“智慧工地”可视化综合管理平台

[关键词]智慧工地;可视化;管理

一、项目背景

（一）建筑业安全事故多发

建筑行业是我国国民经济的重要物质生产部门和支柱产业之一，在改善居住条件、完善基础设施、吸纳劳动力就业、推动经济增长等方面发挥着重要作用。与此同时，建筑业也是一个安全事故多发的高危行业。

近年来，在国家、各级地方政府主管部门和行业主体的高度关注和共同努力下，建筑施工安全生产事故逐年下降，质量水平大幅提升。但不可否认，形势依然较为严峻，尤其是随着我国城市化进程的不断推进，建设工程规模也将继续扩大，建筑施工质量安全仍不可掉以轻心。

如何加强施工现场安全管理、降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高建筑工程质量，仍将是摆在各级政府部门、业界人士和广大学者面前的一项重要研究课题。

（二）国家政策的管理监控

2010年，国务院下发《国务院关于进一步加强企业安全生产工作通知》23号文件，同年质监总局下发164号文件，要求在建筑起重设备上必须加装安全监控管理系统。

2014年，国家住房和城乡建设部更是提出了加快推进市场监管一体化平台建设的布署，推进了全国各省市建筑信息监管一体化平台建设的进程。真正实现“数据一个库、监管一张网、管理一条线”。

2015年11月，《全国安全生产监督监察系统推进安全生产监督检查随即抽查工作实施方案》，强调建筑行业安全监管系统建设的全面覆盖工作给出指导意见。

2016年8月，住建部发布《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中指出建筑业企业的信息化要重点发展基于互联网的协同建造应用系统和建筑企业信息化的关键技术，推动标准化建设，提高建筑业主管部门的管理、决策和服务水平，实现建筑业信息化建设跨越式发展。

2017年3月，住建部办公厅关于《进一步加强建筑施工安全生产工作的紧急通知》明确指出，要督促建筑施工企业加大安全生产投入，严格各项安全标准和要求，进一步加强和规范企业安全生产管理工作，推进企业全员、全方位、全过程的安全管理。

二、行业现状

（一）工程建设规模大、场所固定

建筑工程建设具有明显的生产规模大宗性与生产场所固定性的特点。

建筑企业70%左右的工作都发生在施工现场，施工阶段的现场管理对工程成本、进度、质量及安全等至关重要。同时随着工程建设规模不断擴大，工艺流程纷繁复杂，如何搞好现场施工现场管理，控制事故发生频率，一直是施工企业、政府管理部门关注的焦点。但是由于传统的施工现场管理具有劳动密集和管理粗放特性，导致以下问题尤为突出：

安全意识薄弱、安全教育走过场、现场安全检查效率低。安全管理归根结底是对人的管理，搞好对人的管理关键是提高全员的安全素质。

（二）施工现场职工流动性大、管理难

由于行业的特点，施工现场职工的流动性很大，有的企业和项目部大量招收农民工，施工安全知识相当缺乏。即使采取了职工三级教育措施，可是教育内容都是公式化、简单化、陈旧化，没有任何针对性，员工的素质得不到预期提高的目的。

工地现场人员组成复杂、施工人员流动性强、管理难度大。施工现场工种包括钢筋工、混凝土工、砌筑工、木工、电工、油漆工、水暖工、架子工（搭设脚手架）、机械工、测量放线工以及辅（杂）工等等，由于工种种类多，施工队伍多，传统的手段难以验证工人身份;施工队伍人员交替平凡，流动性大，加之工地现场开放性管理，闲杂人员随意进出，为工程现场种下了诸多安全隐患的 “种子”;工人出勤缺乏电子记录，工资核算与支付证据链不清，劳资纠纷频繁发生。

（三）施工场地环境复杂、监控难

工程现场施工机械安全事故频发，人员伤亡事故损失大。升降机、塔吊等高发事故危险源点多、线长、面广，单靠人力巡检排查，工作效率低，而且难以做到全过程、全方位的监督管理，容易出现监管漏洞。

施工过程环境污染监测困难，预防效果不明显施工现场的扬尘、噪声的监测工作存在周期长、数据量大的特点， 传统方式依靠人工测量，耗费人力、工作效率，记录的数据缺乏客观性及说服力。与此同时，数据只能用于后期追责，做不到前期预防，及时防治。

施工场地环境复杂、人员监管成本大、问题回溯难。

首先政府管理部门无法实时对辖区所有工地进行全方位视频监控及安全管理。管理部门须亲自派人到工地进行安全检查及监督;施工企业无法实时对工地生产进度及安全措施进行全方位监控，施工企业必须亲自到工地后才能了解到工地进度及存在的隐情。

其次安全事故发生后，企业缺少可靠的数据，难以定责，增加了事故处理的难度;施工企业无法对事故原因准确分析，降低了事故预防的可靠性。

三、智慧工地可视化的价值

建筑行业是我国国民经济的重要物质生产部门和支柱产业之一，同时，建筑业也是一个安全事故多发的高危行业。如何加强施工现场安全管理、降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高建筑工程质量，是摆在各级政府部门、业界人士和广大学者面前的一项重要研究课题。

在此背景下，伴随着技术的不断发展，信息化手段、移动技术、智能穿戴及工具在工程施工阶段的应用不断提升，智慧工地建设应运而生。建设智慧工地在实现绿色建造、引领信息技术应用、提升社会综合竞争力等方面具有重要意义。

智慧工地是将智慧的理念在建筑工地进行应用，通过智能化技术手段，围绕施工过程管理，建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈，并将此数据在虚拟现实环境下与物联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析，提供过程趋势预测及专家预案，实现工程施工可视化智能管理，从而实现智慧建造、绿色建造和生态建造。

为此，我们提出了在项目建设过程中打造智慧工地、进行施工全过程智慧建造的重要思路与设想。

（一）建设智慧工地的现实需求

当前建筑施工企业面临管理成本压力大、安全隐患发现难、规范操作落地难、现场施工环境恶劣等诸多难解决行业难题的破局。智慧工地解决方案同时兼顾施工方与监管单位的双向诉求，是解决当前工地管理难题的最佳方案，也是建筑行业“互联网+”应用典范。

（二）智慧工地帶来的现实成效

智慧工地建设虽然会增加项目直接成本，使企业在低成本竞争方面处于劣势，但是通过智慧工地建设，给项目带来的经济效益、社会效益则难以衡量。通过智慧工地建设，可产生以下成效：

1.管理动作前置：可使管理动作前置，实现从事后被动补救到事前主动预防的转变，并实时对事故预警、报警进行处理，防患于未然。

2.提升现场管理水平：监管单位、施工企业、现场管理人员及其他相关机构均可在任何时间、任何地点根据授权查看施工现场实时情况并进行监管。

3.提升企业形象：有助于智慧建造的发展，实现了工程实时数据、图片、视频等信息的量化、透明化、公开化管理，为业界提供观摩、交流的机会大大增加，同时提升了项目及企业形象，扩大了企业品牌影响力，为企业赢得潜在市场。

四、组成模块

（一）人员管理模块、有效解决劳资纠纷

随着国家不断加大对建筑劳务市场的监管力度，劳务市场逐步规范，违法劳务分包现象逐年减少，劳务用工逐步规范。但劳务用工管理整体较为混乱的状况还没有得到根本扭转，不少施工企业通过工程承包人或班组长招用民工，且以包代管，对人员不履行相应的管理职责导致：人员培训难以落实、民工和企业权益难以得到保障、遇到紧急突发事件时难以得到妥善处理、管理部门无法全面掌握从业人员实际情况、工地出入管理不严、闲杂人员随意进出，引发一系列问题的出现。

工人与施工单位工资纠纷时常发生，造成群体性事件，对社会稳定团结发展造成了一定的负面的影响。如何通过合理的管理手段使得管理部门及时掌握施工从业人员的工作实际情况成为一项很迫切的工作。

1.涉及问题

数字化工地人员管理系统的建立，可以有效串联起相关部门或者单位，为解决建筑企业与从业人员的劳资纠纷提供了重要的数据依据。主要涉及以下问题：

（1）社会上的一些不法份子恶意敲诈却拿不出合理证据。由于各主管部门管理严格，施工企业有意拖欠民工工资现象不太会存在，但是，反而出现了一些农民工以“拖欠工资”为由进行敲诈的事件。而一旦出现此类事件，相关的主管部门就以“稳定压倒一切”为理由让施工单位承担责任，企业只能“哑巴吃黄连，有苦难言”。

（2）经常会有工资纠纷或班组长以工程亏损为由半途要求追加工程款。

（3）经常会录用到有不良记录、缺乏安全教育及职能教育的农民工人，给安全生产管理带来隐患。

（4）无法及时掌握施工现场的劳动效率。

（5）在出现现场事故时无法及时掌握工地人娄及人员分布情况。

（6）对于真正出入工地的作业民工出勤人数不清、出勤天数不清，导致实际工资无法结算。大部分工地在实行点工制的模式时，对工地现场作业人员的人数以及人员上工的天数统计不全或无法统计导致引起工资纠纷，最终以企业受损终结。

（7）建筑企业的实际情况：层层转包，包工头结钱跑路，民工只能向总包企业讨薪。建筑工程中各项目基本都以承包的方式合作，包工头基本上都为自然人，包工头与总包企业结完工程款跑路的案例时有发生，如此一来民工只得向企业讨薪，企业为此或许又搭上损失。

（8）非工地作业人员随意进出工地造成意外伤害。建筑工地实地现场多为敞开状态，无论是否为工作人员都能随意进出，同时工地又是事故多发场所，也常有闲人或小孩在施工现场遭遇事故，这无疑又是需要企业买单。

（9）管理设备已具备，但却管理不到位。在经历了一些不必要的损失后，一些企业也开始重视作业人员的管理，但却又找不到合适的管理系统及管理方法。

2.系统亮点

（1）支持移动终端，用户登录手机软件即可快速浏览工程施工人员状态。

（2）数据远程云存储，永不丢失，安全可靠。

（3）支持多用户登录系统，支持劳务公司、班组长登录操作。

（二）视频监控模块、全面掌握施工动态

视频监控无疑是施工企业对施工现场最直观的科技监管手段之一。

现代监控的联网、高清、无线 三方面更加贴合工地行业应用的实际场景。项目远程视频监控系统可应用于项目施工生产、质量、安全、文明施工管理等方面，管理者可及时掌握施工动态，对施工难点和重点及时监管。

监控范围全面覆盖现场出入口、施工区、加工区、办公区和主体施工作业面等重点部位，还可结合移动单兵设备进行工地常规巡检或应急救援、隐患排查、项目验收、组织专家进行远程指导等情况使用。

（三）塔吊安全监控系统、降低生产事故发生

塔机安全监控管理系统是独立不属于塔机上的安全监测监控系统，其在塔机防超载、特种作业人员管理、塔机群塔作业时的防碰撞等方面的应用，为降低安全生产事故发生，最大限度杜绝人员伤亡发挥着重要的作用。

1.力和力矩监控

塔吊在作业过程中，超限超载比较容易发生，轻者造成塔机关键部位疲劳，缩短塔机使用寿命;重者直接导致塔臂断裂或塔吊倾覆，造成大量人员财产伤亡。

（1）安装智能力矩监控设备，自动采集每吊重量;

（2）司机室安装显示屏，实时显示每吊重量，司机随时可看;

（3）当吊重超限超载时，系统自动声光预警;当起吊重量大于相应档位的允许额定值时，系统自动切断上升方向的电源，只允许下降方向的运动;系统可智能判断塔机的起重量与起重力矩，在控制塔机危险操作动作时，分自动控制降挡减速和降挡停止两个过程逐步减速，有效的保证了塔机的操作安全;

（4）塔吊每吊数据均通过 GPRS 模块实时发送到监控系统平台，远程可同步监控。

2.群塔作业监控

群塔作业时，由于塔吊大臂回转半径的交叉，容易造成大臂之间碰撞事故发生;由于视觉误差或司机误操作，高位塔吊吊绳与低位塔吊吊臂在交叉作业区容易发生碰撞;塔吊吊物与周边建筑物容易发生碰撞。

（1）群塔中每塔均安装防碰撞监控设备，对塔吊作业状态（转角、半径、塔高等）进行实时监控，塔吊智能识别和判断碰撞危险区域;

（2）大臂进入碰撞危险区域，系统即开始声光预警，距离越近， 报警越急，及时提醒塔吊司机停止危险方向的操作。

3.特定区域监控

由于塔吊大臂回转半径较大，容易出现大臂经过学校、马路、房屋、工棚等人群密集区域;塔吊钢丝绳容易碰触高压线;塔吊容易撞击高层建筑、山体等周边高物。

装区域保护监控设备，设定塔吊作业区域，智能限制大臂或变幅禁入特定区域，实现区域保护。配备智能人脸识别/指纹识别。

塔吊和塔吊司机的管理一直是监管的重点，也是难点，塔吊备案制的实行成效显著，但塔吊量大面广，施工现场仍然存在无资质塔吊;塔吊司机持证上岗的要求是严格的，但对于无资质顶班仍然监管乏力。

（1）通过塔吊监控系统平台，对塔吊实行在线备案管理，对塔吊的安装、拆卸和移机进行全方位远程异地管理;

（2）通过对塔吊司机实行人脸识别/指纹识别、实名制管理， 进行有效监管。

（四）吊钩盲区可视化系统、实时高清展现工地

1.系统概述

塔吊吊钩可视化系统是基于塔吊作业行业需求，根据实际工况，向市场推出的一款全新智能化视频作业引导系统。

该引导系统能实时以高清晰图像向塔吊司机展现吊钩周围实时的视频图像，使司机能够快速准确地做出正确的操作和判断，解决了施工现场塔吊司机的视觉死角，远距离视觉模糊，语音引导易出差错等行业难题。能够有效避免事故的发生，是新形势下提高工地现场施工效率，减少安全事故率，减少人力成本，推广数字化标准工地等不可缺少的行业利器。

2.系统功能

（1）吊钩可视化监视功能

安装在塔机上的摄像头能实时智能跟踪吊钩下方吊物的情况，并能根据吊钩的位置自动调整摄像头的倍率，保障驾驶员可以清晰的看到吊钩吊载运行的情况。

（2）多路视频监视

根据用户需要可扩展驾驶舱视频、排绳视频、回转视频等特殊部位图1的监控。

（3）视频存储和下载功能

系统具有视频存储功能，存储时间不低于72小时，并可便捷的回放或通过硬盘或U盘导出。

（4）远程传输功能

系统具有远程视频数据远程传输的功能，可通过无线网桥或4G网络将视频信号实时传输至地面管理者监视屏及云平台上，供监管人员远程观察塔吊的实时工作状态。

（五）质量/安全管理模块、实现自上而下责任落地

通过质量/安全隐患巡检系统，移动端在线完成现场安全巡检工作的检查、整改与复查循环，同时数据可以自动同步至Web端进行综合分析。

借助未销项隐患、本月整改情况、隐患级别/类别分布及最近7天隐患趋势等数据分析，监控工程安全管理状态，确保降低和避免安全风险的不利影响。

系统旨在帮助现场安全管理人员提高安全管理能力意识，同时通过信息化的手段实现施工企业自上至下安全责任落地，实时监控项目安全管理状况。

通过系统建立施工企业安全管理数据仓库，包括海量的隐患库、标准危险源、全国标准规范等，以此为基础通过信息化手段实现现场安全检查、整改、复查等业务智能流转。从而实现公司对项目安全状况实时监控、自动生成业务表单，最终通过大数据的手段，对本企业所有项目安全管理状况进行指标分析、趋势分析，为公司决策提供数据依据。

系统采用BS架构，分为PC网页端和手机移动端，PC端用于维护基础数据仓库，打印业务表单，安全数据分析等工作。手机移动端主要用于現场的安全检查、整改、复查等工作。

现场安全员在例行检查过程中，直接通过手机针对隐患问题，直接拍照并填写隐患内容、检查区域、责任人、整改期限、罚款金额等信息，填写完成后系统自动推送给相关整改人。

整改人接到相关隐患整改通知后，对相关隐患进行整改，整改完成后将整改后照片拍照上传至系统，整改结果填写完成后系统自动推送给检查人进行复查。检查人在收到系统的复查提醒后，对现场隐患进行复查，复查合格后将复查结果拍照上传至系统，工作闭合。当复查不合格时，可再次将整改任务推送给责任人去整改。当现场发生重大安全隐患时，系统可自动推送给项目经理及公司相关领导。

通过此套巡检机制，可有效记录现场安全管理业务细节，所有工作环节规范化。整改工作责任到人，防止发生互相推诿事件。同时项目及公司层领导也可以通过手机实时监控现场的安全隐患状况，重大隐患随时提醒到手机上，做好事前控制，防患于未然。

（六）智能巡更模块、解决信息传输问题

1.系统概述

移动巡更系统不需要购买任何硬件设备，可以安装在任何智能手机和在电脑Web中显示的施工管理系统。用于帮助施工管理方解决施工作业方式难以有效监督和绩效评估，信息反馈滞后难以分享给相关的管理人员，巡检结果难以分析等诸多问题。

2.系统功能

（1）新建项目功能

按不同的工程在电脑Web端建立项目，在项目内添加巡查人员。可根据人员所在项目，自动归类上传数据到相应项目中。

（2）编辑巡更点功能

可在系统中新增、删除、改变巡更点，将需要检查项目的信息和巡更点对应。

（3）生成二维码功能

设置巡更点后，系统会自动生成二维码，用户可下载、打印二维码。

（4）巡查人员设置功能

将巡更点、巡更线路与巡查人员绑定后，该巡查人员的巡查记录能够自动归类到相应项目中，避免项目之间信息混淆。

（5）在线巡更功能

巡查人员在工程现场用手机扫描二维码后打开巡查页面，在该页面中能够填写巡查日志，拍摄、编辑现场照片等。这些信息能够即时自动上传云端服务器，并保存。

（6）结果自动反馈功能

巡查情况实时同步，用户可在电脑Web端或者手机移动端内查看工地巡检情况，包括巡查时间、巡查日志、巡查位置和问题反馈等内容。

3.系统亮点

（1）一键转任务

在手机APP中可将巡查问题直接转成需要解决的任务，包含参与人、解决时间要求、可见人（监督人）等，有助于问题快速有效处理。

对外可查除了项目相关人员对巡查详情可见，其他人员可扫描现场二维码查看巡查概况。有助于企业领导和相关部门对工程现场管理监督。云端存储所有巡查信息全部存储在云端服务器内，用户通过账号在任意手机和电脑上使用移动巡更系统。

（2）记录导出

项目巡查信息支持批量导出，作为工程项目过程资料。

（七）扬尘噪音监测系统、数据检测和报警展示

扬尘噪音监测子系统，是建设工程扬尘噪音可视化系统数据监测，和报警展示的平台端与监测设备端。

通过监测设备，对建设工程施工现场的气象参数、扬尘参数等进行监测与显示，并支持多种厂家的设备与系统平台的数据对接，可实现对建设工程扬尘监测设备采集到的PM2.5、PM10、TSP 等扬尘数据、噪音数据、风速、风向、温度、湿度和大气压等数据进行展示，并对以上数据进行分时段统计，数据上传至上海政府环保平台。

五、思考

為打造国有企业科技创新样板工程，集团公司持续加强科研平台、人才队伍建设，大力推进智慧工地建设，深入研究探索，以技术质量、进度、费用、职业健康安全、绿色施工和环境保护为首要目标，基于以往装配式构件施工技术理论，结合现场实际进行创新。

智能采用工厂进行构件组装质量可控，也解决了施工场地狭窄、工序交叉作业的问题。通过智慧平台相关功能的研发，在环保、节材等方面为项目带来更大的经济效益。搭建“智慧工地”平台，通过支护探测装置的开发和现场精细化智能化管理，具有提质增效，提高施工现场安全管理水平。

通过技术创新与有关技术标准和规范相结合，可为企业开拓更加广阔的市场空间，也为工法由现行企业标准向行业标准、国家标准、规范的提升创造了有利的条件。