智慧工地:系统解决方案

建筑行业是我国国民经济的重要物质生产部门和支柱产业之一,同时，建筑业也是一个安全事故多发的高危行业。如何加强施工现场安全管理、降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高建筑工程质量，是摆在各级政府部门、业界人士和广大学者面前的一项重要研究课题。

物联网(Internetof Things，IOT)是指将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，在技术上又称为“传感网”，被认为是继计算机和互联网之后的“第三次IT浪潮”。

就物联网技术而言，其本身是一项信息技术，为建筑施工质量安全管理提供了先进技术手段，通过安装在建筑施工作业现场的各类传感装置，构建智能监控和防范体系，就能有效弥补传统方法和技术在监管中的缺陷，实现对人、机、料、法、环的全方位实时监控，变被动“监督”为主动“监控”；同时，其也将为安全生产监督管理引入新理念，真正体现“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针。传统的施工监测、易受人为影响且效率低下。通过引入物联网技术，可以有效提高建筑施工质量，进而构建智能家居、智能建筑，并最终达到创造智能城市的目标。

 

一、建设工程安全质量物联网管理系统

1、背景介绍

针对目前安全监管和防范手段相对落后，全国建筑施工企业信息化水平仍较低，信息化尚未深度融入安全生产核心业务的现状，利用信息化对建筑施工安全生产进行“智能化”监管。

通过建设工程安全质量物联网管理系统，进一步落实企业安全监管责任，提高企业对工程现场的远程管理水平，加快企业对工程现场安全隐患处理的速度。通过政府统筹规划，协调各业务管理部门，围绕安全监管制度为核心，以物联网技术为技术手段，将科技技术力量与安全监管制度紧密集合，成立综合性市级应急管理机构，实现体制创新，能够统一处置生产安全领域的各类事件。

 

2、系统设计

系统将构建覆盖政府、企业、工程现场三级联动的建设工程质量安全监督管理平台。按照权限设置，分级管理的原则，市建设委员会、市建设工程质量安全监督总站、区质量安全监督分站、企业、监理部门等共享资源，可以查看自己权限范围内的信息。

3、系统组成

 

物联网应用架构图

系统建设采用先进的物联网技术，主要由信息采集层、网络接入层、网络传输层、信息存储与处理层组成。将移动执法终端、施工升降机、塔式起重机作业产生的动态情况、工地周围的视频数据、混凝土搅拌车超载超速信息及时上传给综合管理平台。系统同时结合工地可视化远程管理系统、塔式起重机安全监控管理系统、建设工程结构安全实时监测系统等系统对工地监测信息的采集，实现工地的实时监督管理，最终有效提升政府部门科学管理水平。

系统特点：

1)统一管理平台：统一的政府可视化智能工地监管平台，预留多系统接口，系统可逐步升级;

2)多系统接入：多子系统对建设工程安全质量关键要素进行智能感知和云计算接入;

3)管理流程再造：数据共享融合，可为多个政府部门提供监管决策支撑;

4)项目监管为中心项目从开工到竣工被纳入系统实时监控，通过实时现场安全安全质量监控数据结合传统的监管模式，提升科学管理水平。

4、典型案例：

杭州市建设委员会建设工程安全质量物联网管理系统

 二、工地可视化远程管理系统

1、背景介绍

在工地分布广泛、现场环境恶劣的建筑行业，确保规范施工，保证工程质量及工地的建筑材料、设备等财产安全是施工单位管理者关心的头等大事。建筑工地属于环境复杂，人员复杂的区域。考虑到工程监督、项目进度、设备及人员的安全，一套有效的视频监控系统对于管理者来说是非常有必要的。通过远程视频监控系统，管理者可以了解到现场的施工进度，可以远程监控现场的生产操作过程，可以远程监控现场材料的安全。由此实现项目的远程监管，强化总部对前端的支撑服务。这是科学技术助力建筑行业管理创新的典型应用。

2、系统设计

工地可视化远程监控管理系统能够实现工地现场的远程预览、远程云控制球机转动、远程接收现场报警、远程与现场进行语音对话指挥等功能。采用政府部门、企业、施工现场三级联动架构，有效实现视频数据共享，并提供建筑公司管理系统对接接口，方便进行二次开发。通过企业平台，可以促使企业更好地对工地进行安全质量监管，落实企业责任主体。同时可以方便企业进行自我监管，实时掌握工地现场信息，减少管理成本。

3、系统组成(图片更改，差不多这个效果，请以visio原图修改排版)

 

如图所示，建筑工地视频监控系统架构由三部分组成：前端施工现场、传输网络、监控中心。

监控中心配置视频综合平台解码设备，建设液晶拼接大屏幕电视墙，实现对前端视频信号的实时查看和突发事件的指挥、控制、调度。

功能描述

工地前端系统：负责现场图像采集、录像存储、报警接收和发送、传感器数据采集和网络传输。

传输网络：工地和监控中心之间专线和互联网两种方式可选;工地现场使用网桥AP无线传输。

监控中心：系统的核心所在，是执行日常监控、系统管理、应急指挥的场所。

系统特点

综合监控，全面集成

高清监控，提升价值

易于扩展，复用便捷

专业软件，管控一体

    4、典型案例：

浙江省建工集团有限责任公司

中天建设集团第二工程公司

浙江昆仑建设集团股份有限公司

浙江宝业建设集团有限公司

伟基建设集团有限公司

  三、塔式起重机安全监控管理系统

1、背景介绍

塔式起重机已经成为建筑工地必不可少的大型施工机械之一，但同时塔吊安全事故也屡屡发生，虽然各地建筑安全监督管理机构加大监管力度，但由于监管手段的单一和监管人力物力的不足，超载违章作业现象严重。

据调查，85%塔式起重机使用环节普遍存在的超载和违章作业等现象，导致塔式起重机事故的直接原因。塔式起重机安全事故频发已经是建筑业久治不愈的顽疾。塔式起重机安全监管平台主要提供给建筑安全监督管理部门、施工企业、项目部、监理单位和塔吊产权单位，塔吊租赁公司等各方主体使用，主要实现多方主体单位的塔吊远程监督与管理。

2、系统设计

中电海康自主研发的塔式起重机安全监控管理系统高效率地完整实现建筑塔机单机运行和群塔干涉作业防碰撞的实时监控与声光预警报警功能，并在报警的同时自动中止塔机危险动作。

在对塔机实现现场安全监控、运行记录和声光报警的同时，通过远程高速无线数据传输，实现实时动态的远程监控、远程报警和远程告知，使得塔机安全监控成为开放的实时动态监控。从技术手段上保障了对塔机使用过程和行为的及时监管，切实防范、管控设备运行过程中的危险因素和安全隐患，有效地防范和减少了塔机安全生产事故发生。

同时，系统平台可实现工地级、企业级、区域(省市)级三级网络化、信息化远程安全监督与实时管理。

3、系统组成

在塔式起重机安全监控管理系统中，前置系统通过高精度传感器采集塔机的风速、载荷、回转、幅度和高度信息，控制器根据实时采集的信息做出安全报警和规避危险的措施，同时把相关的安全信息发送给服务器，塔机的监管部门可通过客户端查看到网络中每个塔机的运行情况。塔机与塔机之间采用WSN进行实时通信，解决群塔间相互碰撞的问题。

 

前置系统组成图

 

功能描述

(1)塔吊实时监控

(2)塔吊运行故障分析

(3)塔吊统计报表

(4)系统管理

系统特点

避免误操作和超载

为机械设备维护人员提供科学依据

为管理者提供有效的科学管理手段

为事故处理提供有效证据

4、典型案例

杭州市建设委员会塔吊安全监控管理系统及前置系统

金华市建设委员会塔吊安全监控管理系统及前置系统

四、建设工程结构安全施工实时监测系统

1、背景介绍

建设工程结构安全施工实时监测包括对建筑工地环境监测，大体积混凝土浇筑，钢结构应力应变，地基监测，基坑支护等数据的监测。传统的监测手段主要是人工现场监测，监测数据的准确性和及时性较低，不能集中管理，尤其在恶劣的环境下人员工作效率低，监测效果差。

系统设计

建设工程结构安全施工实时监测是在建构筑物施工过程中，采用监测仪器对关键部位各项控制指标进行监测，并在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，同时也可用于检查施工过程是否合理。

基于传感网的建设工程结构安全施工实时监测系统，改变传统的周期性、人工监测方式，将新兴无线传感网技术应用于建设工程监测领域，设计出智能化、信息化的监测系统，为建设工程结构安全施工的实时监测提供有效、便捷的方式。本系统将各类监测点的信息汇集到统一的监控平台，实现各个监测点的信息共享，实现对整个用户单位管辖范围内所有建筑工地统一管理。

 

建设工程结构安全施工实时监测系统是基于具有自主知识产权的无线传感网应用系统，该系统主要由监控中心管理软件、WSN协调器、WSN路由器、WSN采集器以及各类测量传感器组成。

 

2、功能描述

本系统采用无线传感网技术将分布式布置的各个监测点信息汇总后，由WSN协调器通过以太或者移动网络(3G/GPRS)上传到监控中心管理软件。监控中心管理软件可以对各个监测点信息实现共享，实时分析监测点的状态信息并根据预设的报价阀值产生报警。

根据用户需求，报警方式可以采用声光报警、短信报警等方式。此外，本系统提供建筑工程施工现场GIS服务，并将各个监测点的位置及状态与GIS结合，为用户提供直观、现象的展示服务。

3、系统特点

采用新兴无线传感网技术设计，具备全面感知、网络传输以及智能分析处理等特点，是典型物联网应用;

基于自主设计的无线传感器网络协议设计，具备自组网、自组织、自维护功能;

支持多种传输方式，具有工作频段灵活，可扩展性好，鲁棒性强，网络容量大，覆盖范围广等特点;

为用户提供友好的Web界面，直观显示无线传感网网络拓扑结构、施工工地地理位置、各个监测点实时数据等信息;

系统对工程施工现场的各个监测点状况进行实时跟踪分析，原始数据采集和处理完全不用人工参与，避免人为因素操作造成错误分析;

采用分布式采集方式，将数据采集单元分散布置在靠近传感器的地方，减少模拟量的传输距离，提高了系统的抗外界干扰能力;

系统为具有管理权限的用户提供多种报警方式，包括声光报警、短信报警等。

4、典型案例

钱江新城中信银行

新建杭州火车东站

杭州市万象城二期工程

福建地铁则徐站

宁波地铁天一站

   五、混凝土搅拌车超载超速管理系统

1、背景介绍

随着经济的发展，混凝土搅拌车数量有很大增长，但是其超速、超载等原因造成了很多交通事故，给交通安全带来隐患，也给企业造成损失，严重影响了和谐城市建设的进程。

中国电子科技集团第52研究所经过多年研发与实践运行经验，研发的以卫星定位系统为基础，集通讯控制、计算机网络、智能化管理等一体的智能混凝土搅拌车监控管理系统必将大大改善目前的混凝土搅拌车管理难题，严防混凝土搅拌车超载、限制行车速度、保证行车安全，加强对混凝土搅拌车超载超速监管力度，使得混凝土搅拌车运输更加规范、安全、有序。

2、系统设计

系统是按照先进、可靠、长远发展的要求进行设计，充分体现模块化系统集成的设计思想。满足无线和有线报警联动的功能要求，同时考虑系统增值服务的发展空间，力争实现一个高度信息化、自动化的超载超速监控系统。整个系统由管理中心、数据采集端、远程监控终端等组成，包括超载监控子系统、超速监控子系统、综合管理子系统、执法联动子系统等。

 

3、系统组成

混凝土搅拌车监控管理系统主要有4部分组成：超载监控子系统、超速监控子系统、管理中心子系统和报警联动子系统。

超载监控子系统：从搅拌站工控系统采集混凝土搅拌车的运载土方量，并上报到管理中心。

超速监控子系统：实时采集GPS信息等，并判断该混凝土搅拌车是否超速、位置是否正常，同时通过GPRS网络发送到管理中心。

综合管理子系统：系统核心所在，部署超载超速综合管理系统，包括数据库服务模块、管理服务模块Web服务模块等。

执法联动子系统：系统的报警处理模块。可以由用户根据实际需要配置响应的报警联动选项。

功能描述

地理位置信息显示

实时采集装载数据

车辆实时位置定位

实时采集超速信息

报警联动

形式多样的统计报表

系统特点

先进性：大力采用3G移动通信、GPS、计算机网络、数据库等一系列成熟、可继承、具备广阔发展前景的先进技术。

实用性：坚持实用性为主的原则，避免使用不成熟、过分超前的技术和产品。

可靠性：从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，都持续秉承系统可靠性原则。

安全性：在构建系统时，使用中电五十二所关于系统安全的多年来的设计思想，全面实现系统防入侵、数据防泄漏。

开放性：在设计和设备选型时，科学预测未来扩容需求，进行余量设计。

易管理性、易维护性。

4、典型案例

杭州市混凝土搅拌车超载超速管理系统

案例：

杭州市建设委员会建设工程安全质量物联网管理系统(图一)

浙江省建工集团有限责任公司

中天建设集团第二工程公司

浙江昆仑建设集团股份有限公司

浙江宝业建设集团有限公司

伟基建设集团有限公司(图二)

杭州市塔吊安全监控管理系统(图三)

福建地铁则徐站

宁波地铁天一站

新建杭州火车东站(图四)

杭州市万象城二期工程

杭州市混凝土搅拌车超载超速管理系统(图五)

 

图一

 

图二

 

图三

 

图四