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安全塔吊物聯網設備塔吊「軟衛甲」——安全塔吊物聯網設備，創新目標與內容（圍繞物聯網技術與應用進行創新研究與設計的目的和意義、內容和技術、應用和前景）

1、產品設計的目的和意義

據統計 2019年我國建築業總產值達到 24.84萬億元，約占全年 GDP的四分之一，市場規模巨大但粗放的管理模式落後的生產方式並沒有根本改變，安全風險大、生產效率低、管理成本高，始終是行業發展難題。早在 2016年，住建部就發布了《2016-2020建築業信息化發展綱要》，指出信息化是建築業發展戰略重要驅動力，也是轉變發展模式、提質增效、節能減排的內在要求。2020 年國務院《政府工作報告》指出要加強新型基礎設施建設、加強新型城鎮化建設、加強交通及水利等重大工程建設，即「兩新一重」。在「新基建」的大環境中，以 「大數據」、「物聯網」、「人工智能」為代表新興技術助力日益成為破解行業發展瓶頸的重要着力點。

江蘇作為全國經濟的引擎，新技術的應用一直處在全國領先地位。2020年5月6日，江蘇省住房和城鄉建設廳下發的《省住房城鄉建設廳關於推進智慧工地建設的指導意見》（蘇建質安[2020]78 號）文件中明確指出推進智慧工地建設已成為加快產業轉型升級的突破口，是助力建築業高質量發展的重要手段，藉助新技術的應用施工安全、生產治理正在迅速現代化。

智慧工地是依託大數據、物聯網、人工智能等高新技術，建立的支撐現場管理、互聯協同、智能決策、數據共享的信息化系統，貫穿建築工程項目全生命周期。技術的進步大幅提高了行業生產環境數據採集的準確性、及時性、真實性和完整性，成為施工過程全面感知、互聯互通、智能處理和協同工作的基礎。正是看到了新興技術釋放行業轉型升級的強大動能，省住房城鄉建設廳在《關於統一全省建築工程綠色智慧示範片區建設標準及加強過程管理的通知》（蘇建質安[2020]658號）文件中明確指出了示範片區的建設內容與驗收標準，對智慧工地各項參數與功能提出了更高的要求，這無疑將極大激活增量與存量市場。巨大的市場機遇在政府的引導與扶持下正迅速變成5G智慧產業的藍海。

商機稍縱即逝，選擇什麼樣的角度切入市場呢？本團隊結合自身的軟硬件技術優勢，選擇塔吊智慧升級作為主攻方向，並獲得初步的市場認可。近年來對大型塔吊的需求強勁，裝配式建築預製部件的大量使用，使得塔吊市場迎來結構性調整。裝配式建築發展目標明確，根據國務院和住建部相關規劃，2020 年全國裝配式建築占新建建築的比例達到15%以上，到2026年這一比例將達到30%，對於100噸米以上的中大型塔吊需求量將快速增加。以5G智慧產業落地的視角，我們認為塔吊作為智慧工地不可或缺的大型機械，處於施工場景中的核心位置。本團隊將專用傳感器、智能處理模塊集成為一款以WiFi6固件為核心的軟硬件智慧產——塔吊「軟衛甲」，構建依託物聯網的塔吊智慧檢測系統。

除智慧工地以外，塔吊有着廣泛的應用。如，海上石油鑽井平台塔吊、公路與地鐵塔吊、超大型橋樑專用塔吊等。各類施工環境對塔吊安全性都有近乎苛刻的要求。塔吊等工程機械的使用壽命一般是 6-10 年，目前距離工程機械行業的上一個高峰期（2007-2011年）已有10年-14年，行業已經進入更新換代需求集中釋放的時期。未來 2 年-3 年市場規模還將繼續擴大，這就是我們稱之為「存量市場」的老舊塔吊智慧化改造需求；此外，新式塔吊勢必需要針對施工安全指標提升產品性能，我們將這部分市場稱之為「增量市場」。面對巨大的存量與增量市場，本團隊研發的安全塔吊物聯網設備及監測系統—— 塔吊「軟衛甲」，順應市場潮流，技術先進、產品邊界清楚、盈利模式明晰。團隊全體成員致力於運用技術手段提升全社會塔吊作業的智慧化水平，為國家「新基建」進程貢獻力量。我們相信，只有解決社會需求的痛點才能創造巨大的財富。

2、產品設計創新的內容和及相關技術

5G技術是大數據、物聯網、人工智能技術落地的基礎，以大帶寬、低時延、廣連接的特性，成為了工業物聯網的支撐技術。以建築施工質量安全為例，依託5G 構建智能監控和防範體系，將有效彌補傳統方法和技術在監管中的缺陷，實現在塔吊作業中對人、機械、安全、質量、進度的全方位有效、主動的監控。

2.1痛點解析

建築行業中，施工安全風險大、生產效率低、建設成本高是橫亘在建築業面前的難題。如何藉助技術手段提升安全生產水平，是建築企業共同的問題；目前，以人工智能技術為代表的高新科技產品，部署、維護成本高昂讓企業望而卻步。以塔吊為例，傳感器 AI專用攝像頭造價高且維護困難。已經部署的企業坦言，如果不是政府的強制要求，很難有決心部署這些設備。另一方面，操作的複雜性讓智慧設備發揮的作用非常有限，造成巨額浪費難以物盡其用，頻發的事故又讓建築生產安全一次次卷進輿論的漩渦，智慧工地幾乎成了市場的雞肋。

解決這一問題的核心是降低成本，用廉價的低精度人工智能模型替代成本高昂的專用設備。通過產品模組的深度集成，傻瓜式操作，創造交互友好、部署簡單、成本可控的智慧產品。我們將視頻分析技術與普通高清攝像頭融合，利用WiFi6專用裝置回傳監控視頻，分析實現塔吊狀態實時檢測，解決吊塔員視野受限的問題，實現視野盲區掃描，從而為安全生產提供有力保障，達到了縮減成本的目的，使產品更具有普適性，市場接受度高。

2.2 產品特性

（1）集成AI識別模塊替代智慧攝像頭

安全塔吊物聯網設備及監測系統通過AI識別模塊，替代成本高昂的智慧攝像頭，縮減專用傳感器的使用數量，是一種成本可控的解決方案。在監控設備中進行視頻分析處理基於 5G、物聯網技術，將監控採集數據、數據融合處理，高效、完整的實現了塔吊作業過程中安全監控及實時報警功能。

集成AI 識別模塊替代智慧攝像頭，部分替代了專用傳感器，達到了大幅縮減成本的目的，使得產品適用性高，進一步達到了保障工人作業安全、建設安全工地的最高目的。

視頻分析結合 AI技術安裝高清攝像頭，WiFi核心固件回傳監控視頻分析實現塔吊狀態實時檢測，解決吊塔員作業時候視野受限問題，幫助吊塔員發現視野盲區危險，保障其安全工作。在吊臂遠端水平安裝攝像頭，對整個吊臂的彎曲情況做監測，並在發現碰撞危險時自動進行聲光預警和報警。

基於圖像輪廓識別中的算法，形成攝像監測系統，對塔吊狀態進行實時監測分析，及時報警。通過部署塔吊互聯攝像系統，採用純光學圖像動態監測塔吊間距，能夠掌握周圍吊塔動向，在違背基本作業準則（低塔讓高塔，後塔讓前塔）時，能夠迅速發出警報，並且採取緊急預案，避免造成巨大損失。

（2）5G技術結合超級WiFi開發設備新活力

5G 作為實現萬物互聯互通的關鍵基礎設施，能夠為大數據、雲計算、工業互聯網等數字平台建設提供強大支撐，也助建築業全面提高數字化水平，着力增強 BIM、智能化等信息技術集成應用能力藉助 5G 毫秒級的傳輸速度，不僅能實時更新畫面和數據，還能利用 5G 通訊，實現現場信息採集系統和遠程控制系統的信息交互。

基於5G 通訊的全方位實時感知傳輸技術，可以通過集成多視頻的現場信息採集系統，實現對塔吊操作中人、物、作業流的一致性識別，使塔機操作人員和控制系統全方位地感知現場塔機地工況，實現塔機現場全要素工況信息實時可靠傳輸的目的。

以 5G CPE 設備（客戶前置設備）為節點構成智慧工地片區，作為一種 5G終端設備，5G CPE能夠接收運營商基站發出的5G信號，然後轉換成Wi-Fi信號或有線信號，讓更多本地設備（手機、平板、電腦）上網，使得監管部門可以在更大監控尺度上對人員、機械、資料、環境的日誌、告警全方位實時掌控。

(3）多監控協同合作數據智能融合

安全塔吊物聯網設備及監測系統中，由於塔吊吊距超高以及存在視線盲區，

時常發生塔吊鈎吊不准或吊鈎脫落的情況，導致材料散落，造成安全事故。採用多監控協同合作，以主攝像頭為重點檢測設備，加以在塔吊各重點位置輔助多個副攝像設備，部署超級WiFi基站，保障24小時全方位、無死角、高效率的可視作業情況。

系統中主攝像頭採用高清紅外球形攝像機、通過對塔機變幅和起升高度實時監測，自動計算幅度和高度的距離自動變焦、實現對吊鈎運作畫面的智能追蹤，自動控制高清攝像機自動聚焦、360度無死角追蹤拍攝、危險狀況實時可見、杜絕盲吊、降低隔山吊安全隱患。

該系統能實時以高清晰圖像向後台傳輸視頻圖像，及時進行數據分析，清除施工現場塔吊司機的視覺死角，解決遠距離視覺模糊，語音引導易出差錯等行業難題，能夠有效避免事故的發生。高清球形攝像機負責完成塔吊吊鈎圖像信息的捕捉，視頻信息直接顯示在液晶顯示器，顯示吊鈎及所吊物品的狀態。

副攝像頭採用槍式攝像機等一般攝像設備，分為：安全監控攝像頭、塔吊互聯攝像頭、塔吊狀態檢測攝像頭。

此外，大型施工基地視頻監控架設困難，移動性強，震動劇烈，給視頻監控傳輸提出了很高的要求，因此部署了超級WiFi室外基站，超級WiFi有着繞射能力強、低頻、傳輸距離遠、抗干擾性能好、架設方便等特點，給視頻監控組網帶來了極大的便利，同時大大降低了建設成本。