面向智慧工地的塔机安全管理大数据的研究

◆庄 琳

面向智慧工地的塔机安全管理大数据的研究

◆庄 琳

（云南机电职业技术学院 云南 650203）

建设智慧工地是将“物联网+大数据”技术应用于建筑工程施工过程，对各施工环节进行实时监控，对包括施工机械管理数据在内的各类施工数据进行实时收集、筛选及分析，使管理工作更精细、更标准。塔式起重机（即塔机）是比较常见的起重设备，安全事故在它的拆装与使用过程中均有可能发生，因此应该足够重视使用信息技术对其工作状态进行实时监控，及时发现隐患，做好安全管理工作。本文为智慧工地塔机安全管理大数据封面的研究，供相关读者参考。

智慧工地；塔机安全；大数据采集；研究

导致建筑施工安全事故的主要“元凶”分别是发生了从高处不慎坠落、坍塌、被失控物体击中、身体直接接触电源以及起重机械伤害等事件。想要减少甚至杜绝事故的发生，就必须重视对施工现场进行严格的安全管理，保证工程施工的安全工作全部到位，坚决对任何形式的违规行为说“不”。

1 建筑行业施工安全事故及原因

安全事故的出现归根结底是安全管理工作存在漏洞。体现在设备安全方面，不能及时监控施工机械的有效操作时间，不能及时发现施工机械的部件故障。体现在施工人员管理方面，没有做到对参与施工的每一位施工人员进行正规的安全培训，没有对机械操作人员的工作状态进行及时的监督与反馈，没有做到合理地评估机械操作人员的规范化操作水平。

2 建设智慧工地过程中的塔机安全管理问题及有效手段

2.1 智慧工地建设过程中塔机安全管理问题

在智慧工地建设过程中，各建筑单位的建设力度与水平并不相同，有些单位的智慧工地建设不够理想，塔机安全的信息化管理工作也并不到位。以北京的某工地为例，该工地特意在多源传感器的基础上构建了大数据平台，对塔机的工作状态及塔机驾驶员的考勤及工作时间与规范性进行了实时监测，却只是实现了信数据的统一而已，后续工作并不到位，没有对其进行更深层次的挖掘，更没有达到实现可视化管理的高度，可见在实现管理精细化工作方面力度不足[1]。

2.2 提高智慧工地塔机安全管理水平的有效手段

为方便对监测数据进行深度的挖掘与分析，要在第一时间采集与筛选实时监测到的数据，使用ETL技术生成数据仓库。

为得到反映塔机安全问题的有效数据，要对搭机驾驶员的工作状态、工作时间以及班次排列等因素进行统计分析。

3 智慧工地塔机安全管理大数据的研究

3.1 智慧工地塔机安全数据的采集

（1）塔机数据采集

安全监控系统采集到的塔机数据包括塔机使用时间、塔机起重物体的实际质量、小车幅度、力矩比、塔机吊钩的高度与回旋的角度以及塔机的载重比，这些数据的上传频率是1次/10秒[2]。

（2）塔机驾驶员的数据采集

安全监控系统采集到的塔机驾驶员数据包括驾驶员的工作状态、工作时长和操作情况等。塔机驾驶员采用轮班制，每日三班，其中两个白班，一个夜班。白班的工作时间是早6点到中午12点和中午12点到晚6点，每班工作时长6小时。夜班的工作时间是晚6点到第二天早6点，工作时长是12小时。

（3）施工安全培训数据及工人考勤数据的采集

参与施工的工作人员必须在进入工地之前接受不少于3小时的安全培训，培训中心的监控系统会留下每一位接受培训人员的个人信息和接受培训的内容及效果的记录。在进入施工工地之后，每一位工作人员都要接受考勤系统的监督，个人情况及刷卡记录等数据都被收集在考勤记录里，这份记录能给为施工管理人对用工工作进行分析和管理提供有效数据。

3.2 智慧工地塔机安全数据的筛选

（1）塔机数据筛选

塔机的一个工作循环是：塔机在零载重的前提下，从载重数值发生变化开始，塔机吊钩的高度、小车滑动幅度与塔吊大臂的回旋角度等工作参数随塔机操作不断发生变化，最终塔机的载重数值重新归零，重复上述直到过程结束。

（2）塔机驾驶员数据筛选

综合工作记录中显示的地点与时间等数据，将塔机收集到的驾驶员工作记录按班次排列表进行划分，就能对每一位塔机驾驶员的工作情况进行综合的评价。记录塔机驾驶员工作数据的黑匣子并不在塔机上，而是在生产厂商那里。而塔机驾驶员的班次排列表在施工单位可以查到。因此相关数据的筛选工作就由R软件来进行。首先使黑匣子中保存的工作数据和塔机驾驶员的排班数据一一对应，然后删除没有驾驶员与之对应的工作数据，再删除无载重数值的数据，这样就能将有分析价值的数据筛选出来。

（3）违章操作数据筛选

急启急刹数据、载重量超标数据是对驾驶员违章操作情况进行的记录；打回车数据、提前刹车数据和未按标准进行卸货的数据是对驾驶员未掌握规范操作方法的情况进行的记录。

①急启急刹的影响是在启动与制动塔机的提升、变幅与回转机构时，因违章操作导致加速度过大，使设备磨损加强。判断启动与制动的条件是“速度=0，加速度≠0”。使用一阶差分对速度进行计算，启动判断补0在前，制动判断补0在后。使用二阶差分对加速度进行计算，前后同补0[4]。

②超载则表现为吊运重物过程中产生了超过额定吊重的现象。在塔机吊载与超载图上，操作记录用无数个点代替，而塔机驾驶员的班次用符号表示，其中“〇”代表从早上6点到中午12点的白班，“△”表示从中午12点到晚6点的白班，“+”表示从晚6点到第二天早6点的夜班，而塔机额定力矩的曲线则用简单的线条来表示，所有位于线条上方的记录点，都是超载数据，要统计某一班次发生几次超载现象，只需数一数该时间段内线条上有几个点就可以了。

③打回车是由于未能做到及时刹车，使塔机大臂的摆动角度过大，甚至超过了卸货位置，在塔机的速度尚未归零的时候，大臂向反方向回转。根据数据判断这一现象，可见这一个工作循环的最大与最小回转角度均未出现在卸货位置。且本次工作循环的速度值与下一工作循环一正一负。

④提前刹车是在未到达卸货位置时就提前刹车，而后又重复启动，才到达正确位置。根据数据判断这一现象，要观察塔机在未到达卸货位置时的回转速度，该数值至少有一次归零。但由于10秒钟的数据更新间隔，有可能这一次归零发生在两次数据更新之间，所以，如果发现这个数值有降低与提升的变化，也可以视为提前刹车。

⑤尽管塔机停车位置正确，但在货物从塔机上卸下，落至地面，进入固定环节时，塔机却在此时做起升操作，属于不规范卸货。数据上观察可见高度值降低至卸货位置后突然提高。

尽管使用上述数据可以对每位塔机驾驶员的违规操作次数做出统计，从而进行更进一步的分析。但每位驾驶员的工作量是不固定的，因此这一结论并不能合理地反映塔机驾驶员的真实水平，为此，本文主张对违章率进行计算。公式为：

其中为违章率，是指第几种违章操作（按照前述5种违章操作的排列顺序），是提供数据的塔机驾驶员总数，是位驾驶员中的第位，R是第位塔机驾驶员在第种违章行为上的违章率。e是第位驾驶员出现第种违章行为的循环数，t表示第位驾驶员共完成多少个工作循环[5]。

3.3 智慧工地塔机安全数据筛选结果的分析

（1）操作时长对违章率的影响

在两个6小时白班与一个12小时夜班的班次排列下，判断操作时长对违章率的影响，可对每位塔机驾驶员工作时长的数据与对应工作记录进行分析，会发现一个共同点，那就是某些违章率较高的驾驶员中，任何班次的最初一小时和最后一小时违章率都比较较高。管理人员可据此做出原因分析并采取相应应对措施，加强重点时段的监督，降低违章率。

通过塔机驾驶员超载违章率均值与标准差分布图进行分析可见，均值越大，该驾驶员违章率越高，标准差越大，该驾员稳定性越差。这是根据数据做出的非常直观的业务水平分析，管理人员可从图上看出所有驾驶员水平的高低排行，并锁定违章高发人员，采取相应措施。

（2）操作时段对违章率的影响

分析操作的时间段对违章率的影响，可以若干个工地为例，分别计算各工地塔机驾驶员的白班违章率与夜班违章率，并制作违章率对比图，可以看出各工地自身的白班与夜班违章率的对比，以及各工地同一时段违章率的对比。管理人员可根据分析结果加强相关时段的管理力度，并对白班和夜班的工作量进行合理的安排[6]。

将各工地不同时间段不同违章行为发生率制成表格，可以判断各工地塔机驾驶员不同时段不同违章行为的发生率。观察违章率高的违章行为，可以有针对性地找出原因。因规范不熟练导致的违章操作，若发生率较高，则与建筑工人的文化水平有很大关系。

（3）违章率与塔司驾驶员操作水平之间的关系

通过塔机驾驶员的违章率可以分析其业务水平，评分可以用公式进行：

其中为塔机驾驶员的业务水平评分，S为第位塔机驾驶员的评分，其他字母所表示的内容同公式（1）。判断依据是：当S≥4时，可判断为该驾驶员在该操作方面水平为优秀；若3≤S＜4，则该驾驶员在该操作方面水平良好；当S＜3时，便代表水平堪忧了。

依据不同工地塔机驾驶员的违章记录，还可以做出在不同工地塔机驾驶中员的业务水平对比图，对各工地塔机驾驶员的总体水平进行对比。

4 结束语

事故的发生原因在于对施工工地的各项安全指标没有真正做到实时监测与评估，这意味着普及工程管理信息化的力度有待提高。通过对塔机安全大数据的采集与分析，可以使施工管理人员迅速锁定问题位置与原因，并及时采取措施，这对保障施工安全，提高施工质量都有重要意义。

[1]毛志兵.推进智慧工地建设，助力建筑业的持续健康发展[J].工程管理学报，2017（05）：83-87.

[2]徐刚，戴柱天，崔晓军.智慧工地全过程质量安全监管平台研究与实现[J].城市勘测，2019，169（01）：39-42.

[3]张先稳，许健彬.“互联网+”提升智慧工地安全管理[J]. 施工企业管理，2017（04）：32-34.

[4]赵亚斌.浅谈建筑施工现场塔吊的安全管理[J].智能城市，2017（10）：121.

[5]郑清河.建筑施工现场起重机械安全管理[J].门窗， 2017（8）：72-72.

[6]王浩鉴.大数据与起重机械安全管理[J].设备管理与维修，2018，434（20）：24-26.

基于物联网的网格化智慧工地管理系统，编号：2018YGZ19。