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基于4G物联网技术的智能安全帽定制开发及应用

武汉市汉阳市政建设集团有限公司

一、案例背景

(一)外部背景

当前,国家大力支持并推行大数据、物联网、云计算建设,着力打造智慧城市、数字经济、智慧工地作为智慧城市、数字经的重要组成部分,因其所处的工程建设行业信息化、智能化程度相对较低也得到了极大地关注。根据国务院办公厅《关于促进建筑业持续健康发展的意见》(国办发〔2017〕19号)、住建部《关于印发2016-2020年建筑业信息化发展纲要的通知》(建质函〔2016〕183号)等文件要求,各地方均不同程度地开展了智慧工地建设工作,并在以“AI+BIM+IoT(物联网)”融合模式的智慧工地研究及应用方面取得了一定突破,安全帽作为工程管理不可或缺的穿戴设备,以其为载体开展工程管理信息化、智能化方面的研究及应用将是一条极为可行的路径。因此,我们通过充分的市场调研后开始了4G智能安全帽的定制开发研究及应用。

(二)内部背景

随着公司“走出去”经营战略的逐步落地,公司外地项目数量逐年递增,截止目前,2018年外地项目经营产值已突破35亿,外地项目的项目管理风险也随之增大,其中项目施工过程中的进度、质量、安全管理风险尤为突出,为解决此问题,将外地项目的项目管理风险降到最低,公司工程技术部通过多渠道考察和产品测试,初步探明了通过4G智能安全帽等物联网设备(IoT)加强对外地项目远程实时项目风险管控的实施方案,此方案同样也适用于对市内项目的项目风险管控。

二、案例实施的方法和内容

(一)本案例的主要实施路线

本案例主要的实施路线为:方案立项→开展可行性研究(内部功能需求调研、市面成型设备功能调研、4G物联网卡功能及套现调研)编制可行性研究报告→借用样机测试→编写测试报告→确定设备、4G网络合作方→向合作方提出产品(硬件、软件)功能优化需求→产品定制开发→二代产品测试→产品验收→签订设备及4G物联网卡采购合同→工厂生产→产品交付→上线准备(设备编号、分配,编制操作手册、制定应用管理办法)→上线应用培训及设备发放→应用情况反馈→平台软件优化、迭代→应用成效分析→下一代产品升级迭代。

(二)本案例的主要实施方法及内容

1. 可研阶段实施方法及内容

可研阶段,通过内部调研,收集整理了当前项目管理需求场景,如图1。主要采用了网络检索信息、电话咨询、实地考察这三种方式进行信息收集,并将信息整理成调查结果,如表1。

图1 可行性研究-应用场景分析

表1 智能安全帽产品功能调查结果

2. 样机测试阶段实施方法及内容

样机测试阶段主要采用的对比分析法,与三家不同的供应商签订了样机借用测试协议,如图2。

图2 样机借用测试协议

提前制定功能测试指标项,对三个不同场景提供的产品进行同条件下的测试,如图3。

图3 样机现场测试

经过长期测试分析,得出实测结果,如表2。

表2 智能安全帽产品功能实测结果

针对4G物联网卡的选择,通过向国内三大网络运营商进行咨询对比,得出以下表3对比结果:

表3 4G物联网卡考察结果

针对4G物联卡的测试,开展基于不同应用场景(市政道路、房建、市政地铁)、不同天气状态(晴天、阴天、雨天)、不同测试时间(上午、下午、夜间)等条件的测试,并最终形成了完整的流量测试报告。

3. 方案编制阶段实施方法及内容

所有硬件设备、4G网络、平台功能应用测试完成后,编制《汉阳市政智能安全帽应用实施方案》报公司管理层审核。

4. 产品功能优化及设计阶段实施方法及内容

应用实施方案审核通过后,我们向确定的合作方提交了功能优化反馈建议书,将测试中发现待优化的功能需求及时反馈给供应商。

根据反馈,厂家对产品进行优化,提供的正式合同第一批产品中解决了以上反馈的部分问题,同时提供的产品进行了企业标识设计,如图4。

图4 4G智能安全帽外观企业标识设计

5. 产品交付、验收阶段实施方法及内容

图5 4G智能安全帽检测报告

产品交付前,定期对产品的开发、生产进度进行跟踪,实时掌握功能实现进度情况。

产品交付是厂家提供了严格的第三方检测报告,确保是设备的安全性、功能性需求,如图5。

6. 操作培训、应用跟踪阶段实施方法及内容

产品交付完成后,对应每一顶智能安全帽安装一张4G物联网卡,进行联网功能调试,并制作视频版操作手册,操作手册上传至公司自主开发的筑建通APP中,公司员工通过APP可随时随地进行功能操作学习,大大减少了功能操作培训的成本,视频版操作手册。

培训及上线应用准备工作完成后,公司内部召开4G智能安全帽操作培训及应用推广会,如图6。

图6 4G智能安全帽操作培训及应用推广会

7. 应用阶段实施方法及内容

为了促进4G智能安全帽很好的在项目管理中应用落地,集团公司制定了《智能安全帽推广应用及设备管理办法》。

集团工程技术部将《智能安全帽推广应用及设备管理办法》纳入到公司《智慧工地建设管理办法》中,进行季度考核,确保了智能安全帽快速而高效地应用落地。

(三)本案例的成本投入

考虑到4G智能安全帽的功能提升空间还较大,以及现阶段硬件成本较高,公司第一批只采购了50顶,同时采购50张4G物联网卡,具体成本投入如表4。

表4 4G智能安全帽成本投入表

按照4G物联网卡3000元/月计算,预计第一年成本总投入为17.6万。

(四)本案例的创新点

1. 项目管理模式的创新

在建筑施工领域,智慧工地视频监控的应用已极为普遍,而智慧工地视频监控存在视觉盲区(不能覆盖整个工地)、设备及网络维护难度大、维护效率低、维护成本高等问题,为解决这些问题,我公司首创性地将在电力施工行业中使用的4G智能安全帽引入到建筑施工领域,4G智慧安全帽的实时可视性、可移动性、可对讲互动性等功能很大程度上弥补了智慧工地视频监控的不足,创新了项目现场管理新模式,为建筑施工行业的智慧建造提供了一条可行的新路径、新方法。

2. 产品功能的创新

区别于传统仅集成了GPS定位功能的智能安全帽,由我公司与合作方共同合作定制开发的4G智能安全帽进行了多项功能创新,如图7。

图中实时语音通话、实时现场录像、拍照等功能均是公司在样机测试后提出的功能优化建议,合作厂家将功能在交付的产品中予以了实现。

图7 智能安全帽设备创新功能点介绍

3. 4G物联网卡流量控制创新

考虑到目前的4G流量的费用较高,为了节约成本,我们采用了中国联通的4G物联网流量池,实现了多张卡共享流量的功能,同时我们定制开发了4G物联网卡流量限时自动开启和自动关闭的平台管理功能,减少非工作时段设备对4G流量消耗的浪费。

三、案例取得的成效

经过近3个月的正式应用,4G智能安全帽的应用已初见成效,具体应用成效体现在以下几个方面:

(一)提高项目管理工作效率

比之于之前公司管理人员必须亲临现场进行巡查管理,项目级管理人员使用智能安全帽后,公司级管理人员只需登录电脑的智能安全帽管理平台即可实时掌握工地施工现状,实时了解工地现场施工进度、质量、安全文明、技术等问题,大大节省了公司管理人员驱车往返于各个工地的时间,而可将节省的时间用于对重点项目的现场管理。经过前后对比分析,使用4G智能安全帽之前,一名公司级管理人员一天可现场巡查项目数为5个,而使用4G智能安全帽之后,可远程巡查项目数达到14个。由此可见,4G智慧安全帽的使用,极大地提升了公司级管理人员项目现场管理的效率,同时也降低了管理成本,为企业创造了经济效益。

图8 智能安全帽集中管理平台

(二)提升项目规范化、精细化管理水平

4G智能安全帽的使用,将项目现场完全暴露于公司管理部门的视线之下,施工现场的进度、质量、安全文明、技术问题均无处可藏,由此促进了施工现场管理人员规范化、精细化施工的意识,项目施工的精细化水平也得以提升。

4G智能安全帽投入正式应用的第二个月,我市质监站的工作人员来公司某个工地检查时发现之前工地施工存在的问题得到了很好的整改,得知此项目正是公司管理部门使用了4G智能安全帽后加强了对项目的巡查频率和力度才取得的效果后,对4G智能安全帽表示了极大地兴趣,并计划将4G智能安全帽的管理模式在全市推广。

四、总结及展望

(一)存在的问题

1. 4G智能安全帽管理系统移动端待开发

目前,管理平台只有web端,用户只能通过电脑登录web端平台才能对于智能安全帽进行视频、语音连接,缺少了通过手机APP随时随地对智能安全帽进行管理的功能。

2. 硬件设备功能待优化

设备电池的散热功能、摄像头的防抖功能还有待进一步升级优化。

(二)未来的发展方向

物联网、大数据、AI、5G技术的兴起,将激发我们的想象空间。我们认为,4G智能安全帽未来可以在以下几个方面进行深度研发及应用:

1. 持续优化产品,完善产品功能

下一步,我们将收集应用建议并思考智能安全帽的其他应用场景,解决目前存在的问题,在软硬件方面加速迭代,丰富产品的功能。

2. 结合AI技术实现智慧建造

4G智能安全帽若能借助AI技术让摄像头具备智能识别的功能,自动识别工地现场不规范操作问题、施工质量问题及安全隐患问题等,将极大地提升工地现场管理的智能化管理水平,真正实现智慧建造。

综上所属,作为建设施工企业,只有从自身实际需求出发开展信息化建设,才能让软件系统功能适应自身的管理诉求,同时,也只有不断探索新的管理模式和管理工具,打造自身的核心竞争力,才能使企业在激烈的市场竞争中不断发展壮大,进而为行业、为社会进步创造更大的价值。

特别说明:案例中针对不同厂家的智能安全帽的测试结果及三大运营商的物联网卡考察结果仅代表我公司测试人员观点及立场,具体产品功能及价格以厂家所提供的实际产品及用户自身测试为准。

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