浅谈智慧工地系统在大型天然气乙烷回收工程中的应用

某大型天然气乙烷回收工程新建6.0x10'm'/d乙烷回收装置1座,1.0x10°m'/d天然气液化装置1座,装置操作弹性为80%~120%,运行时间为8.0X10 h/a,建设用地约8.46x10'm。主工艺装置包括:天然气增压、脱碳、脱水脱汞、乙烷回收、凝液分馏、乙烷液化、天然气液化、产品储运和装车、BOG回收、尾气处理及液化天然气(LNG)增压及气化单元;辅助生产设施包括:燃料气系统、仪表风系统、供热系统、放空系统、污水系统等。

2023年,某设计公司以EPC总承包形式承揽了该工程项目的建设任务,为满足该设计公司的要求以及项目所在集团公司高质量发展的需求，自主开发了智慧工地系统。该系统按照一体化管理的思路,基于物联网信息化技术,聚焦于效率、安全、协同三大维度,与乙烷回收工程施工安全管理深度融合,构建乙烷回收工程一体化管控平台，实现数字化建设、科学化管理的总体目标。具体如下:

1) 构建数字化、智能化新型智能工地。为项目管理部门提供全天候的人员、安全、质量、进度委监管及服务,助力管理人员全方位地了解现场落工情况。

2) 智能感知下的安全监督，对接施工现场得德硬件传感器设备、利用云计算、大数据等技术对所检测采集到的数据进行分析处理、可视化理多方提醒等方式实现对工地全方位的安全监督。

3) 搭建安全管控一体化平台。基于二、三组地理信息系统(GIS)实现了实时数据的综合集成变现了对人车进出、人员定位等多功能的融合与联动:通过平台实现施工动态的实时查看、施工安全预警及报警、数据分析查看。

4) 建筑信息模型(BIM)与数字孪生技术深度融合。通过 BIM 模型构建三维模型,结合数字孪生实现施工全周期可视化管控,优化工衔接与资源配置;支持施工模拟与碰撞检测·提前规避设计缺陷,减少返工率。

1 系统架构

该智慧工地系统的目的:针对该工程项目实现施工安全、质量、进度的可视化监管:通过物联网采集,实时掌握设备运行状态,辅助设备使用性能分析;可视化监管关键工程部位及紧急情况可以实现远程指挥、应急处置:形成音视频、设备业务等数据要素资产,未来可进行行业大数据分析。该系统架构主要采用分层设计理念·通过感知、传输、整合、应用等环节实现全流程智能化管理。智慧工地系统架构如图1所示。

1）感知层。功能定位通过传感器、智能终端等设备实时采集施工现场数据,覆盖人员、机械物料、环境等要素;该层核心设备包括视频监控安全帽定位、焊机数据采集模块、环境检测、电子地磅等,以及 RFID 标签、无人机等终端设备。

2）网络层。传输方式采用光纤有线网络与5G/Wi-Fi无线网络结合,保障数据传输的稳定性与实时性;安全防护通过配备网络安全设备防止数据泄露和恶意攻击,支持海量物联网设备接入。

3）数据层。数据整合通过搭建云平台实现数据汇聚、存储与清洗,依托大数据分析和A引擎进行智能预测,如设备故障预警、风险识别等;服务支撑通过提供统一数据接口和权限管理,构建BIM模型与非模型信息的单一数据中心避免数据冗余。

4）应用层。功能模块中,管理类包括劳务实名制、安全质量管理、隐患排查、机械设备监测等:可视化类包括视频监控回放、吊钩可视化、大屏数据看板;移动端应用通过APP实现远程监控与决策,支持PC/移动/大屏多端适配:智能扩展集成了AI危险源识别、行为分析等高级功能。

2 系统组成

该系统围绕现场“人、机、料、法、环”等关键要素,综合运用物联网、BIM模型、二维码(QR码)等新一代数字技术,建设施工现场智慧工地,实现对现场安全、质量、进度、人员和技术的智慧化管理。智慧工地建设内容如图2所示

2.1 安全管理

安全管理包括以下内容:

1) 视频监控。根据平面图布置视频监控设备,施工现场内设置的20台球形摄像机、10台枪机以及2个高杆全景摄像头与智慧工地系统相迁接,对现场的直接作业环节进行无死角全覆盖视频监控。所有摄像机支持一路音频输人和输出，在关键区域的摄像头连接安装室外扩音音柱,方便管理人员在浏览监控时喊话提醒摄像范围内的人员:视频数据通过光缆回传,保障数据传输畅、实现视频影像的调取、录像、用户管理等功能监管部门、企业人员等授权用户均可用电脑、手机、VPN或内网环境查看实时监控画面。

2) AI分析。结合视频监控系统,在服务器端安装A1智慧分析盒子,实现对现场吸烟,打电话,明火浓烟,车辆进出,安全带、安全帽佩戴工服着装,危险区域入侵等行为的识别,标记记录不安全因素和违规行为并报警。

3) 车辆管理。对该项目现场进出车辆进行号牌登记管理,包括常驻车辆、临时车辆、项目部车辆、分包单位车辆、送货车辆、临时特种作业车辆等进行认证管理和权限放行,通过车牌识别相机道闸、车辆检测器、信息显示屏和管理系统等实现车牌自动识别、黑白名单设置自动控制道闸通行形成进出车辆台账。

4) 无人机巡检。该项目部署1台无人机,一方面用于辅助高处作业的安全巡检,另一方面凭借无人机的灵活性,实现对施工现场全貌的视频图像采集,随时掌握整体施工进度,利用4G/5G网络实时回传现场影像数据并存档,作为施工进度展示依据

2.2 质量管理

质量管理包括以下内容:

1) 质量巡检。通过PC端和手机APp中的质量巡检功能,对现场巡检发现的质量问题发起整改流程:新增整改任务(检查时间、检查人员)一整改情况(整改人、整改时间)一整改情况确认的流程闭环管理,整改记录留存并自动统计分析,辅助管理人员全程监控施工质量。

2) 二维码应用。该项目通过项目管理控制系统(PMCS)主平台“一码到底”应用流程,将设备钢管、焊缝等质量信息与二维码进行关联,以二维码为依托,在工程对象的全生命周期实现工序交接信息、质量检查与验收信息的实时提报、高效流转、全程留痕、**追溯。

2.3 进度管理

进度管理包括以下内容:

1) 进度计划确认。通过在智慧工地平台录人施工进度计划表,根据进度计划与施工目标时间节点制定进度计划表单,由项目部及施工单位负责人负责同步填报各施工阶段时间计划:计划开始时间一计划完成时间,实际开始时间一实际完成时间并上传阶段完成效果图片,根据计划与实际完成时间的对比和自动分析,实现施工进度的过程展示。

2) BIM4D进度管理。在三维模型基础上,增加时间维度,形成项目的BIM 4D模型。通过与进度控制软件PPE集成,形成4D对比模型将进度块的实际进度一键更新至4D模型,直观反映计划进度与实际进度之间的异同,为管理者控制项目进度提供决策依据。

2.4 人员管理

人员管理包括以下内容:

1) 实名制考勤。在工地出入口人员通道处安装人脸识别闸机,收集录人管理及劳务人员身份信息,如执业注册证、上岗证件、用工合同等,基于人脸识别技术建立人员档案库,对施工现场出人进行权限认证管理,控制人员进出;自动统计人考勤记录、安全人工时记录,通过平台实时查看现场人员信息,满足人员管理要求。

2) 安全教育。智慧工地前端设施建成后,编合智慧工地平台管控要求,对现场管理人员和劳务人员进行入场前安全教育培训,培训主要从口零几个方面开展，人员行为,如正确穿戴劳保量支鑫、工衣、工鞋;设备使用,如不擅育拆卸,示设备等:施工安全,如高空作业系安全绳,安全带,不进人危险区域,与品装车辆和特种作业车辆保持安全距高等。

3) UWB定位。包括以下儿个方面：

a) 人员信息查询。在智慧工地子平台显示人司头像,点击人员头像,显示部门,姓名,单位等通过不同的头像演示可区分不同单位人员,管理人员、施工人员。

b) 实时定位。可对戴有定位安全帽人员进行宝位监管,在后台实时查看其位置,是否在岗,工作时间务,据高管理效率。

c) 历重航迹查询，可追踪直接作业监护人1E管理人员等的历史行走航迹，有助手优化工作流程·加强蓝督考勤管理

d) 视频联动，定位系统与监控系统对接，可根期特种作业人员的具体位置,调取离他们最近的监控设备,实时监控作业人员的安全。

2.5 技术管理

该项目车三维模型基础上，增加时间维度,形成项目的BM4模型:通过与进度控制软件PPE集成,形成4计划模型,对现场的采购,施工进度进行可视化BM推演。BM4D工推演效果如图3所示。

2.6 指挥中心

指挥中心管理内容如下:

1) 智慧工地指挥中心。该项目在临时办公区建设智慧工地指挥中心,配置LED大屏显示系统大屏提供数据可视化看板、整体呈现项目各要素的状态和关键数据,方便领导及管理人员掌握现场施工画面、工程进度、人员分布、车辆管理、环境数据等实时信息,辅助管理决策。

2) 移动终端。该项目在智慧工地平台开发运行的基础上同步开发手机App应用,为项目管理人员、HSE管理人员、监理人员等对项目的质量、不安全因素提供快捷的管理途径,方便项目领导和远程管理人员及时掌握现场工程进度、施工情况、工程质量、人员、车辆和视频画面等信息。

3 结束语

智慧工地系统的搭建和启动都是以现场施工环境的安全为前提”,建立起智慧化的、安全性有保障的智慧工地系统,实现对现场施工人员、施1材料、施工现场环境状况全方位系统化地监控管理,监控管理方式由原来的被动化监控变成主动化的监控,不再需要人为排查安全隐患和安全问题,而是主动去预防和寻找安全故障和安全隐患，并及时向操作人员反馈信息,监管单位、施工企业可以通过中心端/分挖中心屏幕查看现场安全间题,实现对现场安全、质量、进度、人员和技术的智慧化管理7。该系统优势如下:

1) 有效提高施工现场作业工作效率。通过大数据、物联网,智慧应用和视频分析等先进技术的综合应用、让施工现场感知更透彻、互通互联更全面、智慧化更深人,全面提升现场作业人员的工作效率

2) 有效减少工程建筑施工安全隐患。通过安装在施工现场的各类监控、传感、红外等感知设备,制定全面的智慧监管防范体系,彻底弥补了传统管理工作中出现的各种疏漏,实现对施工人员，焊机设备、施工材料、施工环境的全方位实时监管.变被动“监督”为主动“预警”,真正做到事前预警,事中常态检测,事后规范管理,将工地安全生产做到信息化管理。

3) 有效增强工程项目精益化管理水平。通过智慧工地建设,有助于实现施工现场“人、机、料、法环”各关键要素实时、全面、智慧的监控和管理,有效支持了现场作业人员、项目管理者、企业管理者各层协同和管理工作,提高了施工质量、安全、成本和进度的控制水平,减少浪费,保证工程项目进度。

4) )有效提升施工过程监管和服务能力。通过“智慧工地”的应用,及时发现安全隐患,规范质量检查、检测行为,保障工程质量,实现质量溯源和劳务实名制管理,促进诚信大数据的建立,有效撑主管部门对工程现场的质量、安全、人员和诚信的监管和服务。