智慧交通建设现场质量安全巡检系统应用

◎田勇何远义周鸿陶超

随着我国对国家大型工程的精细化管理的要求，对工程建设参与方的管理水平提出了更高的要求，作为设项目的政府主管部门、业主或承包商来说，在现有管理体系下，如何高效、精细化地管理项目安全质量已经是摆在管理人员面前的一个重要问题。本文以智慧交通建设现场质量安全巡检系统为课题进行探讨，依托某高速公路建设项目进行详细阐述。

一、工程概况

某高速公路建设项目全长53.923 公里，其中X 县37.75公里，Y 县16.173 公里。项目总投资89.3 亿元，路线主线全长56.534 公里，全线共设置8 个互通，设计速度为80 公里/小时，双向四车道，整体式路基宽度24.5 米，分离式路基宽度2x12.25 米。主线共设置桥梁45 座，桥梁设计荷载全线采用公路-I 级；主线共设置隧道15 座，高速公路第三合同段，起点（ZK16+900-YK16+940 段），止点（K28+480 段），全长11.54389 公里。高速公路第二合同段，起止桩号：K5+385~K9+444-ZK16+900-YK16+940 段。，高速公路第一合同段，划分为两个主体标段，其中一标为路基标，起止桩号：K0+000~K5+385，二标为隧道标，起止桩号：K5+385~K9+444，包括四新特长隧道及其附属结构，隧道全长4073 米。

二、智慧交通建设现场质量现状

工程项目建设管理历来是一项复杂的管理课题，特别是交通工程建设项目普遍具有投资大、建设周期长、参建单位多、地域分散、交通不便、并且受地域与气候因素影响较大等显著特征。这些项目特征及其包含的复杂业务流程、繁琐的工程数据给主管部门、项目业主、监理和承包商等项目参与方之间的信息传递、管理行为的落实和及时正确的决策指令的发布造成客观制约。

随着新兴信息技术及相关信息技术的发展，交通工程领域信息化虽然得到了快速发展，但在信息化应用方面却仍处在一个较低的水平，因此，在传统安全质量管理中结合新兴信息技术使管理更加智慧化、便捷化就显得非常重要。又由于交通建设行业及一系列复杂大型工程施工安全管理的需求增加，导致安全管理和成本控制中的不确定因素增加，致使施工管理问题凸显，安全风险放大，施工管理成本和效益都处在不可控的风险中。在此背景下，本课题秉承“智慧质安、智能质安”的方针，拟开发一款基于IOT 智能穿戴设备的交通建设现场质量安全主动巡检系统平台，保障交通工程质量安全，建立交通工程质量安全监督管理信息系统，通过信息化的手段来控制交通工程的风险。

现有工程质量安全管理过程中依然存在如下问题：

1.现场施工人员质量安全意识不强。

项目管理人员虽树立了质量安全生产管理意识，但在现场工人存在侥幸心理，质量安全问题往往因此而生。

2.现场质量安全管理人员配备难以达到理想状态。

受制于施工现场的作业面及复杂的施工环境，项目难以按最理想状态配置质量安全管理人员，通过巡查进行现场安全管理，无法达到全程无死角监控，市面上出现了一些巡检信息化软件，但仍以人工到达现场的数据录入为主，无法解决效率提升和数据真实性问题。

3.安全教育考核制度难以真正落实。

由于工程建设项目通常工期紧、强度大，对现场工人进行深入的安全教育培训难度大，并且由于施工人员文化水平参差不齐，多数对书面材料接受程度低。

4.施工现场安全管理科技措施不足。

目前项目采用的摄像头多数是对现场进行远程全局性宏观监控，无法对个人或工程结构部位进行精细化的跟踪管理。

5.现有信息系统数据采集困难。

现有信息系统数据采集困难，部分系统建设完成后无人问津，形成摆设，造成资源浪费；且相关系统数据的关联性较差，形成大量的独立数据和信息孤岛，给工程质量安全管理及数据再分析利用形成了严重的工作瓶颈，无法提供切实有效的数据基础。

6.施工单位包管安全管理的弊端。

目前，我国大部分交通建设项目安全管理的方法基本是由施工单位项目部针对项目实际，结合企业的项目安全管理体系，制定出一套安全措施，然后对项目参与人员进行安全培训与安全知识教育，安排相应的安全管理人员进行实施。此种做法的弊端：

（1）施工单位项目部仅能根据本企业与业主的合同内相关工作。 制定方案，其无法延伸到整个项目通盘考虑；目违法分包、或企业内部承包的状况严重，部分项目管理基本脱离了业主单位的掌控。基于以上原因可以看出，交通建设项目安全管理工作不是有一个单位就能完成的，需要强有力的整合和改进，是整个项目安全管工作。

（2）企业内部安全管理人员隶属于公司层面，施工单位项目部的方案如遇公司体系有差异，很难按实际出发制定；

（3）施工单位项目部的专业和能力所限，很难制定出全方位的安全保障体系；

（4）项目所派驻的安全管理人员人数及水平的不足，很难制定方案及措施得到有效落实和监管。

基于以上原因可以看出，公路工程项目安全管理工作不是有一个单位就能完成的，需要强有力的整合和改进，是整个项目安全管工作成为一个整体，保障各项制度和措施的落实，这就需要业主方来主导。

7.建设单位安全管理的工作重点。

创造性地开展一系列的工作，利用有限的资源，深入项目管理内部，主动整理制定相应的政策，引导和约束各参建单位共同参与项目的安全管理，明确各方的责任和义务，并制定相应的措施。针对于我国交通建设项目安全管理的现状，业主方要做好以下几项工作：

（1）依托于国内现行的法律法规做好项目安全管理规划，制定好应的规章制度，指导和引领各参建单位开展项目安全管理工作；在规划中做好风险源的辨识和评价工作，并制定相应的安全保障措施，作为项目安全管理人员参考的依据。

（2）在创新模式下组建有战斗力和执行力的项目安全监督组织，弥补我国现阶段交通建设安全监督力度的不足。

（3）开展丰富的安全培训教育活动，建立项目安全文化体系，通过不同的形式，使得项目建设人员的安全意识加强，自我保护意识提高；从而提高整个项目的安全管理水平。

三、智慧交通建设现场质量安全巡检系统研发方案

1.智慧交通建设现场质量安全巡检系统研究内容。

（1）智慧交通建设现场质量安全巡检系统理论分析与实现机理。对智慧交通建设现场质量安全巡检系统核心技术方法和实现机理做进一步的研究，通过智慧交通建设现场质量安全巡检系统将工程参与人员纳入施工管理做可行性研究。选择具体案例对设计的系统平台的相关功能进行模拟，在模拟后对整个智慧交通建设现场质量安全巡检系统做进一步研究。

（2）智慧交通建设现场质量安全巡检系统功能需求与实现。通过对现有或相近的智慧交通建设现场质量安全巡检系统进行功能需求分析和调研，确定所研究的智慧交通建设现场质量安全巡检系统的功能要求及实现方法，搭配前端智能硬件如智能安全帽等拓展系统平台功能。对于功能需求主要从现场数据信息实时采集、地理信息导航、人员精细化管理、人员身份标识、远程协作调度、危险预警、应急救援、隐蔽工程验收、问题处置决策等方面研究确定。其中，现场数据信息实时采集：通过前端传感设备实时采集、存储、上传数据，并支持图像文件的无线传输，可通过WiFi、4G/5G、微波、LORA网络实现移动终端的远程监控与通信。地理信息导航：利用GIS 图层技术实现项目及人员轨迹可视呈现。人员精细化管理：通过GPS+北斗定位技术，完成人员定位和调配；远程协作调度：通过前端硬件智能安全帽内置高灵敏度麦克风及大音量喇叭，支持耳机，实现语音双向通讯、组呼/群呼等功能，便于前后端人员的协作；可通过WiFi、4G/5G、微波、蓝牙等实现与后台的网络通信。危险预警：通过传感器技术，实现危险源监测项目的数据采集与上传，实现预警功能。应急救援：通过一键报警功能向后台及周围人员发出求救信息；通过语音实时与后台沟通，并通过大数据分析技术，实现风险识别及应急救援方案的选择与确定。

2.解决的关键技术问题。

（1）管理方法的创新升级。智慧交通建设现场质量安全巡检系统的构建，实现施工“感知、分析、服务、指挥、监管”五位一体，解决安全生产现场作业过程中的难题，让前端现场作业更加智能，让后端项目管理更加高效，打造“互联网+”时代的智能化管理、精细化管理、作业过程管理、安全隐患双重预防机制结合并重的安全生产管理新模式。

（2）主动感知模型构建。系统建设的首要目标是主动感知，而感知的首要任务是建立系统的“神经网络”，依托众多科研单位的强大实力，对传统质量安全巡检的规则和标准进行优化和调整，建立一套机器语言可识别的数字模型是课题解决的重难点之一。模型的构建不仅仅是规则和标准简单的翻译，更重要的是优化和提炼，形成计算机和智能设备可识别、可互动的逻辑规则，才能自主完成主动巡检任务。

（3）移动通讯技术的深化应用。系统“神经网络”建立后，第二个要解决的关键问题就是要解决与项目现场、管理者之间的信息传递和互动，稳定的通讯网络才能发挥有效的分析、服务、指挥、监管的作用。在整个感知模型内，所涉及的巡检类型及数据类型是多样性的，不仅涉及到基础的流数据，还涉及有视频图像数据和语音数据，这些数据在交互上对网络通讯的依赖程度各不相同，而要确保数据通道的稳定最主要的是要解决通讯的问题，由于工程施工的特点，现场往往存在深山沟壑，隧道、桥梁、边坡等工程类型复杂繁多，甚至还涉及无人区，因此在特定的区域我们要充分运用5G 等最先进的移动通讯技术并将其与现场有线和无线局域网组建相结合，确保网络随时随地畅通。

（4）特定场景的智能语音图像识别技术。主动巡检系统中有大量的图像和语音数据类型，以往传统采集的方法是直接将影像资料存储起来，发生质量安全事故后管理者再从海量数据中肉眼识别或判断事故发生时间段内的质量安全问题，这带来两个问题，一是海量数据存储占用大量空间，造成资源浪费，二是影像资料仅能作为事故凭证，无法提前预判并将事故的损失降到最低。本系统建立后将依据巡检模型的构建，合理选取部分管理节点，研发部分智能识别场景级应用，如外观尺寸判别、未佩戴安全设施等智能识别技术，实现质量安全事故的提前预判和预警。

（5）智能穿戴设备的迭代研发。当前智能穿戴设备在消防应急、矿山开采、公安交警等行业均得到了一定的应用，而针对交通建设行业的智能穿戴设备几乎还是空白，以往的隧道监控和场站安全管理最多采用了基于RFID 技术的定位卡，仅有定位功能，而质量安全管理涉及的更多需求无法满足。本次课题研发的重点之一便是研发一套更符合交通建设行业领域的智能穿戴设备，并至少隐蔽工程影像抓拍、应急语音呼叫、生命体征监测及部分结构部位外观尺寸识别等多项功能。

（6）系统将主动巡检模型。工程结构部位信息与GIS 相结合，形成基于工程项目的线状区位应用地图，再通过区位打点及区位电子围栏设置，将智能穿戴设备和地图相匹配，系统在区域内自动触发巡检机制。

（7）增加检查活动的随机性。通过系统手机端的项目地图与导航功能，各级领导和职能部门可以不打招呼、直接深入工地，随机检查，掌握现场质量安全真实状况，促进管理透明化。

（8）提高整改问题的及时性。现场管理人员根据指令消息通知，针对质量问题和安全隐患，通过系统事先确定的岗位操作人员职责划分，可以快速响应做出安排，提高解决问题的效率。

（9）验证问题的有效性。系统按照过程管理的方法（检查发现问题、解决问题、验证问题）设置，检查人拍照标注检查位置，文字说明检查问题；责任人现场整改问题，原位拍照回复；检查人对整改回复快速有效验证，形成管理闭环，保证现场问题百分之百得到解决，有效防范风险，切实“将隐患消灭在萌芽状态”。

（10）持续改进的有效性。通过多单位、多项目的长期应用，可以积累大量数据，采取数理统计方法，分析质量安全问题缺陷，为精准施策、精细管理提供数据支撑，为质量安全管理的持续改进指明方向。从管理的角度，可以针对常见质量问题和安全隐患制定专项治理措施，提高质量安全管理水平。

3.系统研发技术路线。

四、安全巡检系统经济社会效益

1.经济效益。

通过对智慧交通建设现场质量安全巡检系统的研究，将更好地服务于工程施工安全管理，进一步完善工程行业的工程安全管理体系，尤其针对交通工程行业，将为整个交通行业的旧有管理理念的摈弃、安全管理的革新起到规范和指导的作用，同时也为工程安全管理节省成本，产生显著的经济效益。

2.社会效益。

交通运输业是我国经济发展中重要的行业，在促进经济发展和社会进步中起着重要的作用，是国民经济高速发展的重要保证，也是我国“一带一路”战略极其重要的途径。随着国家在基础设施领域投入资金的增加，交通工程行业也得到了迅速发展，因此，对交通工程行业的质量安全管理显得尤为重要。

五、系统应用前景

通过互联网和云平台对工程建设中的安全，质量巡检管理工作进行程序化设计，根据工程特点可预设多种巡检模块，使巡检流程更加规范，实现自控，监督管控等信息传递的准确性和及时性等技术问题。目前，全国交通质量监督单位暂无此类成熟应用系统，本课题完成后可面向全国各省、市、区质量监督机构推广此类系统。建设单位往往面临人员短缺问题，且大型建设单位管理的工程数量越来越多。针对建设单位，系统可在新建项目、运维项目、养护施工项目上全面应用，以解决人力资源短缺及大数据基础数据收集工作。对类似于中国中铁、中交、中水及地方大型施工企业集团等施工企业而言，工地分散，日常管理难度大，管理数据失真，此系统可有效帮助企业解决用工统计，劳务实名，安全风险防范等多项优势。

结束语

综上所述，对工程施工过程管理的实践应用研究，将以往层级式的组织体系改变为扁平化组织管理体系，有效缩短了管理层与一线工人的距离。还可以在实践过程中根据采集的相关数据通过分析研究，再优化实践管理架构和组织流程，甚至可以打破以前大多数只是程序化的管理，变革为接受非程序化和动态的管理结构，从而使得智慧施工管理发挥出更高效率，更低成本作用，同时优化人与物的协作关系，为工程施工与智能安全帽设计与应用一体化研究起促进和推广作用。