互联网+智慧工地整体建设项目解决方案.docx
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智慧工地整体解决方案
智慧工地整体建设项目解决方案
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第一章背景及需求 -1-
1.1应用背景 -1-
1.2业务现状 -1-
1.3需求分析 -2-
1.3.1业务需求 -2-
1.3.2系统需求 -3-
1.4总体目标 -3-
第二章系统总体思路 -4-
2.1设计思想 -4-
2.2设计原则 -4-
2.3设计依据 -4-
2.4设计思路 -5-
第三章系统总体设计 -7-
3.1总体架构 -7-
3.1.1系统拓扑 -8-
3.1.2系统组成 -8-
3.2系统特点 -9-
3.2.1全网络覆盖 -9-
3.2.2综合监控，全面集成 -9-
3.2.3易于扩展，复用便捷 -9-
3.2.4专业软件，管控一体 -9-
第四章前端感知系统 -11-
4.1设计概述 -11-
4.2视频监控子系统 -12-
4.2.1需求分析 -12-
4.2.2系统设计 -12-
4.2.3系统组成 -14-
4.2.4前端部署 -15-
4.2.5前端配套 -17-
4.2.6系统特点 -19-
4.3塔吊安全管理系统 -20-
4.3.1需求分析 -20-
4.3.2系统设计 -21-
4.3.3系统组成 -21-
4.3.4功能介绍 -22-
4.3.5系统特点 -24-
4.4环境监测系统 -25-
4.4.1需求分析 -25-
4.4.2系统设计 -25-
4.4.3系统组成 -27-
4.4.4系统特点 -28-
第五章传输网络 -30-
5.1传输网络总体设计 -30-
5.1.1传输网络选择 -30-
5.1.2设计要求 -30-
5.2传输网络详细设计 -30-
5.2.1无线网络设计 -30-
5.2.2视频监控网络设计 -33-
第六章监控中心 -35-
6.1存储子系统 -35-
6.1.1存储结构设计 -35-
6.1.2存储设计原则 -35-
6.1.3存储可靠性设计 -35-
6.1.4存储热备设计 -36-
6.1.5存储空间计算 -37-
第七章管理平台 -38-
7.1平台总体架构 -38-
7.2工地管理可视化平台构成 -39-
7.3工地管理可视化平台特点 -40-
7.4工地管理可视化平台管理功能 -41-
第八章成功案例 -54-
附录一关键设备介绍 -56-
8.1碗型鹰眼 -56-
8.1.1产品介绍 -56-
8.1.2产品功能 -56-
8.1.3产品优势 -58-
8.2热成像摄像机 -59-
8.3HKTC塔机安全监控管理系统 -61-
8.3.1产品介绍 -61-
8.3.2产品功能 -64-
8.3.3产品优势 -66-
第v页
智慧工地整体解决方案
第一章背景及需求
1.1应用背景
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,在改善居住条件、完善基础设施、吸纳劳动力就业、推动经济增长等方面发挥着重要作用。
与此同时，建筑业也是一个安全事故多发的高危行业。
近年来，在国家、各级地方政府主管部门和行业主体的高度关注和共同努力下，建筑施工安全生产事故逐年下降，质量水平大幅提升，但不可否认，形势依然较为严峻，尤其是随着我国城市化进程的不断推进，建设工程规模也将继续扩大，建筑施工质量安全仍不可掉以轻心。
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，仍将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。
住建部2003年11月发布的《2003－2008年全国建筑业信息化发展规划纲要》中指出建筑业企业的信息化要重点发展基于互联网的协同建造应用系统和建筑企业信息化的关键技术，推动标准化建设，提高建筑业主管部门的管理、决策和服务水平，实现建筑业信息化建设跨越式发展。
2010年，国务院下发《国务院关于进一步加强企业安全生产工作通知》23号文件，同年质监总局下发164号文件，要求在建筑起重设备上必须加装安全监控管理系统。
2014年，国家住房和城乡建设部更是提出了加快推进市场监管一体化平台建设的布署，推进了全国各省市建筑信息监管一体化平台建设的进程。
真正实现“数据一个库、监管一张网、管理一条线”
2015年11月《全国安全生产监督监察系统推进安全生产监督检查随即抽查工作实施方案》，强调建筑行业安全监管系统建设的全面覆盖工作给出指导意见。
1.2业务现状
随着我国城市化的快速发展，政府越来越重视民生，对建设工程的质量、安全、文明施工的监管提出了更高的要求。
近年来各级政府纷纷发文要求进一步加强建筑施工领域企业安全生产工作，根据国务院《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》、福建省住建厅《关于进一步加强建筑施工领域企业安全生产工作的实施意见》等文件精神,工地新安装塔吊监控、新开工项目应安装施工现场在线监控系统、完善安全生产动态监控及预警预报体系等是其中重点。
1.3需求分析
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。
提升政府的监管和服务能力，更好的为企业提供服务。
1.3.1业务需求
通过工地管理可视化系统，进一步落实企业安全监管责任，提高政府、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。
政府通过出台相应法规文件推动企业完善物联网建设，并通过本系统进一步提高安全监管水平。
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，成立综合性省-地市级应急管理机构，实现体制创新，能够统一处置生产安全领域的各类事件。
企业单位业务需求：
1）远程对分散的建筑工地进行统一管理，避免使用人力频繁的去现场监管、检查，减少工地人员管理成本，提高工作效率。
2）通过视频监控系统及时了解工地现场施工实时情况，施工动态和进度，防范措施是否到位，特别是对于场面比较大的工地，对于重点项目企业领导也需要远程监管。
3）出现异常状况和突发事件时，可以及时报警，提醒管理人员及时处理；
4）对塔式起重机安全监管上存在技术不足，普遍存在的超载和违章作业等现象，企业对租赁的塔式起重机信息如塔式起重机使用年限、维修状况等了解缺乏；地面的风速与高处的差别很大，很难判断塔吊的合理使用时机。
5）监管建筑工地现场的建筑材料和建筑设备的财产安全，避免物品的丢失或失窃给企业造成损失；
6）将施工实况展现于客户面前，向客户展现工地的建设规划和进度，达到一个宣传效果，也使得销售计划能够合理制定；
1.3.2系统需求
1）通过该系统能够实现工地现场的实时监控、数据回传、远程应急指挥等功能。
2）通过该系统实现对塔式起重机等设备的状态监测和监督管理等功能。
1.4总体目标
通过本项目建设，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。
政府通过出台相应法规文件推动企业完善物联网络建设，并通过本项目进一步提高安全监管水平。
第二章系统总体思路
2.1设计思想
通过工地管理可视化系统为政府、企业、现场工程管理，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。
2.2设计原则
Ø政府主导，企业主体，总体规划，分步实施；
Ø海康进行顶层规划、相关技术标准设计；
Ø政府推进和出台相应管理制度；
Ø企业与施工现场按照技术标准、管理制度实施。
2.3设计依据
本方案的安全防范系统建设主要从以下行业规范、标准出发
Ø《智能建筑设计标准》GB/T50314-2006
Ø《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-2008
Ø《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》GB/T50311-2007
Ø《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》GB/T50312-2007
Ø《视频安防监控工程设计规范》GB50395-2007
Ø《入侵报警系统工程设计规范》GB50394-2007
Ø《安全防范工程技术规范》GB50395-2007
Ø《出入口控制系统工程设计规范》GB50396-2007
Ø《安全防范工程程序与要求》 （GA/T75-94）
Ø《安全防范系统验收规则》 （GA308-2001）
Ø《安全防范系统通用图形符号》 （GA/T74-2000）
Ø《民用闭路电视监视系统工程技术规范》（GB50198-94）
Ø《视频安防系统技术要求》 （GB/T367-2001）
Ø《工业电视系统工程设计规范》 （GBJ115-87）
Ø《安全防范系统》（浙江省标准） （DB33/T334-2001）
Ø起重机械安全规程 （GB6067-85）
Ø起重机试验规范和程序 （GB5905-86）
Ø起重机电控设备 （JB4315-86）
Ø低压成套开关设备制造规范 （GB7251-87）
Ø低压电气外壳防护等级标准 （GB4912.2-85）
Ø起重机超载保护装置 （GB12602-90）
Ø起重机设计规范 （GB3811-2005）
Ø塔式起重机（安全装置规定部分） （GB5031-2008）
Ø塔式起重机安全规程（安全装置规定部分）（GB5144-2006）
Ø《福州市建设工程塔式起重机安全监控管理系统技术规定》
2.4设计思路
对于工地综合安防管理系统的建设，绝不应该是对各个子系统进行简单堆砌，而是在满足各子系统功能的基础上，寻求内部各子系统之间、与外部其它智能化系统之间的完美结合。
系统主要依托于综合安防管理平台，来实现对众多安防子系统的统一管理和控制，通过综合管理平台建设后实现统一数据库、统一管理界面、统一授权、统一权限卡、统一安防管理业务流程等，同时考虑将各安防系统资源作为信息化基础数据，满足部分建设单位运营管理的业务需求，辅助业务流程优化。
基于综合管理平台，前端子系统可接入子系统包括（不限于）以下系统：
Ø视频监控系统
Ø塔吊管理系统
Ø环境监测系统
除此之外，平台支持通过标准接口（如OPC等）或通过SDK接入第三方设备进行联动。
基于综合安防管理平台的整体解决方案支持系统的灵活布署，根据实际项目的设备接入规模、包含子系统类型及各模块功能需求，可按需配置多种模块化服务，按需布署相应的服务器。
在统一平台管理的基础上，系统提供精细化的分级权限管理以及总部到分支的远程联网管理。
第三章系统总体设计
3.1总体架构
图1.平台总体架构图
基于政府职能部门出台的相关建筑工程质量安全监督管理业务标准体系和责任追溯和查证体系的要求，运用物联网综合应用技术建设《建设工程质量安全物联网管理应用平台》。
3.1.1系统拓扑
图2.系统拓扑图
项目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。
如图2所示。
将移动执法终端、塔式起重机作业产生的动态情况、工地周围的视频数据及时上传给综合管理平台。
综合管理平台对各子系统进行融合，进行报警联动等处理。
各级管理部门可以及时准确了解工地现场的状况，将有效提高项目管理和现场管理的效率。
3.1.2系统组成
该系统可满足职能部门及企业办公需求，逐步实现无纸化办公要求，系统总体上包括业务子系统、工地现场安全监督管理子系统、管理决策子系统、外网子系统、监督检测子系统等六大子系统组成。
3.2系统特点
3.2.1全网络覆盖
该系统平台可适应局域网、广域网、3G、4G移动网络、Wifi网络等多种网络集合，
支持NAT穿越，可穿越防火墙、网闸；
3.2.2综合监控，全面集成
建筑工地的视频监控、传感数据、安全防范、报警联动、门禁等子系统，大多各自独立运行，通过不同通道上传数据，甚至每套系统都配有独立的管理人员，很难做到多系统的综合监控、集中管理，无形中降低了系统的高效性，增加了系统的管理成本。
本方案采用了混合网络硬盘录像机，兼容模拟摄像机和IP摄像机，可采集串口信号、开关量信号，支持其他子系统的可靠接入，可以对环境监测、安全防范、门禁、消防等子系统进行集成。
系统集成改变了各系统独立运行的局面，满足了系统用户“减员增效”的需求。
该技术不单是对各独立系统功能的简单叠加，而是对各功能进行了整合优化，并进行了智能关联。
用户可以根据需要对各功能进行关联，满足规则后可以触发相应功能。
3.2.3易于扩展，复用便捷
强大的可扩展性和伸缩性，是系统投资的长期保障，系统的伸缩复用性是用户投资的根本的保证，当一个施工现场完成后，拆解的设备可以迅速部署到其他施工现场，保护用户投资；此外我们采用目前最先进的构建大型网络系统的J2EE平台架构，采用微核心＋插件技术、支持从PC、服务器到小型机的迁移，支持操作系统移植，支持服务器负载均衡技术，可以随着系统的规模不断扩大，通过简单的调整服务器的部署可以轻松实现从前端－市级监控中心－省级监控中心一直到全国范围的多层次的纵向延伸和多区域联网的横向扩展，而无需更换版本和产品升级。
而这种扩展，丝毫不影响系统的原有稳定性。
3.2.4专业软件，管控一体
由于前端施工现场数量庞大，一般都分布在多个地域，综合监控技术的采用又增加了数据处理量，单级系统的部署已不能满足要求，需采用多服务器分布部署甚至多级级联的方式来实现。
工地监控平台软件可以支持超大规模的部署，能满足多级综合监控的应用需求。
软件采用模块化构建方式，可因需裁剪；采用WebService作为对外的服务接口协议，方便二次开发商集成；方便的增值业务集成；统一的平台内部协议；统一的部署和管理。
第四章前端感知系统
4.1设计概述
本系统不仅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外，本系统与其他常规监控系统比起来着重突出联网、高清、无线三方面贴近工地行业应用的设计方案。
本系统具有如下功能：
1）施工现场远程巡查——通过施工现场本身就具有的互联网，可以直接在监控中心显示屏上看到各施工点的现场情景图像，也可以通过监控中心的监控电脑向前端摄像机、高速球发出控制指令，调整摄像机镜头焦距或控制云台进行局部细节观察，对施工现场进行远程实时抽检监控。
在监督施工现场是否规范施工的同时，保证建筑材料及设备的财产安全，并对违反规定的施工企业进行处罚提供证据。
2）录像存储及回放——录像文件存储在工地前端NVR里，既满足了存储，又不会适时占用很多上行带宽，管理人员可以随时远程访问各施工现场的录像记录，并可按时间、企业名称、摄像机编号等要素进行录像资料的智能化快速检索和回放显示，在必要的情况下还可以将相关录像资料转存到杭州市建设工程质量安全监督总站指挥中心。
3）视频监控不仅能在白天实时监控，且在夜间可以对施工现场进行监控；
4）若前端主动发出报警信息后，监控中心监控图像应自动切换到发生报警的施工现场图像；
5）中心系统能对所有设备进行管理；
6）系统能对登录平台用户进行管理，系统为不同级别用户配置权限功能，保证不具备权限的用户不可以随便查看他人管辖范围内的工地现场图像。
7）本系统设计使用性价比极高的高清摄像机及高清球机，分辨率为200万，可以看清工地现场的作业细节，无论是对现场施工指挥、监管，还是事后追踪现场情况，都能保证看得清，有据可依。
4.2视频监控子系统
4.2.1需求分析
在事故多发的施工现场，保证施工质量、施工人员的人身安全和工地的建筑材料、及设备的财产安全是建筑企业管理者关心的头等大事；每个建筑企业或者是开发商在地区或者全国都会有很多的建筑工地，这些工地分布很散，很难有足够的人力和精力去频繁的到现场去监管、检查，所以造成管理上的困难。
根据上述内容，对建筑企业用户具体的需求分析如下：
Ø远程对分散的建筑工地进行统一管理，避免使用人力频繁的去现场监管、检查，减少工地人员管理成本，提高工作效率。
Ø通过视频监控系统及时了解工地现场施工实时情况，施工动态和进度，防范措施是否到位，特别是对于场面比较大的工地，对于重点项目企业领导也需要远程监管。
Ø监管建筑工地现场的建筑材料和建筑设备的财产安全，避免物品的丢失或失窃给企业造成损失；
Ø将施工实况展现于客户面前，向客户展现工地的建设规划和进度，达到一个宣传效果，也使得销售计划能够合理制定；
Ø防范外来人员的翻墙入侵、越界出逃，非法入侵危险区及仓库等场所，保证工地的财产和人身安全。
4.2.2系统设计
本方案为满足施工企业对施工现场的安全和管理需求，采用先进的计算机网络通信技术、视频数字压缩处理技术和视频监控技术，加强建筑工地施工现场的安全防护管理，实时监测施工现场安全生产措施的落实情况，对施工操作工作面上的各安全要素等实施有效监控，同时消除施工安全隐患，加强和改善建设工程的安全与质量管理，实现建设工程监管模式的创新，同时加强了建筑工地的治安管理，促进社会的稳定和谐。
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。
平台体系结构设计从根本上决定了系统所能提供的业务服务的规模和水平。
基于事实上的工业标准的J2EE平台和SOA面向服务的架构，是当前几乎所有的企业级业务平台所普遍采用的，被反复证明是目前最强壮、最博大、最高效、最具伸缩性和业务扩展能力的平台架构之一。
软件采用了在J2EE三层体系结构基础上构建的面向业务的四层体系结构，如下图所示：
图3.工地监控系统拓扑图
4.2.3系统组成
图4.工地监控系统拓扑图
如上图所示，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。
1）工地前端系统
工地前端系统主要负责现场图像采集、录像存储、报警接收和发送、传感器数据采集和网络传输。
前端监控设备主要包括分布安装在各个区域的球型鹰眼全景相机、高清红外星光网络摄像机、网络硬盘录像机，用于对建筑工地的全天候图像监控、数据采集和安全防范，满足对现场监控可视化、报警方式多样化和历史数据可查化的要求。
当出现突发事件时，工地现场管理人员可以通过紧急报警按钮向企业领导和上级单位报警，启动应急预案，满足应急指挥协同化的要求。
2）传输网络
工地和监控中心之间可采用专线和互联网两种方式，专线方式带宽有保证，网络稳定，通过软件预览的实时图像效果清晰，真正做到不仅看得见而且看得清，提示系统价值，但是租用专线价格比较昂贵；采用互联网方式，价格相对便宜，但是由于共享带宽，网络稳定性不如专线，高清摄像机的效果无法发挥到最大值。
工地现场的传输可以采用无线AP传输和有线传输两种方式，无线传输能适应工地现场复杂的环境，这样可以避免因为网线的损坏而不能传输的问题。
而有线传输则信号传输比较稳定，但是容易受现场环境限制，比如塔吊的升级会对网线的长度有所要求，这样容易损坏网线。
3）监控中心
监控中心是本系统的核心所在，是执行日常监控、系统管理、应急指挥的场所。
内部署视频监控综合管理平台，包括数据库服务模块、管理服务模块、接入服务模块、报警服务模块、流媒体服务模块、存储管理服务模块、Web服务模块等等，它们共同形成数据运算处理中心，完成各种数据信息的交互，集管理、交换、处理、存储和转发于一体，是视频监控系统能稳定、可靠、安全运行的先决条件。
支持随时抽查全部视频监控资源，接收报警信息，查阅各类统计数据，实现管理的高度集中化，做到管控一体集中处理。
平台支持分布式部署，当系统容量较大时，能够有效降低局部服务器性能和网络带宽压力，提升系统的稳定性。
4.2.4前端部署
前端摄像机是整个安全防范系统的原始信号源，主要负责各个监控点现场视频信号的采集，并将其传输给视频处理设备。
监控前端的设计将结合实际监控需要选择合适的产品和技术方法，保障视频监控的效果。
作为工地监控系统的视频源头，摄像机对整套监控系统起着至关重要的作用。
对摄像机的基本要求是：
防尘、防水、图像清晰真实、安装调试简便。
1、图像真实清晰——摄像机种类很多，其本源是内部核心部件“图像传感器+数字处理芯片”，针对不同的行业有完全不同的优化方案。
图像清晰度主要取决于图像传感器线数，线数越高，图像解析力越高，能获取更多的图像细节。
此外镜头倍数也将影响用户捕获图像的景深，广角取景能获取全景概况，长焦取景能获取人脸面部特征，因此，用户对图像要求与使用场景密切相关。
当然，在特殊场景下还需要特殊功能进行匹配，比如：
超低照度、逆光等等。
2、安装调试简便——摄像机多安装于难以摘取的位置，因此使用过程中的再度调试是较麻烦的，增加维护成本。
摄像机应该提供OSD操作菜单供用户远程调试及参数修改。
工地现场监控缩略图如下图所示：
视频监控系统设施基本配置如下表：
序号
覆盖范围
选用设备类型
实现目的
1
工地出入口
高清枪式摄像机和人脸抓拍机
监控进出人员，能看清进出物品细节。
人员通道设置人脸抓拍机
2
建筑材料堆放处
高清枪式摄像机
监控建筑材料所在区域，防止材料被盗
3
材料加工区
高清枪式摄像机
监控工作人员，能看清是否规范作业
4
塔吊上方
高清网络球机
监控塔吊作业层情况，监控整个工地情况。
5
围墙周界及内部区域
高清网络球机
监控围墙周界及内部区域巡视
6
制高点（如塔吊上）
碗型鹰眼
360度全景画面，多方向、多角度观察画面
7
制高点（如塔吊上）
热成像测温摄像机
对整个工地进行实时全天候监控及防火监控
表1视频监控点位配置表
点位设计说明：
工地出入口摄像机
工地是人员出入的场所，需在每个门口设置监控点，实时监控进出人员和货物，安装摄像机时需考虑夜晚的光线很差，并且要求每监控点要看清楚进出人员的样貌等。
本系统设计固定红外枪形高清摄像机，实时记录出入人员信息。
红外摄像机负责24小时监控整个场景。
人员通道配置人脸抓拍机，对进出人员进行人脸抓拍。
建筑材料堆放处监控摄像机
建筑材料堆一般零散放置很多材料，经常发生被偷盗现象，我们设计在材料堆放置红外高清筒型摄像机，24小时监控材料的取用与还回，避免偷盗事件发生，和当发生偷盗行为时高清摄像机清晰的画面为破案提供证据，保证企业利益。
材料加工区监控摄像机
目前工地大部分采用自行加工的方式来加工钢筋，所以对于材料的切割机操作区就需要我们专门的监控设
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