基于智慧工地的牵引变电所施工安全管理研究

王海洋

(中国土木工程集团有限公司 北京 100038)

1 牵引变电所施工安全管理现状

在2018年的统计中，全国铁路完成了8 028亿元的固定资产投资，其中建有新线4 683 km，占总投资58.3%。全国铁路电气化里程92 000 km，电化率达到70.0%。在我国新建的高铁、国家铁路、地方铁路中，以电力牵引机车为主，在对既有的铁路改造过程中，也是将内燃机车牵引改为电力供电牵引，所以，未来将建设越来越多的铁路牵引变电所，以保证铁路机车的动力来源。

目前，牵引变电所施工多采取先室外后室内，部分采用平行作业施工方式，室内设备与室外设备同时展开安装，合理地利用区域、人力、施工机器具，最大限度地开展施工工序作业。施工主要包括基础施工、建筑施工、构架安装、主变压器安装、室外高压设备及软母线安装、室内设备及硬母线安装、电缆施工等工作内容[1]，涉及到模板支护、高空作业、夜间施工、特种车辆驾驶、起重吊装、金属切割、设备装卸搬运、焊接、电力调试、大型设备运输等多项安全管理方面的重点关注内容。施工单位在施工组织设计中详细陈述拟采取的安全防护体系及措施，要求现场设置专职安全管理人员及主管安全领导，并熟悉和遵守相关具体安全管理规定。但是，现场实际情况缺乏有效的技术手段与措施[2]，不能实现及时预防、发现、阻止安全事故的目的，无法全部满足施工组织设计中各项与安全相关的要求。

2 牵引变电所施工中存在的安全问题分析

根据以往项目的施工经验，牵引变电所施工现场普遍存在着人员、环境、管理等方面的安全问题[3]，具体内容见表1。

表1 现场安全问题分类

一般情况下，施工组织设计中含有详细的施工安全技术措施，包括进入施工现场应遵守的安全规定，交叉作业[4]的防护，用电安全，现场消防措施，对设备、材料摆放要求等，通过具体列明的技术措施进行安全技术交底，并进行安全生产检查监督。但经过实践验证，以上措施并没有达到排除安全隐患、减少安全事故发生的目的。由于专业从事牵引变电所施工的工人从安全管理文档中获取安全警示的主观意识不强，同时，现场工人长时间的工作经验积累，已形成一套自己的并不安全的“安全法则”，最终导致上述措施仅成为管理者、监督者在安全准则与评判标准方面的档案资料，并没有真正达到使现场工人安全作业、施工安全进行的目的。安全技术措施中包含的内容条目越详细，现场工人越不在意，现场安全事故仍有发生，没有起到停止或减少安全事故的作用。

3 基于智慧工地数据平台的安全保障

3.1 智慧工地简介

随着互联网技术在传统建筑行业中的跨界发展，“互联网+”理念与传统建设工程领域的深度融合，智慧工地的概念悄然而起，这是社会信息技术高度发展的必然产物。智慧工地围绕施工现场生产进度、重要机械、主要材料、人员管理、安全文明施工等方面，充分利用物联网、智能感知、云计算、人工智能、大数据、虚拟现实等新一代高科技信息技术，对施工现场进行全方位、智能化的交互与高效管理。随着牵引变电所施工中设备越来越精密，安装工艺越来越复杂，施工环境要求越来越高，安全隐患越来越多样化，以智慧工地为基础的数据平台为施工安全提供了技术条件与有效保障。

3.2 智慧施工工地大数据平台系统架构

针对牵引变电所施工时诸多的现场安全隐患问题，考虑高效利用安全支出成本，为了减少或消除施工过程中的事故，保障施工人员健康安全，相关财产免受损失[5]，利用物联网、智能感知、云计算、人工智能、大数据、5G等高科技信息技术和产品，部署针对牵引变电所施工的具有针对性的智慧施工工地大数据平台，使其具有现场工人状态数据分析、环境安全隐患实时监测、已完工程异常形变报警等直接安全防护功能，最后形成上有安全组织管理制度，下有具体针对性监测报警技术措施的全面安全保障系统[6]。系统架构见图1[7]。

牵引变电所施工是一种特殊的、复杂的生产过程，风险隐患无处不在，其中被称为“五大伤害”的高处坠落、触电事故、物体打击、机械伤害、坍塌事故多有发生，中毒和火灾事故也占事故中一定比例。施工地点较为偏僻，工程任务重、周期长，人员自我安全与保护意识普遍较差，遇到突发情况时缺乏应对经验。

图1 智慧施工工地大数据平台系统架构

智慧施工工地大数据平台是结合牵引变电所现场施工因素，以监测、识别、诊断、评价、告知的安全施工保障体系为前提的系统平台[8]，分5层部署。

(1)技术层:智慧施工工地大数据平台综合应用智能感知、数据传输、数据接入与组网、物联网、大数据、人工智能、云计算、人脸识别、模式识别、车辆识别等新一代高新信息技术，全面支撑随时、随地、随人、随进度的全方位安全预警防护平台。

(2)终端层:利用先进的智能传感检测设备，包括摄像头、温湿度计、有害气体检测仪、特种气体检测仪、空气质量检测系统、门禁设备、电子围栏、对讲广播、RFID标签、手机应用、红外成像设备等，根据施工现场情况分时分区布置，达到对人、对物、对环境的综合监测。

(3)传输层:采用TCP/IP、4G、5G、射频识别RFID、ZigBee等信息技术传输[9]。

(4)平台层:智慧施工工地大数据平台集中对施工现场采集的数据进行分析、挖掘、整合、存储与管理，支撑应用系统数据展示、安全事件分析及诊断告知。

(5)应用层:结合牵引变电所现场施工实际情况，部署应急调度系统、远程控制系统、设备管理系统、视频安防系统、电子巡更系统、界限标识系统、室外全景系统、室内全景系统、环境监测系统、现场人员热力分布系统、出入口及周界管理系统、工程关键部位观测系统，从内部与外部两个维度对牵引变电所现场施工的人、物、环境、部分工程等进行多方位监测，实现就地识别并告警通知轻微安全问题，通过大数据平台挖掘整理数据并警告严重安全问题的目标。为了安全管理人员可以对历史及实时数据进行分析，增加数据查询系统以便历史数据查询、筛选等操作。自检系统则是智慧施工工地大数据平台正常运行的安全保障，通过自检系统可定期检测各个数据来源终端、模块的通讯与数据是否正常，避免系统崩溃、通讯失败等问题对安全隐患的识别结果造成干扰与错漏。

3.3 智慧施工工地大数据平台安全功能

通过智慧施工工地大数据平台的部署，主要实现对现场施工环境、工人、工器具及部分工程4个方面的安全管理监督功能。

(1)对现场施工工人的安全隐患监测

出勤数据是现场人力管理最重要的基础，如果无法准确获知项目中参加作业的人数，现场安全隐患就无处不在。通过先进的门禁识别系统和身份数字登记，对每天施工现场的人员出入情况进行统计完成基本的人员数据收集，并在此基础上对施工作业人员进行安全监督管理，必要时可通过人员聚集热力图分析实时聚集情况以便进行风险防控。具体安全隐患监测点见表2。

表2 针对现场施工工人安全隐患监测点

(2)对现场施工工器具及机电设备的安全隐患监测

施工工器具及机电设备的管理是施工高效进行的保障，不规范的停放与使用都会对未知第三者产生机械伤害的危险。同时，如发现现场高价值的机电设备被破坏与盗窃行为，也会对后续的施工产生工期与质量影响，甚至现场出现危险时无法有效调用重型机械耽误救援的情况。具体安全隐患监测点见表3。

(3)对现场施工环境的安全隐患监测

由于项目现场存在诸多起重、设备安装及交叉作业，所以对现场施工环境要求可视及可告警成为必需。项目是以进度为主线，以安全为前提，只有将现场环境中处于危险初期的安全隐患排查出来并告知相关人员，才能保证项目顺利进行。具体安全隐患监测点见表4。

表4 针对现场施工环境安全隐患监测点

(4)对在建工程与已完工程的安全隐患监测

鉴于牵引变电所建设项目工期较长，地区环境条件变化明显，对重要设备应采取重点监测手段，以保证设备及供配电系统的完整性、安全性，直至项目竣工验收。目前项目涉及的重要构件设备包括门型架构、变压器、隔离开关、避雷器及六氟化硫全封闭组合电器(GIS)等，并要求对其基础[14]沉降进行集中检测，及时发现已安装设备的异常状态情况。同时，需要对施工中的基坑边坡坡度、积水等危险隐患进行视频监测并告警，避免发生较大或重大事故。对于项目范围内的建筑物及构筑物，采用新型三维立体检测设备进行持续的沉降与变形监测[15]，保证已完工程的安全稳定，为后面工序及相临工作区域提供继续安全工作的保障。

3.4 安全施工保障体系流程

目前各施工企业内部缺乏及时有效的安全管理反馈流程，系统性不足，缺少相关流程参照，常常导致发现安全隐患，处理工作不及时、不到位的后果，造成项目停工或事故发生。因此，针对牵引变电所施工，设计一套完整的安全保障流程具有较强的现实应用意义[16]。安全施工保障体系流程见图2。

图2 安全施工保障体系流程

4 结束语

现场具有全面有效的检测技术与终端是牵引变电所安全施工的前提，通过智慧施工工地大数据平台进行的安全施工管理模式弥补了只有制度规定，而没有技术设备检测监督落实的缺陷，达到安全方面“一旦发现隐患，马上通知处理”，突破了传统的“只有人管安全”的管理模式，为牵引变电所安全施工增添一种新的安全管理监督方式，并为同类施工项目及铁路工程施工的精细化安全管理提供借鉴与参考。