监测系统是通过在关键部位的模板、立杆、横杆等构件上安装应力、应变监测仪器采集这些构件的应力、应变的瞬时变化和累计变化数据，结合无线通信模块的GRPS网络将这些数据传输到云端，由云端服务按照预设的数学模型以及阈值指标进行运算分析并自动进行预警、报警，有效的提升模架、脚手架专项工程实施过程的监控能力，结合声光报警装置能够极大的提高高支模、脚手架的作业安全性。

2.3.基坑监测子系统

基坑工程自动化监测系统通过综合利用不同的传输方式，将多种现场监测仪器、检测设备、无线传感器通过物联网技术联通起来，采用主动或被动触发的方式，实现对基坑维护结构的横向位移、竖向位移、倾斜变化以及锚杆等构件的应力、应变的瞬时变化和持续变化等参数进行自动采集，并通过无线通信模块的GRPS网络将这些数据传输到云端，保证数据的真实性、完整性和实时性。

2.4.起重机械监测子系统

起重机械的监测系统是通过安装在机械关键控制部位的传感器实现对机械实时工况数据的采集(诸如：吊重、高度、幅度、倾角、风速)以判断当前工况下机器的安全状态，同时结合设备电路的控制单元对机械设备进行必要的限位控制，大大提升了设备操作的安全性。与此同时，结合司机身份识别系统以及云端服务，能够结合管理体系要求防止非法作业以及设备状态和人员操作的监管。

人员监测系统示意图

试点项目系统建设模块清单表

2.5.环境监测子系统

环境监测系统是基于传感器技术、嵌入式技术、数据采集技术、无线传感网络与远程数据通信技术为一体的新型在线监测系统，可以监控工地现场施工环境的PM2.5、PM10、温度、湿度、噪声、风速、风向、气压等数据，为行业监管部门评价文明施工及环境水平提供有效的远程监管手段。

3.智慧安监系统的实施

以培育一批标准化、绿色化、信息化的“智慧工地”为目标，探索建立基于数字化工地的智慧安监体系，通过提高安全监管效率、改善监管手段引导施工现场进行数字化、在线化、智能化升级。考虑到不同企业、不同项目的投资规模、人员能力、示范效应等综合因素，智慧安监系统实施分为三步骤实施。

第一阶段：方案规划，平台设计

通过委托咨询、招标采购等方式寻找具有较强研发实力的厂商提供方案的规划设计、服务咨询，在设计阶段实现《江苏省智慧工地实施指南》标准草案的制定，同时结合标准要求，不同完成系统方案的设计及平台的升级研发。

第二阶段：试点应用

由市、区两级建筑安全监督机构梳理在建项目情况，根据智慧工地的实施内容结合项目实际，择优推荐试点项目。市和各区建筑安全监督机构至少推荐2-5个试点示范项目，由省级和南京市安监机构组织有关专家审核，择优确定试点项目以及实现建设内容。

第三阶段：应用总结

以智慧安监系统数据为监管参考指标，通过监督员的现场巡检反馈以及系统的数据反馈进行评估系统的参数的可靠性，并委托开发单位进行持续跟踪改进，通过建立试点项目联络小组，及时了解项目各方对系统应用反馈，总结系统实施建设中的问题和经验，阶段性的组织相关转件优化《江苏省智慧工地实施指南》草案内容，并最终形成江苏省“智慧工地”建设和安全监管指导意见。

4.结束语

我国仍处于新型工业化、城镇化持续推进的过程中，建筑业安全生产工作面临许多挑战。一是经济社会发展、城乡和区域发展不平衡，长效监管体制机制不完善，企业责任主体安全生产意识、法治意识不强等深层次问题没有得到根本解决。因此借助于信息化手段来强化市场主体安全管理意识，改善安全管理手段，提升安全管理水平显得尤为重要，对提升行业安全管理水平，遏制安全事故发生有重大意义。