智慧工地系统在房建施工安全管理中的应用

姬广印 王浩南

（中建八局第二建设有限公司，山东济南 250000）

1 概述

据住房和城乡建设部办公厅发布，2019年全年我国房屋市政工程发生的生产安全事故共773起，其中伤亡904人，相较2018年数据各增加39起、64人。

高处坠落占比53.69%；物体打击占比15.91%；土方及基坑坍塌占比8.93%；起重机械伤害占比5.43%，其他类型伤害占比10.47%。

2019年全国房屋市政工程生产安全事故如图1所示。

图1 2019年全国房屋市政工程生产安全事故类型分布情况

在施工现场中，安全管理一般由施工单位主管，管理水平受到管理人员得到的信息和自身专业水平限制，难以做到考量全局。目前，智慧工地系统已经得到应用，信息技术包括BIM技术、物联网技术和定位技术等。技术的应用为施工现场的安全管理模式的转变提供了动力，可对施工现场的人、物和环境进行全面监管，及时发现问题，便于施工现场的快捷高效管理。

2 智慧工地系统的关键技术

2.1 BIM技术

BIM技术是一种集自动化导入和应用、信息化程度较高的管理和企业资源计划系统。初期主要在技术层面应用，包括场景展示、工程计算、检查碰撞等。随后开始在房屋建设项目的基础管理数据中应用，包括楼层数、空间关系、构建数目等。现在BIM技术在支护工地中的管理包括对服务、技术、安全、进度和绿色施工等五大管理模块。BIM技术的优点包括协同性好、过程可视化和可模拟[1]。

（1）协同性好。

房建项目中，在设计、监理和分包管理等重要环节都需要一些专业软件同时处理数据，会存在系统之间是否兼容的问题。如果格式和标准不一致，会产生复杂的技术问题，相互协同难度较大。基于BIM技术的模型可以将统一数据基础进行共享，虽然个人考虑的角度不同，但可以避免因信息不对称引起的问题。BIM模型可以将个人创建的信息数据、设计图纸和施工图纸进行共享，提高数据的可用性，工作效率也显著提升。

（2）过程可视化。

BIM模型创建的全过程包括在初步设计阶段、深化设计阶段、施工和维护管理阶段的研究、讨论和决策等均为可视化，可以提前避免产生错误。BIM技术软件可直接建立三维立体模型，相较于二维图纸，可将颜色、材质等特性进行区分，能够通过三维立体图形看到建筑物的整体形象，减少图纸阅读和理解的时间，避免二维图纸存在某些不明确点产生错误。

（3）可模拟。

BIM技术的另一优点是可以进行施工动画模拟，通过对BIM模型的扩展，利用软件和对不同时间节点的施工方法和过程等进行联系，施工前明确项目整体过程的关键点，随时监测项目过程，便于调整施工的方案，显著提升项目管理的进度。BIM模型创建包括对施工现场的布置和安全情况的模拟，确定车辆的合理出入路线、机械的合适摆放位置、制定安全合理的逃生路线，提升安全事故中人员的存活率。动画模拟可使工作人员更易理解和接受，降低施工现场的安全管理难度。

2.2 物联网技术

物联网技术是物与物之间建立的一种交互的网络，可全面感知信息，并进行信息采集和传输到终端；确保运输过程中的安全性，获取现场人员的材料和现场机械等相关信息，可以保障能够随时共享；可利用智能算法对现场的数据进行实时采集并快速分析，制定智能化的决策。这一技术可以弥补传统依靠管理人员进行管理和控制中监控不全面的情况，由被动监测管理变为主动监测管理，使管理更合理、更全面[2]。物联网技术包括识别技术和射频识别技术（RFID）。

（1）识别技术。

识别技术是一种普遍使用的信息代码，通过一系列的规则条文和空格进行表达，弥补了传统手工数据录入的错误率较高、效率较低等缺点。在建筑行业中，识别技术通过扫描机械设备和已有材料中的移动终端设备，获取信息数据，利用识别码可直接快速留存和提取相关设备信息，为建筑项目提供技术支持和提升管理效率。识别技术可对项目过程中的物资采购、物资运输和存储情况进行识别，细化管理，可减少物资的浪费。

（2）射频识别（RFID技术）。

RFID技术是通过空间电磁的耦合发送和接受射频信号的技术，主要有三个部分。电子标签，存贮相关要识别信息的数据存储部分；天线，放置于电子标签或阅读器，起到发送和接收射频信号的作用；读写器，读写识别特定格式对象信息的设备。

2.3 定位技术

定位技术现已取得快速发展，是一种能够实现全球覆盖的持续的高精准度动态测量技术。在智慧工系统中使用的定位技术需要综合考虑实际的需求进行决定。

（1）非射频定位。

房建项目施工现场一般较为复杂，很少用到非射频定位技术。

（2）GPS定位。

在建设工程领域中，GPS因其精准度高的特点应用范围较广，但GPS定位要求施工的场地为开放的状态，室内建筑和一些构造物定位会受到建筑物遮挡和室内电子系统电波的影响。

（3）RFID定位。

可对施工项目中的各进度进行详细描述，物料信息的追踪和使用均具有较大的灵活性，与物联网技术能够达到有效结合。

（4）WSN定位（传感器节点定位）。

在施工现场发现安全生产事故时，WSN定位可以依靠无线传输定位系统（Zigbee）准确查询人员所在位置、环境及被困人员数量，通过采取有效救援方案，达到高效救援的目的。

（5）UWB定位（超宽带定位）。

UWB定位信号可携带信息传输给施工人员。

3 智慧工地系统在施工现场安全管理中的应用

3.1 管理施工人员

（1）劳务实名制管理系统。

房建工程施工现场的建筑人员要求不高，且建筑人员各自的技术水平存在差异，会增加安全事故发生的频率，且难以保障工程的质量。相关企业可对施工人员进行实名制登记管理，对建筑人员的年纪、工作经验、水平等进行汇总，建立有效的数据管理信息库。在后期的工作分配中可以根据各自的情况进行分配，未登记人员不可进入施工现场，可保障监督管理工作的有效开展。

（2）VR安全教育系统。

施工人员操作的专业性和施工的工艺是减少安全事故发生的关键，结合建设项目的运行情况，对施工人员进行安全教育较为必要。VR虚拟现实技术已较为成熟，应用于建筑行业，通过三维动态模拟施工现场，使用VR眼镜对施工中各流程进行了解和学习，对安全事故进行模拟体验，使施工人员能够学习紧急情况的处理措施，加强施工人员的感受，降低安全事故发生的概率。

（3）安全帽智能管理系统。

在施工现场，安全帽是施工人员的首要防护用品，传统的安全帽防护主要依靠坚硬的外壳和减震设计。安全帽智能管理系统是与RFID技术、无线通信技术、BIM技术、语音通信技术结合的智能化、现代化管理系统，可对佩戴人员进行身份识别，管理者可及时掌握工人的工作情况和分布情况等[3]。施工现场的安全管理人员可定期将信息上传至管理系统，分析并预防施工现场的风险。施工人员处于危险区或者操作不规范时，安全帽可以发出警报，及时有效避免高空坠落风险。

3.2 塔吊安全监控系统

塔吊安全监控系统指在塔式起重机上安装监控系统以及无线传输设备，对设备运行记录、设备参数等进行分析和输出，实现塔吊的动态监控。运行过程中发生操作违章时，会发出警报。安全监控系统可以安装防碰撞系统，超重或即将发生碰撞时及时报警、提示司机，司机可以根据信号选择适当的措施，避免安全事故的发生。

3.3 深基坑监测系统

深基坑监测系统是利用土压力盒、锚杆应力计等智能化传感设备，监测基坑开挖、支护施工和周边设备或建筑稳定情况。将互联网和信息进行整合，利用针对性的监测仪器测得数据，并将数据及时发送到监测平台进行分析，分析后可将结果反馈到对应的工作人员，一旦数据异常，立即进行警报，可使技术人员及时发现并解决问题，提高基坑监测的准确性。

4 结语

综上所述，顺应我国建筑行业发展的需要，智慧工地系统应用到房建施工现场的安全管理工作较为必要。将BIM技术、物联网技术和定位技术与施工现场的安全管理工作进行融合、完善和创新，可以加强部门之间的配合，规范现场的安全施工，促进我国建筑事业的安全快速发展，实现城市的智慧建设。