基于物联网技术的安全信息化设备在建筑工程中的应用研究

2022-11-11黄金龙首都经济贸易大学北京100070

中国房地产业 2022年25期

文／黄金龙首都经济贸易大学北京 100070

1、绪论

1.1 研究背景

建筑行业属于高危行业已是社会的共识，从已公布的近期数据可以做出证明。根据相关数据显示，2019年全国共发生房屋市政工程生产安全事故733 起，造成904人不幸丧生，这一数据相比2018年在事故起数上增加了39 起，而造成人员死亡增加了64 人；2019年全国发生的房屋市政工程生产安全较大及以上事故共有23 起，造成死亡人员为107 人，同比2018年，事故增加了一起，造成死亡人数增加了20 人。

惨痛的事故教训引发社会和业界深刻的思考，我们还可以采取何种方式对事故进行积极有效预防和高效应急处置。笔者结合工作实践和若干探索提出解决这一问题的一个途径：加大安全信息化设备的应用与探索。众所周知，物联网技术的快速发展对社会产生了巨大的影响力，从市场经济方式到人们的沟通方式、生活方式方方面面带来了变革，我们看到了信息化技术的巨大影响力和极高的效率，但在建筑生产安全领域的应用尚处于初步阶段，建筑业从业人员和相关领域专家学者应积极开发、引入、应用信息化技术支撑建筑施工安全的健康发展。

1.2 研究现状

物联网技术当前国内应用已经有了好的开端，如智慧校园建设方面、智慧消防建设工程方面、图书馆座位预约系统应用方面、物流领域中的应用、建筑智能化项目应用分析等，其中很多为大众所受益和熟悉。

而在建筑工程安全管理方面，国内目前多家科技公司推出了安全信息化设备，如武汉安邦致远科技有限公司、深圳市九象信息科技有限公司、重庆皓贻科技有限责任公司、珠海新华通软件股份有限公司、珠海塔安科技有限公司、陕西华筑科技有限公司、北京万象智联科技有限公司、重庆迎门电子科技有限公司、武汉安邦致远科技有限公司等推出了自己的安全信息化设备，涉及实名制信息采集、红外语音感应、云广播、施工电梯安全监测系统、塔吊安全监测系统、现场视频监控系统、爬模荷载监测系统、信息终端系统，上述科技公司推出的科技设备在实用性和有效性方面取得了成效，有利于施工现场隐患发现与预防。

2、安全信息化设备应用实践

为积极预防安全事故并提升应急处置能力，建筑施工企业应立足实践，应用并不断探索适用本企业的安全信息化设备。下列10 项安全信息化设备应用是基于笔者本人工作中和职务范畴内亲力亲为的实践总结：安全教育、人员信息整理的高效性为安全工作打下良好基础；风险隐患信息的捕捉迅捷性，给管理人、操作人员的风险规避和改进提供了前置处置时间，有效避免了事故发生。

2.1 工地人员实名制管理系统

工地人员实名制管理系统，从企业管理端，工地端和手机APP 端全方位地解决施工现场中出现的工人出勤天数不清、出勤人数不清、工资发放纠纷、施工现场情况无法实时掌控等问题。系统同时具有监测工作人员体温功能，体温超出设定值后，现场语音报警，同时数据上传后台，后台软件具有分析功能，统计工作人员近期上下班体温数值，以图表形式展现出来，这点在疫情时代意义显著。主要系统构成：

（1）人脸识别终端：人脸采集对比，响应速度低于300ms，可快速验证。

（2）闸机系统：不锈钢辊闸，内置信息接收器与人脸识别联系。该系统有效规避了总包方面的安全责任缺陷也保障了作业人员的权利。

（3）LED 屏：实时显示工人数量、工人身份信息、隶属单位、班组、教育情况等。

（4）系统软件：分析工人考勤信息、支持手机APP录入，灵活便捷。

2.2 红外感应语音提示系统

作业人员进入安全敏感区及时提示安全事项，防范麻痹引发的事故，该系统应用了红外线感应信号与芯片联动技术。

在工地大门进出口、楼栋安全通道口部位设置红外感应语音提示系统，提示作业人员必须遵守的安全规定，内容可以视项目阶段性需求设置，如“进入施工现场必须正确佩戴安全帽、禁止流动抽烟、登高作业必须系挂安全带”等内容，做到提醒常态化，有助于作业人员牢记安全纪律要求，规范作业。

2.3 工地广播系统

广播系统是一种传统的信息传播方式，具有传播速度快、范围广的特点，鉴于建筑工地现场布线困难，我们选择当下适应性更广的无线广播，利用其可扩展性强，灵活性高，免布线，维护简单的特点，实现信息传递目的。

具体应用，在安全信息化控制室设置主机，在施工现场主干道、休息区、生活区布置音柱音箱，可以针对工地近期安全控制要点或行业安全新闻进行录音播放或喊话播放，宣传安全知识、管理要求，在遇到紧急情况时可以组织疏散及避险，做到信息传递的及时性、广泛性。

2.4 施工电梯监测系统

支持持证司机人脸识别启动升降机，通过传感器、无线传输技术，实现防坠在位监测、高度监测、载重监测、运行路径360 影像传输、实时声光报警，实时数据无线上传，支持历史记录查阅、预警信息查询、报警信息查询，为升降机安全管理提供保障，满足监管需求。

（1）人脸识别装置

施工电梯配置人脸识别系统，司机操作电梯必须刷脸启动，其他人无法操作，避免了他人随意操作电梯引发事故的风险。

（2）路径360 影像传输

电梯轿厢设置360 摄像头，电梯行程中对周边环境实时监控，影像投射到驾驶室和安全信息化控制室，及时发现行程障碍和隐患，如“停层防护门的关闭情况、行程路线上下是否有障碍物、行程区域有无人员违章穿越或临边作业”。

（3）运行参数显示与预警

施工电梯运行参数显示，含“重量、速度、即时风速、限位等”，异常数据会引发声光报警提示司机和监控室人员予以防范。

2.5 塔吊信息化监控

应用塔吊信息化监控系统，主要实现群塔防碰撞、塔吊关键参数显示、危险警报、起重作业规范性监控，以期实现塔吊安全运行。

（1）超载限制功能

通过在塔吊上安装吊重传感器可以测量塔吊每吊重物的实际重量（误差率3%），根据塔吊自身的荷载表，当重物的重量超过系统设定的预警值（该值可根据项目实际情况调整，一般设定为80%）时，监控系统会进行语音预警。

（2）小车幅度限位功能

通过在塔吊上安装变幅传感器可以测量塔吊小车的行程距离，根据系统预设的限位值，当小车行程值达到系统设定的预警值时，系统发出语音报警。

（3）力矩限制功能

塔吊安装了吊重和变幅传感器后，根据力矩=重力＊力臂，系统自动计算小车在不同位置的力矩值，随着小车的行进，当力矩值达到系统设置的预警值（额定力矩的百分比，工地一般设定为90%）时，系统会发出语音预警。

（4）吊钩高度限位功能

在吊钩上安装高度传感器，可以测量吊钩距离小车的高度，系统设置高度预警值，当高度达到后系统发出语音预警。

（5）回转限位功能

通过在塔吊上安装回转传感器可以测量塔吊的回转转角，根据塔吊操作规程，塔吊回转禁止在一个方向上超过540°，系统设置±540°转角值后，当司机操作塔吊回转值达到系统设定的额定值时（该值设定时要考虑塔吊回转断电后的自由旋转值），系统自动语音报警。

（6）区域保护功能

在施工现场，经常会存在高压线、街道、学校等禁止塔吊进入区域，大多数情况下项目部会建立各种防护装置进行防护，如高压线防护架、建筑物防护棚等，成本高、效果有限，通过塔吊监控系统的区域保护功能，在塔吊工作范围内，任意设定一区域（监控系统支持各种复杂情形的设定），在该区域里，通过设置区域保护功能，可以实现小车或塔吊转角的控制，当塔吊小车或回转角到达保护区域的预警值时，系统会语音报警，进而达到实现区域保护的目的。

（7）群塔防碰撞功能

当前建筑工程项目少则数栋楼，多则数十栋楼，部分超高层项目单体建筑面积大、高度高，项目群塔作业是一个普遍现状。群塔作业中，碰撞是施工现场最大最危险的安全隐患之一；通过使用监控系统的防碰撞功能，可以避免施工中群塔碰撞的风险。其原理是通过安装无线通讯模块，将现场的塔吊控制系统组成一个通讯网络，塔吊通过安装的变幅传感器和回转传感器采集塔机的实时数据，发送至主机及相邻碰撞关系的塔吊，通过三维防碰撞计算模型，系统自动计算塔吊间的距离，并根据设定的碰撞的角度和幅度预报警值发出控制指令，实现群塔作业的防碰撞控制。

（8）塔吊参数监测

利用控制元件将塔吊关键运行参数进行读取传输至塔吊操作室和项目安全信息化控制室，操作人员和信息监督员可及时掌握塔吊运行参数，包含力矩、吊物重量、变幅、风速、起吊高度，系统设定预警值和报警值，达到设定数值发出声音和弹屏警告，引导操作人员及时调整起重措施，防止起重事故发生。通过监控平台，可以实现实时监控、吊次、预警信息、报警信息等多功能实时查询，利用数据分析设备安全状况和起重作业缺陷，后期采取措施予以改进。

（9）吊钩可视化

在变幅小车上安装广角摄像头，可以监控吊钩下方作业影像，及时判定违章司索行为和起吊障碍环境，引导作业人员正确操作，停止违规行为。

建筑专用星光级、夜视防抖摄像头，实时采集吊钩作业视频，协助塔司实现可视化操作；支持吊钩、前桥卷扬机及驾驶舱等多视频采集，最大4TB 本地视频储存；镜头自动变焦，快捷变焦。

2.6 施工现场视频监控

通过项目视频监控网布置，可实现总平面布置监控、现场火灾监控、建筑外立面及室外防护监控、临建区消防监控。

在塔吊顶部、生活区、办公区等部位安装360 旋转摄像头，监控项目个管辖区的情况，及时发现室外环境隐患、临边防护隐患、临建区综合隐患，信息化监控人员及时记录传递隐患信息给责任人，进行积极整改。

2.7 安全教育基地

配备常见事故类型的体验设备和基于VR 技术的危大工程事故体验设备，事故警示教育更加直观，更加生动。包含：高坠、火灾、物体打击、触电、坍塌等多种类型，通过体验式教育，进一步加强作业人员安全教育效果。

2.8 安全电教系统

该教育系统应用能够实现信息录入与集成，并开展电讯化教育，具有生动性、多样性，提升效果，其中电教箱作为核心的技术设备包含人员信息模块、学习计划模块、学习考试模块、数据管理模块4 个部分。

（1）人员信息模块

可将受培训作业人员的身份证、指纹、照片录入系统，该模块可进行批量录入功能，设定好公司、班组后刷身份证批量导入，加快了人员信息的智能化采集工作，替代传统的签到和大量纸质文件及人工数据处理，大大减少管理人员工作量。

（2）学习计划模块

在新增计划界面中可创建学习方案名称，勾选导入的教学课件，进入学习主页后选择培训方案与人员后点击“开始培训”，即可播放教学课件。

（3）学习考试模块

教学完毕后可进入考核模块，进入答题环节，考核合格分数线可以自行设定，参加考核人员每人发放一个答题器，答题器可以人员信息进行匹配，试题自动播放可以选择播放遍数，考试人员使用答题器选择页面考题对应选项按确认键，考试完成后系统自动计算成绩并做颜色区分，未及格人员可给予一次补考机会。

（4）数据查询模块

可实现对培训单位和人员进行个人信息管理和导出，并可实现数据同步功能，将数据上传至本单位安全培训管理平台，实现数据的精准查找和集成。

2.9 爬模荷载报警装置

为应对施工荷载堆放点难以管控，特别超高层建筑使用爬模时，堆放荷载只能凭经验及感官进行管控，存在较大的误差，易发生事故的问题，有必要使用爬模报警装置。

该信息化技术装备包括相互电连接的承重销传感器、数据显示箱和控制箱，所述承重销传感器具有一出线部，所述出线部的引出线位置与地面平行。本装置的测力装置能检测爬模的荷载值，并通过所述数据显示箱显示荷载值数据，当超过预设的预警值时，报警灯报警，提示必须停止物料堆放，确保施工安全，大大降低安全隐患。

2.10 信息化数据终端

实现对安全信息化设备采集信息的集成显示，用于管理层对信息的综合利用和调度。将各类影像、数据信息集成到地面屏，控制室人员对全面信息化参数进行监控、记录，并传达到各责任部门和对应人员，是信息的集成区。

3、安全信息化设备技术框架

安全信息化设备技术框架由影像技术设备、红外语音设备、无线广播系统、大型设备安全监测系统、VR 设备、数据终端这几个部分组成。

其中：

影像技术设备主要包括了光感元件、变焦元件、电动旋转组件、电力元件、机械固定件；

红外语音设备主要包括了红外感应元件、语音芯片；

无线广播系统主要包括了调频元件、音频元件、无线芯片；

大型设备安全监测系统主要包括了传感器、无线通信模块、计算软件、声光信号；

VR 设备主要包括了声光信号、视觉技术；

数据终端主要包括了数据转换软硬件、显示器。

4、结论与展望

4.1 结论

（1）基于物联网技术的安全信息化设备具有先进性，该类技术是综合物联网信息技术和建筑工程专业学科技术的融合，将传统的建筑工程生产安全技术研究成果进行信息化转换，形成物联网系统，能够批量高效投入应用；

（2）基于物联网技术的安全信息化设备具有智能性，是将建筑工程生产安全研究成果物化后，利用物联网数据计算能力实现后台高效计算，前台即时显示成果的智能化技术；

（3）基于物联网技术的安全信息化设备能够提升建筑施工企业安全管理效能，是传统人力管理方式的重要辅助技术。国家层面“推动实施国家大数据战略、加快建设数字中国”的思想以及行业主管部门发布的“建设智慧工地”的文件均反映出信息化技术的重要性和广阔前景，建筑业应在当前的有利大背景下积极开发、引入、应用安全信息化设备。