基于智能建造的某大型安置房项目安全管理方法应用

按不同的管理项目施工过程的安全管理可分为4个方面：为保证施工人员的安全进行的安全组织管理；为保证设备和施工环境安全进行的场地与设施管理；为保证机器或人员作业安全进行的行为控制管理和为保证工程质量的安全技术管理。通过对人、物、环境和施工技术的安全管理，解决现存的项目安全管理方式和方法的不足和施工工人的安全意识薄弱等缺陷，基于此，智能建造已经开始应用于施工项目的安全管理中。

1　工程概况

某工程安置房项目位于某片区东部，东至规划N6路，南至规划E3路，西至规划N19路，北至规划E1路，计划工期396 d，由中铁建工集团有限公司北京分公司担任施工总承包，项目内容包括地基与基础、主体结构、建筑装饰装修等。图1为项目的主体模型。

图1　项目主体模型

2　智能建造应用于安全管理的优势 

智能建造是对施工人员、设备的位置和建筑外观实行实时监测，将监测数据快速安全地传输到云端，防止出现建筑事故，以BIM为中心实现智慧型决策。智能建造中每项技术均有自己独特的价值，只有结合各种技术才能有效地实现项目的安全管理。

智能建造技术将5G、云计算、大数据、物联网、人工智能等多项技术与BIM技术结合，能使建造过程像人脑思考过程一样默契配合。

3　基于BIM的综合管理平台

本项目基于BIM的综合管理平台主要实现以下3个方面的功能：（1）利用传感器和检测系统对施工现场的塔式起重机情况、施工人员的位置和建筑物外观等数据进行实时采集，以实现建造过程中的全面感知和安全管理；（2）对传感器采集的数据进行分析和处理，对数据进行安全管理，保证数据的时效性和真实性，实现智能决策和智能控制；（3）实现施工的数字化实施，使施工过程更加智能化，实现施工安全和高效管理。

3.1　平台开发

开发综合管理平台时以BIM技术为基础，加入计算机、互联网与物联网思维，利用逆向思维分析需求获取数据，通过导入轻量化BIM模型和最终平台界面的设立完成综合管理平台开发。为此搭建了项目级专项管理平台，为实现施工过程的安全管理提供了技术支撑。平台开发流程如图2所示。

图2　平台开发流程

该平台设物理层、网络层、数据层和平台层。物理层是通过监测系统采集物理环境信息，再通过网络层传输至数据层，形成相应的数据库储存数据，对数据进行处理和分析后，根据不同的类型如环境数据、施工方案数据、模型数据等传输至平台层，平台层与施工人员的终端相连接，可通过客户终端调取所需要的数据信息，对施工现场进行决策和控制。平台架构如图3所示。

图3　平台架构

3.2　平台数据管理

本项目规模大，数据繁冗复杂，传统的纸质化管理不仅效率低、时效慢，且管理过程中易出现错误数据分析而造成重大损失。利用平台进行数据数字化管理，可大幅提升技术水平和数据的安全管理并提高工作效率。

3.3　建设管理平台

数据平台从建设统筹、招采管理、成本合约、设计管理到工程管理、成本质量管理、竣工管理，全流程数据进行统计处理。在数据平台的基础上，针对工程管理专设工程管理平台。该平台具有合同统计的功能，可对纸质版合同进行留存，对合同数量、金额进行统计留档，管理者可通过平台便捷调取合同。

平台内嵌入施工场地BIM模型，模型跟施工现场逐一对应，可根据施工进度实时更新。施工现场设置了高密度的环境监测站，与平台内环境监测系统链接，可对施工现场环境进行全面监测，并对数据进行统计分析。

在施工现场布置高密度摄像头，进行视频数据采集，视频保存7 d，可随时调取查看，提高了施工现场环境的安全管理水平。

由于塔式起重机数量多，整个项目约有塔式起重机1 500台，对此开发了塔式起重机状态监测，可通过平台查看所有塔式起重机的运行状态，并对将出现问题的塔式起重机发出预警，保证施工安全。监测到的塔式起重机信息如图4所示。

图4　塔式起重机信息界面（计算机截图）

根据疫情对人员管理提出了新的要求，为此设立了劳务实名制系统。通过系统可统计分析所有人员的户籍地及数量，确定人员的来源，针对疫情进行分级管理，实现对劳务人员自身健康的安全管理。

4　5G传输技术

随着5G技术的日益成熟，智能建造也越来越广泛地应用5G技术进行数据传输。5G技术具有传输率高、传输速度快和可海量传输数据三大特点。根据5G技术的三大特点，设计了三大需求应用场景，即eMBB（增强型移动宽带）、mMTC（海量低功耗连接）和uRLLC（低延时高可靠连接），以满足大带宽、海量设备接入、低延时、高可靠性的需求。

利用5G智能手段mMTC的物联网传输方式，配合点对点传感器，可及时体现温湿度等物理环境的变化；利用5G智能手段eMBB视频传输方式，配合监控摄像头，做到安防监控及时反映。5G技术可降低传输现场情况的延迟度，提高数据的安全性，通过5G技术的低延迟传输环境变化的信息，对掌握施工现场实时动态具有重大意义。

5　无人塔式起重机智能安装技术

塔式起重机的工作特点决定了它在使用过程中必须频繁启动和制动，且其体积庞大、工作载荷也非常大，正因如此，塔式起重机的安全问题尤其重要。考虑到目前我国现有塔机安全装置可靠性较差，操作人员的能见度、技能和经验有限，为此本项目决定采用无人塔式起重机智能安装技术。

5.1　物联网控制下的塔式起重机监测系统

本项目的塔式起重机监测系统以物联网控制为基础，对物理环境进行数据采集，再将数据经基站传至云端，云端数据通过数据可视化显示在终端。

5.2　塔式起重机检测的定位原理

本项目采用RFID定位技术，以三角剖分原理为基础，定位塔式起重机位置。每个RFID标签均有各自的射频识别范围，通过3个不同位置的RFID标签即可确定该塔式起重机的空间位置。为提高定位精度，在三角剖分的基础上增加一个RFID标签，对得出的塔式起重机位置进行复核。定位原理如图5所示。

图5　塔式起重机定位原理

5.3 　基于大数据计算的塔式起重机监测

本项目塔式起重机施工存在着众多风险，且风险之间存在耦合关系，会形成海量的需监测的危险源信息，部分塔式起重机危险源见表1。

本项目先将每台塔式起重机看作是一个样本并进行编号，将其相关参数视为样本的特征值，在考虑风险因素相互耦合的前提下，基于大数据计算技术对样本按相关规则进行安全等级分类，再将结果传至终端，在终端可准确掌握现场塔式起重机的情况，实现了塔式起重机的智能检测。现场塔式起重机情况如图6所示。

图6　施工现场塔式起重机情况（计算机截图）

6　施工质量检测智能机器人

施工质量监测智能机器人不仅可快速执行质量检测任务，减少检测人员发生事故，且精度更高。本项目钢结构腐蚀检测高空飞行智能机器人的原理是基于云计算技术，检测钢结构的外观，将数据传至云端进行处理（图7），其优点是可进行准确全面的检测，并降低高空作业的风险。

图7　检测高空飞行智能机器人 

现浇结构外观质量检测智能机器人，包括行走机构、图像采集机构、存储机构、传输机构、控制机构以及远程服务器或客户端本，可精确定位现浇结构外观问题的位置，区分问题的种类，提高作业效率（图8）。

图8　现浇结构外观质量检测智能机器人

7　区块链技术

区块链的分布式建筑信息模型化管理系统由4个分布式区块链节点组成，包括建筑设计模型节点、施工信息模型节点、运营维护模型节点和全过程模型监管节点。4个节点通过相同的数据接口对建筑信息的传输、批注和监管，可永久保存所有数据传输信息，实现信息互通，减少信息损失，提高监管层次和监管力度。区块链模型系统的原理如图9所示。

图9　区块链模型系统原理

8　VR安全教育

VR虚拟现实技术已广泛用于智能建筑，通过计算机仿真技术，可使用户沉浸于虚拟世界中。在实际施工中，现场施工人员大多关注施工进度和施工质量，对施工安全的关注度较低。安全意识较薄弱易引发安全事故。本项目通过VR安全教育体验设备使体验者进入身临其境的虚拟环境，让每个施工人员提前了解现场的不安全状态，有效降低施工人员发生安全事故的发生。