国务院安全生产委员会办公室在通报2018年上半年全国建筑业安全生产形势中提到, 房屋建筑与市政工程领域的事故占比最大, 建筑业已经连续9年排在工矿商贸事故第一位。特别是2016年江西丰城发电厂“11·24”特大事故导致73人死亡。从住建部发布的历年房屋市政工程生产安全事故统计分析可以看出, 随着社会各方不断强化安全意识, 提升安全管理水平, 事故总量和死亡人数在2012年之前呈逐年下降趋势;2012年至2015年之间相对较稳定;从2016年开始事故数量和死亡人数呈上升趋势;2018年三季度报告中已经超过去年同期, 基本可以断定2018年仍然呈上升趋势。

受建筑行业劳动密集性特征以及建筑产品生产现场危险源众多、环境复杂等因素的影响, 建筑业安全生产一直是政府监管的重点内容之一。以南京市江宁区建筑安全生产监督站为例, 2017年全区在建工程项目共328个, 建筑面积2276万平方米, 人均监督面积134万平方米;2018年全区在建工程项目360个, 建筑面积约2360万平方米, 人均监督面积约139万平方米。依靠委派监督员到现场巡查监督难以应对如此大规模的建筑业市场。借鉴物联网、人工智能技术、VR技术、移动技术在安防、交通、矿山等领域的成熟应用, 在2018年3月, 江苏省建筑安全监督总站启动了数字工地智慧安监系统的升级建设。南京市于2018年5月结合试点工程项目现场应用情况, 进行了第一次智慧安监试点阶段的工作汇报, 通过试点项目应用, 初步实现了BIM+移动安全巡检、VR安全教育、安全隐患智能识别、物联网数据采集, 智慧安监平台初具雏形。通过大数据、人工智能技术对这些采集数据进行清洗、分析、计算并形成关键性的动态指标和预警信息, 在突破现有监管手段的同时, 验证了新技术在工地现场安全监管中的重大作用, 从监管效率、监管能力、资源瓶颈等几个方面都有了巨大提升, 大力促进新技术在项目现场的管理应用。

智慧安监是依托新型技术手段 (BIM、物联网、虚拟现实、移动技术、大数据、人工智能、云技术等) 为基础, 通过对可能影响工地现场安全的人、机、料、法、环等关键监管要素进行实时数据采集, 对大量数据进行标准化处理, 结合监管业务需要, 实现对安全隐患的动态识别、智能分析、主动预警等大数据服务。

智慧安监体系的构建围绕“四层三生”架构来实现, 技术的成熟催生了能够满足监管需求的各类专业应用, 通过专业应用产生大量数据, 而后完成数据标准建设和业务数据模型建设, 形成安全监管知识系统, 通过对大量数据的持续积累, 衍生出满足决策需要的智能分析。智慧安监体系见图1。

技术层:技术层作为智慧安监体系的基础, 是支撑技术应用的关键, 技术的成熟将极大地促进应用的产生, 由此才能够满足实际应用的诉求。

应用层:基于业务需求、管理诉求寻找最合适的实现方案, 应用先进技术, 满足工地现场安全生产的需要, 同时通过专业应用在实际工作过程中完成数据采集工作, 将一线的大量实时数据动态地记录下来。

数据层:对大量汇总采集上来的数据进行数据存储、清洗、加工、分析等作业, 按照业务管理要求进行智能运算。

智慧层:通过大量数据运算以后, 将结果动态呈现到不同的业务对象面前, 辅助管理人员实现对项目安全生产的有效管理。

基于智慧安监体系, 通过试点项目建设现场安全监管应用系统, 主要应用在以下方面:

围绕智慧安监体系, 对现场作业人员进行安全监管各层的建设内容包括:

技术层:身份证识别、闸机、生物识别、无线射频技术、视频、VR+BIM。

应用层:现场作业人员监管系统, VR安全教育系统。

数据层:人员基础数据、安全教育数据、现场行为数据、视频数据。

智慧层:实时动态掌握现场作业人员情况, 智能识别人员安全行为, 系统自动管控安全教育, 自动预警。

结合施工现场人员流动性大、人员密集度高、规范管理难度较大等特点, 试点项目在推行智慧安监体系建设过程中, 围绕作业人员基本信息管理、行为管理两个维度采集人员基本信息、行为数据、轨迹数据、视频数据进行智能监管, 形成了现场作业人员监管系统、VR安全教育系统。

利用身份证阅读器自动采集工人身份信息, 通过人脸识别实现认证对比分析, 解决进场人员身份有效性问题, 实现对进场作业人员真实有效的管理。

特殊工种必须提供资格证书, 通过对资格证书和人员信息进行比对进一步落实特殊工种持证上岗作业管理。

在项目现场设置闸机门禁设备, 只有获取进场权限的人员才可以进入现场作业, 通过对现场进行区域隔离区分, 对作业人员进行差别授权, 可以充分管控现场人员的作业范围, 解决传统方法无法有效管理场内人员的问题。未参加安全教育的人员在通过闸机设备时, 闸机设备将自动判定禁止其入场, 从而确保进场者全部为参加过安全教育的人员。

通过小视频、照片、交底文件记录等方式, 动态管理作业人员参见安全教育的信息, 做到有备有查, 执行落地。

利用人工智能对现场人员数据进行分析, 判定其是否违反安全管理行为, 跟踪其通行区域, 进行预警管控。

通过对安全帽集成射频技术, 形成智能安全帽, 可以实现对工人的场内定位, 轨迹跟踪, 实时统计不同作业区域的人员数量, 对重大危险区域实现感应广播, 提醒作业人员注意安全, 进一步提升现场安全管控的精细度。

传统的安全教育模式通过人工线下完成, 管理者无法实时掌握安全教育数据, 作业人员参加安全教育的积极性也不高。利用虚拟现实技术, 结合BIM对现场进行危险源警示教育, 使作业人员身临其境, 配合模拟硬件设备, 让作业人员真实感受各类危险源的伤害场景, 提升安全教育的趣味性, 增强安全教育的真实感, 让作业人员真正意识到现场安全的重要性。对现场违反安全管理规定的人员, 通过现场作业人员监管系统限制其进场作业的权限, 只有按照规定在VR安全教育系统中完成体验学习, 系统才会自动开放进场作业授权, 强化安全教育过程的管理。

通过以上两个系统的应用, 实现了对现场作业人员信息的有效管理, 特殊工作持证上岗, 安全教育有效落地, 现场管控大大加强, 利用人工智能技术, 在不增加投入的基础上, 进一步提升安全行为管控的力度, 促进现场安全生产管理。

围绕智慧安监体系, 对危大工程监管各层建设内容如下:

技术层:智能物联网传感器、应力应变检测仪器、水位检测仪器、数据通讯技术、移动技术、互联网技术。

应用层:塔吊监控系统、升降机监控系统、卸料平台监控系统、高支模监控系统、深基坑检测系统、安全隐患排查系统、危大工程管理系统。

数据层:危大工程基本信息数据, 运行监控数据。

智慧层:实时动态掌握危大工程态势, 通过各类物联网传感器实时采集数据, 自动分析, 自动预警。

危大工程是建筑施工过程中重点需要监控的内容之一, 危大工程容易造成群死群伤事件, 对民众的生命财产威胁较大。通过新技术的应用, 本次试点项目在涉及危大工程项上均取得了极大的提升, 主要验证了危大工程管理系统、塔吊监控系统、升降机监控系统、卸料平台监控系统、高支模监控系统、深基坑检测系统、安全隐患排查系统等内容。

通过危大工程管理系统, 实现对危大工程进行程序性监管, 从危大工程建库到风险控制, 实现全过程动态监管。

利用二维码、移动端应用, 实现对危大工程的全流程动态监管 (图2) 。

以上系统均集成物联网智能传感器, 结合无线通讯技术, 实时采集相关数据, 通过移动设备和PC设备实时查看工作参数, 通过对设备的工作边界进行限定, 作业过程中, 超出作业边界的行为通过智能传感设备进行实时控制, 保障安全运行。在塔吊和升降机监控系统中集成人证校验, 保障驾驶人员均是备案人员。

对卸料平台、高支模形变参数、深基坑形变应力参数采集, 实时掌握危大工程项的动态应变数据, 超出设计范围的进行实时预警, 同时将工作过程数据采集记录, 实现对历史数据的有效追溯。

通过安全隐患排查系统实现对危大工程的自动识别, 形成巡检计划, 定期记录隐患排查记录, 通过移动设备实时记录和推送隐患排查信息, 根据隐患级别自动推送相应干系人, 提升隐患整改效率, 同时及时掌握隐患排查数据, 通过系统自动汇总分析, 实时掌握项目安全整体态势。

将智能物联网传感器、应力应变检测仪器、水位检测仪器、数据通讯技术、移动技术、互联网技术等技术应用在危大工程治理和监管上, 提升了项目危大工程实时态势感知能力, 实现对危险行为的及时管控, 将危大工程项的实时数据及时记录, 形成作业数据提供监管分析和智能决策。以上技术的应用极大地解放监管资源, 提升监管效能, 有效地降低了危大工程风险发生概率。

围绕智慧安监体系, 工地现场数据监管各层建设内容如下:

技术层:智能物联网传感器、环境监测仪器、数据通讯技术。

应用层:智能配电箱、环境监测系统。

数据层:现场用电数据, 现场环境数据。

智慧层:自动统计用电能耗数据, 自动对用电危险进行控制, 自动监测现场环境数据, 自动关联除尘设备在环境超标后进行降尘处理, 对环境影响进行自动预警。

对现场用电、环境数据实时监控, 通过监控以上数据, 对现场用电安全、环境影响可能出现的危险隐患均实现即时发现即时处置, 同时以上监控技术的应用, 提升了工地项目现场的精细化管理能力, 实现双赢。

用电安全对整体环境复杂的施工现场而言是一项管理复杂的工作, 现场的各类作业设备、作业场景都需要电力保障, 传统作业环境中的私拉乱接, 不考虑用电负荷只考虑工作方便, 接电不规范, 无资格人员进行接电操作, 配电箱管理检查不到位等现象屡屡发生。

通过使用智能配电箱实现对电箱的智能开关管理, 依申请进行开关操作, 实现了操作人员与资格证书匹配对应有效关联, 实现异常开启报警, 解决了配电箱基础管理的要求, 杜绝私拉乱接现象。通过智能物联网设备的应用, 实现实时监控用电负荷, 超负荷自动预警, 超出规定标准自动保护。同时通过智能设备实时采集用电数据, 实现对现场用电情况的整体掌握, 对不合理临电布置方式及时整改优化。

现场配置环境监测设备, 实时采集扬尘、噪声、风力等数据, 在控制事项现场对环境污染方面实现自动化数据采集, 通过监控数据与扬尘控制设备联动, 实现自动降尘控制。现场采集风力等相关参数, 辅助监管人员判定危险等级, 如现场出现7级以上风力, 系统会自动提示禁止作业内容, 与项目现场作业内容匹配以后, 进行预警干预, 保障现场安全。

整个智慧安监体系的建设, 探索了新技术在项目的实际应用效果, 验证了新技术在安全监管过程中发挥的重大作用, 也为施工各参与方提供了安全决策数据, 为项目安全稳定生产提供实际管控措施。通过试点项目验证, 在建设智慧安监体系的工地项目, 安全监管效率提升46%, 对现场安全隐患的管控能力极大提升, 试点项目安全态势能够实时掌握, 通过对安全数据的分析能够进行针对性的安全监管, 解决了传统监管的被动局面。同时可以有效追溯各类系统记录的数据, 为安全隐患问题界定提供真实数据依据。智慧安监体系的建设将不断推进南京房屋建筑与市政工程项目建设的高质量发展, 切实保障人民生命财产安全, 提升南京市建筑安全监管能力, 创新安全监管新模式。