智能技术在建筑工程机械中的应用研究

丁剑波

工程机械“智能化”管理就是通过智能化设备全面收集现场人、材、机等信息，在此基础上感知施工人员的操作行为和设备的运行状态，及时预警报警，有效降低工程机械设备安全事故发生率，大大提高施工现场安全管理效率和水平，确保工程施工人员的生命财产安全和国家财产免受损失。本文以智能化技术在建筑工程机械上的应用研究為基础，探讨通过现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术等智能化技术汇集于一体，给机械装上“智慧大脑”为安全生产保驾护航。结合智能化技术的应用与实施过程，可以发现智能化技术在工程机械领域中的应用范围越来越广泛，其不仅可以提高工作效率，减轻人员劳动强度，提高经济效益，而且有效控制安全生产事故的发生，因此具有广泛的推广与应用价值。

智能化技术;智慧大脑;安全生产;

随着我国大型基础设施建设的飞速发展，特别是今年受新冠疫情影响复工以后，国家和政府大量启动“新基建”项目。工程机械的使用越来越多、越来越频繁。由于我国工程机械施工技术研究起步较晚，加之工程项目的多样化，复杂化及施工环境的不确定性，工程机械设备事故频发，施工人员在施工作业过程中面临极大的安全风险，因此我们要加强驾驶人员的安全技术培训，使他们熟练掌握专业技术和安全操作规程，充分利用高科技智能化手段，有效降低工程机械设备安全事故发生率，确保工程施工人员的生命财产安全。同时降低工程施工对环境造成的污染，不断提高施工质量、提高工作效率。通过集团公司近两年来对智能化技术的利用与实施过程可以发现，智能化技术在工程机械领域中的应用范围变得越来越广泛，这不仅提高了工作效率，增加了经济效益，而且有效地控制了安全生产事故的发生率，值得我们大力推广与利用。

塔式起重机安全监控管理系统（俗称：塔机黑匣子）是集互联网技术、传感器技术、嵌入式技术、数据采集储存技术、数据库应用技术等高科技手段为一体的综合性新型仪器。该仪器能实现多方实时监管、区域防碰撞、群塔防碰撞、防倾翻、防超载、实时报警、实时数据无线上传及记录、数据黑匣子、精准吊装、塔机远程网上备案登记等诸多功能，特别是该仪器的后台着重加强了监管部门对塔机的管理备案程序，是当前安全生产新形势下，建设主管部门和各建设单位采用人性化服务，高效执法的有效手段。

本系统由塔机安全监控管理系统主机和远程监测管理平台组成，如图1，图2所示。主机安装在工地现场塔机上，并连接幅度、高度、回转、重量、倾角、风速、防碰撞模块等多个传感器，且具备内置制动控制和 8G 数据存储等功能;主机 10.4 英寸显示屏，能人性化显示工地现场塔机运行状况;

对此塔式起重机安全监控管理系统，我们经过两年多以来在项目塔机上的应用实施过程，总结出如下优点：

（1）塔机安全监控管理系统能通过无线网络把塔机的各种实测参数实时上传到项目安全的远程安全监测管理平台。专职安全管理人员和专业设备管理人员在远程监测管理平台上可实现特定权限下的查看和管理。

（2）主机安装在工地现场塔机上，并连接幅度、高度、回转、重量、倾角、风速、防碰撞模块等多个传感器，塔机司机可根据显示屏显示数据实时掌握塔机运行状况，一旦显示数据异常报警可及时检查，并采取有效措施消除塔机安全隐患;

（3）现场安全部专职安全管理人员和专业设备管理人员在远程监测管理平台上可实现实时监控，能有效约束塔机司机人员严格按照安全操作规程进行操作，杜绝了部分塔机司机上班时间玩手机、听音乐、看视频等现象的发生，对于塔机司机违章操作可实现实时预警、高效处置，消除了由于司机人员操作不当或违反安全操作规程而引起的安全事故。

（4）通过远程监测管理平台可以实现塔机网上申报、建设主管部门审核、审批、监控登记、实时监控、统计分析等各项功能。有利于工地现场安全管理部门及安监机构对塔机进行实时在线监管，实现安全状况分析、塔机网上备案和登记、塔机开工统计、塔机地理位置显示和历史数据分析查阅等智能化管理。

随着建筑技术的高度发展，数百米高的建筑物已很普遍，塔式起重机使用高度越来越高成为常态，致使身在高处的塔吊司机凭借肉眼视力很难看清地面被吊物和周围环境的情况。另外，建筑物的密度越来越高，吊卸被建筑遮挡住塔机司机视线的物体是常有的情况（如图3，图4）。这种情况下塔机司机完全依靠塔吊指挥信号工的指令操作，不仅工作效率低，还会因塔吊指挥信号工的指挥失误或通信障碍造成安全事故的发生。

为了有效消除此项安全隐患，塔式起重机吊钩可视化系统孕育而生。我们集团公司在2018年初要求所属分公司、项目部在高层、超高层建筑施工现场塔机上安装了塔机吊钩可视化系统，不但解决了视觉盲区全景监控、安全保障、工作效率问题，还能够保存吊钩的位置和吊钩周围情况的视频，并能够连接网络把实时和历史视频传输到项目安全部及上级安全监管部门。

塔式起重机吊钩可视化系统主要由安装在驾驶室内部的主控一体机及安装在小车上的自动跟踪高清摄像头、大容量锂电池、工业网桥、高度传感器及装充电装置等部分组成，实现自动跟踪完成引导工作。

使用功能及优点：

（1）塔机吊钩自动跟踪：摄像机焦距、倍率、光圈、转向、垂度调整，搭配专用视频分析仪，有效控制仪器自动调整，无需塔吊司机采取其他任何操作来辅助调整。

（2）降低盲吊安全风险：在工地现场的作业中，存在塔吊需要横跨低矮建筑作业的情况，当吊钩下放到低矮建筑物另一面时，由于建筑物的遮挡，塔吊司机看不见吊钩，完全由地面塔吊指挥信号工指挥操作，给塔吊作业带来很大危险性。本系统摄像机将实时跟踪吊钩，不受建筑物遮挡，通过摄像机拍摄的全景画面引导塔吊司机作业，塔吊司机将可以更放心、更安全的操作。

（3）可避免由于塔機指挥信号工指挥失误和人工语音差异误导。减少司机的误操作。

（4）作业视频存储：本系统中的硬盘录像机实时记录并保存采集到的视频信息，只要通过读取硬盘录像机里的视频信息，即可还原当时的现场作业情况，方便安监部门及工地安全部门监督管理。

（5）实现数字化工地监管：本系统中提供网络接入功能，远程监管人员通过互联网即可查看任何安装了此系统的工地现场情况，方便了工地安全监管部门的集中管理，更有效的解决了施工工地多、现场情况复杂，无法全面统计监控的难题。

（6）有效降低人力成本，提高塔机工作效率，提高经济效益。

（7）最新安全生产形势下提升安全监管效果，减少安全事故，是推广数字化“智慧工地”不可缺少的行业利器。

施工升降机安全监控管理系统是一款全新施工电梯智能化/升降机/ 物料提升机（简称施工升降机）安全监测、记录、预警及智能控制系统，该新型系统能够全方位、全天候实时监测施工升降机的运行工况，且在有危险源时及时发出警报和输出控制信号，并可全程记录升降机的运行数据，同时将工况数据传输到远程监控中心，如图5所示。该系统是集精密测量，自动控制、无线网络传输等多种高科技技术于一体的电子监测系统，包含有载重监测、人数监测、速度监测（防坠）、倾斜度监测、高度限位监测、防冲顶监测、门锁状态监测，驾驶员人脸身份识别等功能，是现代建筑起重机械领域最新型、最全面、最可靠的安全防护设备。

施工升降机安全监控管理系统由安装在施工升降机内部的安全监测仪和施工升降机远程监测管理平台两部分构成。施工升降机安全检测仪安装在升降机吊笼内，该设备能实时检测升降机的载重，人数，驾驶员身份识别，升降机实时高度，运行速度，门锁状态，倾斜度以及内部抓拍，并通过 GPRS 模块实时将数据上传到远程监控中心，实现远程监管，主机标配 10.1 寸 LED 高亮液晶显示器，显示直观明了。

施工升降机安全监控管理系统具有如下明显优点：

（1）集安全监测预警、黑匣子、拍照、司机人脸识别、乘载人数识别等功能于一体;主机安装在驾驶员前方位置，更便利于驾驶员实时读取监控数据，了解设备运行工作情况;

（2）系统具有多项安全监测功能：能够实时监测施工电梯的载重、人数、速度、高度限位、门锁状态、导轨架倾斜、笼内视频监控、操作人员身份管理等的安全信息，人脸识别模块安装在驾驶室内方便驾驶员身份识别，报警信号控制线接入升降机的操控台中，串联至升降机上升运动控制线路中，通过智能联动，实现非驾驶人员无法进行操作，其它异常报警时自动切断电源，使主机不能启动，对设备系统的各种危险因素进行有效防护。

（3）通过多项安全监测功能形成的超载、超员信息在显示屏上直观化显示，有效化解了司机与乘用工人之间为抢乘电梯和超载运输所发生的矛盾，提高了运输工作效率。

（4）本系统所形成数据可通过无线网络功能传输到远程安全监督管理平台，实现安全监管部门对建筑机械的远程管理和控制;

（5）自动语音播报系统，在系统出现危险、电梯启动运行时、电梯达到目标层时均会自动发出语音播报信息，提醒司机和乘客;

（6）断电保护，在意外断电的情况下系统能够依靠备用电源将设备进行安全锁定，提高设备安全性能。

4结语

综上所述，随着互联网、物联网、人工智能等技术的高速发展，智能化技术为传统建筑工程机械向智能化方向转变奠定了可靠的基础。智能化设备通过全面收集现场人、材、机等信息，在此基础上感知施工人员的操作行为和设备的运行状态，及时预警报警，大大提高施工现场安全管理的效率和水平。“智能化”管理在建筑工程机械中的优势、技术价值和社会经济效益日益凸显。一方面，为人们的工作生活带来了极大便利，保障了人民生命财产安全;另一方面，为我国建筑行业的安全管理提供了有力保障。目前，智慧工地的发展还处于初级阶段，以安全建造为契机，加强业内同仁的沟通和探讨，逐步在施工机械设备上融合BIM技术、大数据、云计算、人工智能等先进技术，最终实现基于“智慧工地”的绿色建造、智能建造。

The "intelligent" management of construction machinery is to comprehensively collect on-site people， materials， machines and other information through intelligent equipment， on this basis， perceive the operating behavior of construction personnel and the operating status of equipment， timely warning and alarming， and effectively reduce construction machinery equipment The incidence of safety accidents greatly improves the efficiency and level of safety management on the construction site， and ensures the safety of life and property of project construction personnel and the protection of national property from loss. This article is based on the application research of intelligent technology on construction engineering machinery， and discusses the integration of intelligent technologies such as modern communication and information technology， computer network technology， industry technology， intelligent control technology， etc. Escort for safe production. Combined with the application and implementation process of intelligent technology， it can be found that the application range of intelligent technology in the field of construction machinery is becoming more and more extensive. Occurrence， so it has a wide range of promotion and application value.

intelligent technology; intelligent brain;