李奇巖，聶新良，陳云龍

（上海建科工程咨詢有限公司）

1 引言

1.1 研究背景及意義

近年來(lái)建筑業(yè)飛速發(fā)展，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要位置，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑業(yè)容納的就業(yè)人數(shù)占全社會(huì)勞動(dòng)者人數(shù)的5%左右[1]，為緩解我國(guó)的就業(yè)壓力作出巨大貢獻(xiàn)。然而由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境多變且復(fù)雜，工程施工人員交叉作業(yè)、高空作業(yè)多，施工作業(yè)人員安全意識(shí)薄弱，安全事故頻發(fā)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[2]表明2015年～2019年這5年間發(fā)生事故數(shù)量及死亡人數(shù)逐年增多，其中事故數(shù)量由437起增加到773起，上升76.8%，死亡人數(shù)由549人增加至904人，上升64.6%，因此重視施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。分析全部事故，由圖1可見(jiàn)高處墜落、物體打擊、坍塌、起重傷害等事件是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要因素，事故大都跟人或物從高處墜落、高大結(jié)構(gòu)或者臨設(shè)的傾倒坍塌有關(guān)，其主要誘因是人的不安全行為以及物的不安全狀態(tài)，目前監(jiān)理企業(yè)的管控方式是人工盯梢，這種方法具有效率低，排查慢，預(yù)防性差等特點(diǎn)，相應(yīng)的，工程監(jiān)理企業(yè)也在積極的尋求新技術(shù)、新方法來(lái)輔助現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作，而無(wú)人機(jī)的性能優(yōu)勢(shì)可以彌補(bǔ)其不足，將無(wú)人機(jī)作為一種輔助管理手段對(duì)監(jiān)理企業(yè)具有重要意義。

圖1 2015年～2019年不同事故類型發(fā)生比例

1.2 無(wú)人機(jī)在工程領(lǐng)域研究現(xiàn)狀

中國(guó)民用無(wú)人機(jī)誕生于1982年，無(wú)人機(jī)具有小型輕便、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，起初主要應(yīng)用于航空測(cè)繪和航空勘探，后逐步應(yīng)用于其他領(lǐng)域。在工程領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)技術(shù)可以結(jié)合數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)檢查施工現(xiàn)場(chǎng)鋼筋數(shù)量、間距、尺寸是否符合要求[3]，也可以應(yīng)用于橋梁檢測(cè)[4]、施工模板質(zhì)量[5]等等，這表明本文將無(wú)人機(jī)作為一種輔助手段來(lái)加強(qiáng)監(jiān)理企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全管理具有一定的可行性和可操作性。

2 無(wú)人機(jī)在監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)安全管理中的相關(guān)技術(shù)理論

2.1 無(wú)人機(jī)巡航

無(wú)人機(jī)飛行速度快、不受地形限制、視角靈活、低噪節(jié)能，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境選擇手動(dòng)飛行或者自動(dòng)巡航[6]。無(wú)人機(jī)巡航作為一種輔助巡視手段相較人工巡視有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)搭載的高清攝像頭可以使安全隱患更快暴露出來(lái)，對(duì)于高空作業(yè)，無(wú)人機(jī)可全程監(jiān)督避免發(fā)生安全事故，對(duì)于關(guān)鍵工序、關(guān)鍵環(huán)節(jié)如起重吊裝作業(yè)，安全監(jiān)理人員可以借助無(wú)人機(jī)近距離觀察吊裝過(guò)程中吊具及鋼絲繩的狀態(tài)，從而加強(qiáng)吊裝作業(yè)的事中控制（見(jiàn)圖2）。

圖2 無(wú)人機(jī)巡視起重吊裝作業(yè)

2.2 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別技術(shù)即計(jì)算機(jī)圖像視覺(jué)分析技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)將場(chǎng)景中背景和目標(biāo)分離，進(jìn)行提取、比對(duì)、分析，并追蹤在圖像信息中的目標(biāo)從而完成圖像處理[7]。本文應(yīng)用的圖像識(shí)別技術(shù)是基于上海某工程咨詢公司研發(fā)的監(jiān)理業(yè)務(wù)視頻監(jiān)控平臺(tái)，該平臺(tái)在研發(fā)過(guò)程中采用深度學(xué)習(xí)為主、傳統(tǒng)圖像處理為輔的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法，通過(guò)采集大量的施工圖像數(shù)據(jù)并不斷訓(xùn)練和優(yōu)化檢測(cè)模型來(lái)提高識(shí)別準(zhǔn)確率，目前平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)工人安全帽、安全帶佩戴識(shí)別模塊以及臨邊洞口防護(hù)模塊，其他諸如塔吊吊裝風(fēng)險(xiǎn)的智能識(shí)別模塊也在進(jìn)一步研發(fā)之中（見(jiàn)圖3）。

圖3 監(jiān)理業(yè)務(wù)平臺(tái)識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)臨邊洞口缺失

監(jiān)理工程師可以通過(guò)移動(dòng)端APP自主飛行無(wú)人機(jī)對(duì)建筑物細(xì)部或者環(huán)繞施工場(chǎng)地進(jìn)行拍攝，在監(jiān)理視頻業(yè)務(wù)平臺(tái)搭建過(guò)程中建立了用于接收移動(dòng)端APP圖像信息的服務(wù)器，通過(guò)圖傳技術(shù)可以將獲取的圖像信息實(shí)時(shí)上傳至平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別（見(jiàn)圖4）。

圖4 無(wú)人機(jī)圖像傳輸

3 無(wú)人機(jī)在監(jiān)理企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全管理中的需求分析

施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地大、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、危險(xiǎn)性分項(xiàng)工程較多，因此現(xiàn)場(chǎng)安全隱患排查工作量大，人工盯梢往往效率較低，或者人工盯梢本身存在安全風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)人機(jī)移動(dòng)速度快，可以短時(shí)間完成巡航，可以在高處切換任意視角，因此可以較好的完成監(jiān)理工程師的安全管理輔助工作。為了更好的確定無(wú)人機(jī)在監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)安全管理中的巡視內(nèi)容，本文梳理了上海某工程咨詢有限公司企業(yè)管理體系中的施工安全巡視及隱患排查作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并據(jù)此面向公司在建項(xiàng)目的監(jiān)理工程師開(kāi)展了一項(xiàng)問(wèn)卷調(diào)查，問(wèn)卷列舉出無(wú)人機(jī)可能檢查到的位置及風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，根據(jù)反饋結(jié)果與公司安全專業(yè)委員會(huì)同事進(jìn)行溝通，期間提出一些專業(yè)性的建議，從而初步確定了無(wú)人機(jī)用于施工現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵工序的監(jiān)理安全檢查管理的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)公司負(fù)責(zé)監(jiān)理工作的黃浦文化中心新建工程項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，測(cè)試無(wú)人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全巡視的可行性，最終得出無(wú)人機(jī)在監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)安全巡視的內(nèi)容如表1所示。

表1 無(wú)人機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理安全巡視內(nèi)容需求

4 基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理安全管理中的應(yīng)用

4.1 無(wú)人機(jī)安全巡視內(nèi)容設(shè)定

選取黃浦文化中心新建工程項(xiàng)目為應(yīng)用案例，是由于該項(xiàng)目為深基坑項(xiàng)目，上部結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，施工作業(yè)面多，現(xiàn)場(chǎng)安全管理任務(wù)重，若全部采用傳統(tǒng)安全檢查方式，所耗費(fèi)的時(shí)間和人力過(guò)多，且安全巡視過(guò)程中本身會(huì)給巡視人員帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)應(yīng)用無(wú)人機(jī)輔助進(jìn)行巡視可充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，短時(shí)間可以到達(dá)場(chǎng)地任意高度和位置。本文選用大疆御2無(wú)人機(jī)，該無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)如圖5所示，由于施工場(chǎng)地周邊環(huán)境較為復(fù)雜，因此選取自主飛行模式，并通過(guò)移動(dòng)端APP實(shí)時(shí)將圖像信息傳至項(xiàng)目安裝的監(jiān)理業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行智能化識(shí)別。該工程目前正進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)施工，根據(jù)當(dāng)前工況需要，設(shè)置無(wú)人機(jī)巡視檢查順序如圖6。

圖5 大疆御2無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)

圖6 無(wú)人機(jī)巡視檢查順序

4.2 無(wú)人機(jī)安全巡視結(jié)果分析

在使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行安全巡視檢查的同時(shí)按照無(wú)人機(jī)巡視檢查順序進(jìn)行人工逐點(diǎn)查看，并統(tǒng)計(jì)兩者用時(shí)，具體結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明使用無(wú)人機(jī)可大大提高現(xiàn)場(chǎng)安全巡視效率，并解決作業(yè)過(guò)程中人工無(wú)法查看的高處作業(yè)，同時(shí)在人工巡視過(guò)程中由于作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，因此本身對(duì)安全監(jiān)理人員來(lái)說(shuō)就有一定風(fēng)險(xiǎn)，由此可見(jiàn)使用無(wú)人機(jī)輔助巡視具有以下優(yōu)勢(shì)：

表2 無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)巡視與人工巡視用時(shí)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

智能化和信息化是當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)，工程監(jiān)理行業(yè)作為建筑業(yè)重要的一環(huán)也必將跟著時(shí)代的潮流向著智能和信息化發(fā)展，對(duì)于大型監(jiān)理企業(yè)，公司往往承擔(dān)大量重要工程的施工監(jiān)理項(xiàng)目，隨著我國(guó)新基建建設(shè)的提速，大型重點(diǎn)項(xiàng)目將持續(xù)增加，其安全管控不容放松，同時(shí)管理效率也需要顯著提升，無(wú)人機(jī)作為新興技術(shù)，同時(shí)可以和圖像識(shí)別、BIM、測(cè)繪建模等技術(shù)相結(jié)合，也是智能化、信息化的表現(xiàn)，它使得監(jiān)理企業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全管理更進(jìn)一步精細(xì)化，并促進(jìn)企業(yè)在智慧工地領(lǐng)域技術(shù)服務(wù)的有效開(kāi)展，因此應(yīng)用前景廣闊。但目前也在存在一些不足和進(jìn)一步改進(jìn)的地方：

①由于施工項(xiàng)目的唯一性，不同項(xiàng)目需要制定符合本項(xiàng)目的無(wú)人機(jī)飛行方案，在施工環(huán)境復(fù)雜需要自主飛行檢查中對(duì)無(wú)人機(jī)操作者具有一定的操作要求，因此企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視無(wú)人機(jī)操作者的培訓(xùn)工作；

②無(wú)人機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)識(shí)別系統(tǒng)可以完成對(duì)特定場(chǎng)景的識(shí)別，目前識(shí)別模塊較少，隨著科技的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)智能化識(shí)別模塊將會(huì)進(jìn)一步拓展，同時(shí)可以和更多先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合打造智慧工地。