引言：建造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)生產(chǎn)部門和支柱產(chǎn)業(yè)之一,也是一個安全事故多發(fā)的高危行業(yè)。在以往的建造工程中，普遍存在工程量大、施工人員混雜、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、安全事故頻發(fā)等一系列關(guān)鍵問題。信息化進(jìn)程中，工地項(xiàng)目均已部署監(jiān)控系統(tǒng)，然而無法避免監(jiān)控系統(tǒng)分散、智能化程度低、警情發(fā)現(xiàn)處置效率低等痛點(diǎn)。
鯤云科技是全球領(lǐng)先的人工智能算力及解決方案供應(yīng)商，以開創(chuàng)性可重構(gòu)數(shù)據(jù)流 AI 芯片技術(shù)為核心，為智慧城市、智慧能源、智能制造等關(guān)乎國計(jì)民生的領(lǐng)域提供AI視頻分析解決方案，賦能千行百業(yè)智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。基于工地場景的安全管理智能化需求，鯤云科技以AI視頻分析為切入點(diǎn)，打造算力、算法、平臺一體化的智慧工地監(jiān)管平臺，賦能用戶單位實(shí)現(xiàn)對工地現(xiàn)場的人、機(jī)、料、法、環(huán)等關(guān)鍵要素全天候監(jiān)測預(yù)警及多維度智能管理，打造智慧工地物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用標(biāo)桿。
一、項(xiàng)目概況
1. 項(xiàng)目背景
近年來，中央政府不斷出臺智慧工地建設(shè)相關(guān)政策及規(guī)劃，推動智慧工地建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施完善覆蓋，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，優(yōu)化工地監(jiān)控及管理系統(tǒng)，提升工地安全管理效果，加速建造行業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型。
山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳印發(fā)《全省房屋建筑和市政工程智慧工地建設(shè)指導(dǎo)意見》，全面推行三星（AAA）級智慧工地，智能建造技術(shù)普遍應(yīng)用，智慧管理手段成為常態(tài)，鼓勵企業(yè)將項(xiàng)目信息接入全省建筑施工安全監(jiān)管平臺，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)管，安全隱患人工預(yù)警、及時(shí)消除。在此背景下，鯤云科技服務(wù)華北某智慧工地集成商，基于政府管理需求，負(fù)責(zé)城市級和區(qū)域級“智慧工地”平臺的規(guī)劃與交付。
2. 項(xiàng)目簡介
針對工地場景普遍面臨的現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)利用率低、監(jiān)控過于被動、警情處置效率低的痛點(diǎn)，鯤云科技以AI視頻分析為切入點(diǎn)，打造算力、算法、平臺一體化的智慧工地平臺，并通過物聯(lián)網(wǎng)、BIM、3S、5G、人工智能、云計(jì)算、VR等信息技術(shù)的系統(tǒng)集成與信息平臺搭建，實(shí)現(xiàn)對人、機(jī)、料、法、環(huán)等關(guān)鍵要素全天候監(jiān)測預(yù)警及多維度智能管理。目前，該平臺在國家人工智能先導(dǎo)區(qū)的30余個工地項(xiàng)目率先應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工地現(xiàn)場全天候遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測，提供報(bào)警事件數(shù)據(jù)分析報(bào)告，提升工地管理運(yùn)營效率、降低安全事故風(fēng)險(xiǎn)，打造智慧工地物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用標(biāo)桿。
3. 項(xiàng)目目標(biāo)
該項(xiàng)目基于智慧工地監(jiān)管平臺源代碼及數(shù)據(jù)資產(chǎn)，以智慧工地監(jiān)管平臺源代碼及功能模塊為基座，進(jìn)行系統(tǒng)升級，優(yōu)化現(xiàn)有模塊功能，同時(shí)擴(kuò)展開發(fā)工地相關(guān)智能監(jiān)測、智能預(yù)警等功能，實(shí)現(xiàn)智慧工地全景化管理，集約利舊，發(fā)揮已有系統(tǒng)的最大能效，降低項(xiàng)目實(shí)施成本，防止重復(fù)建設(shè)。
二、項(xiàng)目實(shí)施概況
1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
該項(xiàng)目從工地實(shí)際業(yè)務(wù)需求出發(fā)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)、系統(tǒng)規(guī)劃，充分考慮業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共通性、串聯(lián)性，整體架構(gòu)分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、平臺功能層、前端展示層：
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層集成施工現(xiàn)場監(jiān)控、噴淋、閘機(jī)等各項(xiàng)傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總、管理互聯(lián)互通；
平臺功能層利用人工智能、BIM、5G、VR等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸處理與項(xiàng)目管理，打造集約化、可拓展的一站式管理平臺；
前端展示層則實(shí)現(xiàn)工地項(xiàng)目可視化管理，監(jiān)控和記錄施工現(xiàn)場情況，對未帶安全帽、未穿反光背心、吸煙等違規(guī)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，從多維度提升管理效率。
其中，AI監(jiān)測預(yù)警是該智慧工地平臺建設(shè)的重中之重。為實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測、智能預(yù)警等核心項(xiàng)目目標(biāo)，滿足項(xiàng)目30余個工地24小時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算需求，該項(xiàng)目使用鯤云科技自研的可重構(gòu)數(shù)據(jù)流AI芯片CAISA ，為實(shí)現(xiàn)工地全天候監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析和預(yù)警提供算力基礎(chǔ)。
圖1：方案架構(gòu)圖
2. 安全及可靠性
圍繞該項(xiàng)目所用的可重構(gòu)數(shù)據(jù)流架構(gòu)AI芯片技術(shù)，鯤云科技已申請專利480余件，擁有全套自主知識產(chǎn)權(quán)，初步建立了技術(shù)護(hù)城河，核心研發(fā)技術(shù)自主可控。在此次智慧工地平臺搭建中使用CAISA芯片，加強(qiáng)項(xiàng)目信息安全建設(shè)，為保障算力安全供應(yīng)、平臺穩(wěn)定運(yùn)行提供了底層支撐。
三、下一步實(shí)施計(jì)劃
1. 計(jì)劃1：持續(xù)迭代解決方案，提升產(chǎn)品競爭力
鯤云科技基于可重構(gòu)數(shù)據(jù)流AI芯片建設(shè)的智慧工地監(jiān)管平臺，在應(yīng)用過程中持續(xù)追蹤用戶及市場的最新需求，提供與時(shí)俱進(jìn)的AI視頻分析解決方案。今年，針對工地場景高空墜落傷害、物體打擊傷害、機(jī)械打擊傷害等工地場景“五大傷害”痛點(diǎn)、難點(diǎn)需求，鯤云科技創(chuàng)新研發(fā)了吊籃、塔吊、工程車輛等作業(yè)環(huán)節(jié)過程中的高精度安全監(jiān)測算法，算法準(zhǔn)確率平均達(dá)90%，領(lǐng)先于行業(yè)現(xiàn)有同類型應(yīng)用，進(jìn)一步提升解決方案的競爭力。
2. 計(jì)劃2：總結(jié)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，落地更多創(chuàng)新應(yīng)用場景
針對工地場景的安全生產(chǎn)管理需求，鯤云科技智慧工地平臺已在北京、上海、廣東、河南、黑龍江、浙江、貴州等十余個省市落地超過100個工地項(xiàng)目，助力工地安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警。同時(shí)，該項(xiàng)目可復(fù)制推廣至全國34個省市超百億平方米的傳統(tǒng)工地場景，化工廠、光伏發(fā)電廠等新型工地建設(shè)場景，以及源源不斷涌現(xiàn)的海外大型城市基建場景，市場需求龐大。另外，該項(xiàng)目中基于數(shù)據(jù)流創(chuàng)新架構(gòu)AI芯片的算力、算法、平臺一體化解決方案，同樣適用于城市治理、能源、教育、農(nóng)業(yè)等眾多關(guān)乎國計(jì)民生的行業(yè)場景，將被復(fù)制推廣至更多創(chuàng)新應(yīng)用場景。
四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果
1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
1、方案創(chuàng)新
（1）多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，互聯(lián)互通，提高工地管理效率
該項(xiàng)目通過整合施工過程中第三方人工監(jiān)測數(shù)據(jù)、各類儀器設(shè)備自動監(jiān)測獲得的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)以及項(xiàng)目基礎(chǔ)信息和監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)信息等核心數(shù)據(jù)的展示與挖掘，基于工地現(xiàn)有數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行管理系統(tǒng)升級，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測流程標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)展示智能化，縱向打通項(xiàng)目用戶、監(jiān)管單位、上級主管單位的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、集約化的一站式管理平臺，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)高效的管理、分析、應(yīng)用和決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
圖2：智慧工地平臺大屏展示頁面
（2）集約利舊，可擴(kuò)展性強(qiáng)，降低項(xiàng)目搭建成本
該項(xiàng)目針對工地實(shí)際業(yè)務(wù)需求及痛點(diǎn)，采用物聯(lián)網(wǎng)、BIM、3S、5G、人工智能、云計(jì)算、VR等技術(shù)，在現(xiàn)有系統(tǒng)上進(jìn)行智能監(jiān)測、智能預(yù)警等工地相關(guān)功能開發(fā)擴(kuò)展。平臺基于海量工地?cái)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能分析，為工地安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供全天候支持；結(jié)合BIM、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，打造數(shù)字化全景平臺，輔助經(jīng)營管理決策、服務(wù)流程優(yōu)化，從多維度提升管理效率。
2、技術(shù)創(chuàng)新
（1）采用可重構(gòu)數(shù)據(jù)流芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)算力突破
項(xiàng)目所用芯片產(chǎn)品是鯤云科技自研的CAISA芯片，采用了從底層創(chuàng)新的可重構(gòu)數(shù)據(jù)流架構(gòu)，相對于傳統(tǒng)指令集架構(gòu)下的AI芯片，CAISA芯片采用的可重構(gòu)數(shù)據(jù)流架構(gòu)不存在指令依賴，依托數(shù)據(jù)流的流動次序控制計(jì)算執(zhí)行次序，數(shù)據(jù)計(jì)算與數(shù)據(jù)流動重疊，減少計(jì)算單元的空閑時(shí)間，最大化利用芯片計(jì)算資源，芯片利用率最高可達(dá)95.43%。對比國際同類產(chǎn)品，CAISA 在芯片成本僅為1/3的情況下，最高可提供4.12倍以上的實(shí)測性能，為智慧工地平臺落地節(jié)省30%以上的AI算力部署成本。
基于其技術(shù)創(chuàng)新性和領(lǐng)先性，鯤云科技已獲得中國智能科學(xué)技術(shù)最高獎吳文俊人工智能科學(xué)技術(shù)獎芯片項(xiàng)目一等獎、世界人工智能大會最高獎卓越人工智能引領(lǐng)者 SAIL 獎、工信部指導(dǎo)“中國芯”優(yōu)秀技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品獎，實(shí)現(xiàn)人工智能頭部獎項(xiàng)大滿貫。
（2）深挖工地場景算法需求，解決行業(yè)痛點(diǎn)難點(diǎn)
該項(xiàng)目針對工地人員管理需求，及各種違規(guī)操作和不文明施工現(xiàn)象，提供包括安全帽識別、反光背心識別、煙霧火焰識別、人員闖入識別等常見算法，以及未穿工服識別、離崗識別、抽煙識別、打電話識別、裸土識別、皮膚裸露識別、車輛噴淋識別等多種可拓展的行業(yè)特殊算法。
結(jié)合CAISA芯片提供的算力基礎(chǔ)，該項(xiàng)目在運(yùn)行過程中，實(shí)現(xiàn)視頻分析識別延遲3ms以內(nèi)，報(bào)警準(zhǔn)確率達(dá)99%以上，單服務(wù)器Callback向外推送事件的能力可達(dá)每秒1000+事件，助力提升施工現(xiàn)場安全管理運(yùn)營效率，降低事故發(fā)生頻率，提高建筑工程質(zhì)量。
圖3：部分工地場景算法
2. 實(shí)施效果
該智慧工地平臺主要面向集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)、工地項(xiàng)目負(fù)責(zé)人兩類主體，可滿足集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)流程規(guī)范、數(shù)據(jù)整合全面監(jiān)控、管理手段科學(xué)有效、工程質(zhì)量逐步提升、項(xiàng)目安全可控等需求，及工地項(xiàng)目負(fù)責(zé)人現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看、安全監(jiān)管無遺漏、PC及移動端便捷操作等需求，提供降智慧化、數(shù)字化、高效化、安全化的服務(wù)。
項(xiàng)目自2022年11月實(shí)施以來，已在國家人工智能先導(dǎo)區(qū)的30 余個工地完成試點(diǎn)應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該項(xiàng)目部署10+行業(yè)定制算法，日均觸發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警600余次，AI視頻分析識別延遲 3ms 以內(nèi)，報(bào)警準(zhǔn)確率達(dá) 99% 以上，助力相關(guān)責(zé)任人及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患，大大提高了工地巡檢效率，形成工地全天候安全管理閉環(huán)，打造智慧工地平臺標(biāo)桿。
項(xiàng)目成本層面，基于可重構(gòu)數(shù)據(jù)流技術(shù)，該解決方案在保證3倍以上算力性價(jià)比提升的前提下，能夠?yàn)橹腔酃さ仄脚_落地節(jié)省30%以上的AI算力部署成本。同時(shí)，該解決方案能夠以算力換人力，助力工地現(xiàn)場減少 50% 人力成本，為用戶方節(jié)約大量建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)降本增效。