港航工程中智慧安全管理系统的设计与应用

2021-09-28吴向中陈韬

中国港湾建设 2021年9期

吴向中，陈韬

（1.中交第三航务工程局有限公司，上海 200032；2.中交上海三航科学研究院有限公司，上海 200032）

0 引言

港航板块业务内容涵盖码头、船坞、海上风电、岛隧工程、防波堤、填海工程等诸多业务场景。和路桥隧工程相比，港航工程环境因素更复杂，施工技术要求更高，安全风险更大。目前港航项目作业风险大，安全管理困难；海上施工的船舶种类繁多，船舶状况参差不齐，管理难度大；工程中涉及的结构体繁多，设计和施工复杂，对施工技术要求高，大部件吊装安全风险高。

根据长期以来在港航工程项目中积累的丰富的建设经验，结合工程实际探索信息科技、数字化技术在港航工程中的应用，并结合信息化专项课题——港航板块智慧工地建设，研究梳理生产一线的业务痛点、应用需求，围绕业务场景设计“智慧工地”整体解决方案。

港航板块的智慧工地的核心是各类生产数据的自动获取、分析、处理及应用，将具有自动识别、精准定位、实时传输的自动化技术引入港航板块施工项目管理。为事故调查和事故预防提供系统可行的分析方法[1]，实现作业现场自动感知、数据实时分析并优化决策，进一步挖掘成为具有逻辑关系的海量数据，进而凝炼成港航施工行业知识和智慧。针对提升工程施工及项目运营管控能力和管理效率，提出解决方案[2]，提高港航工程工地的精益生产管理水平。

1 港航板块“智慧工地”施工安全指标分析

通过施工现场的各类监控、传感器等自动采集现场“人、机、料、法、环、质量、安全”等信息[3]，可以自动获取施工信息等。然而面对海量的施工数据，如何根据数据分析其背后的规律及所需要考虑的典型风险源[4]，更好地指导“智慧工地”后续的工作，让“智慧工地”变得更加聪明，是本文研究的重点和难点。

1）事故统计及原因分析

港航板块施工具有流动性大、劳动强度大、施工生产受环境及气候的影响、工程结构物的外形与内容复杂、差异大等特点。水下工程施工、工程船舶施工安全等都给施工作业带来了不安全因素。对近年来港航板块安全事故的成因进行了研究分析，本次安全事故分析涉及全国多个省份，共28起安全事故。港航板块施工安全类别分析结果见图1。

图1 港航板块施工安全类别分析Fig.1 Analysis of construction safety category in the port and waterway sector

作为安全事故较多的行业，建筑业的事故类型较为多样，风险源和复杂度也较高，对安全管理人员提出了很大的挑战[5]，在所统计的港航板块事故中，船舶碰撞与沉没、坍塌、高处坠落、爆炸、机械伤害是最主要发生的事故类别，在事故数量中的占比接近80%。对各类事故发生的原因进行分析，发现主要涉及的指标类为人的安全站位、物的可靠性、物的安全区域、人的指挥操作等。因此港航板块的“智慧工地”涉及到的安全管理应以这些指标作为关键指标进行研究。

2）技术指标统计及分类

施工安全技术指标是反映港航板块施工安全状态及特征的度量信息，判别港航板块中某一项技术或检查项目是否能满足安全生产的要求。为更好的衡量港航板块施工安全状态，建立了可以准确数量定义、精确衡量的定量指标与进行客观描述和分析的定性指标。

结合港航板块现场施工危险源的类别及致险因子，将港航板块施工安全技术指标划分为2个层级，包括4大类和24小类。其中4大类为“人的指标”、“物的指标”、“环境指标”和“管理指标”，见图2。

图2 港航板块施工安全技术指标分类Fig.2 Classification of construction safety technical indicators for the port and waterway sector

致使事故发生的连锁原因有：社会环境、人的失误、人的不安全行为或事件。把握好消除人的不安全行为和物的不安全状态这个关键，事故发生的可能性就会大大降低，伤害和损失也会减少。采用数据库技术建立危险源和事故的智慧工地安全管理系统，对各类危险源和事故的特点进行统计分析，对新项目的管理进行系统的安全评价，防止事故的发生。

2 “智慧工地”相关智慧应用开发

根据前期研究结果，结合智慧工程全生命周期、全工程领域、全参与方的不同需求[6]，“人的不安全行为”和“物的不安全状态”是影响工程施工安全的关键指标，结合港航板块施工特点，开发了安全巡检现场通APP，进一步规范人的行为，杜绝“人的不安全行为”，构建施工项目危险源的辨识模型[7]。结合施工现场起重设备的关键运行参数，开发龙门吊运行安全监测系统，对“物的不安全状态”进行监测和管控。

2.1 安全巡检现场通APP开发

以港航板块施工安全指标体系和关键指标为数据库，开发安全巡检现场通APP与多媒体安全教育培训系统，将其运用于港航板块施工的现场管理，可以根据不同层次施工安全管理人员的需求，智能化实现检查单的创建，同时具有检查单的整改、审批和统计分析等功能。此外，该应用兼有系统改进功能，从而实现港航板块指标体系的优化和完善。

安全巡检现场通APP将港航板块施工“智慧工地”的应用从PC端延伸到了移动端，安全巡检现场通APP具有现场安全巡检和完备的检查单整改闭合管控措施，并通过与云平台连接，集成了各种统计数据和消息来满足安全管理的需要，一个完整的检查单流程是由检查人、责任人、整改人以及审核人4个角色共同完成的，见图3。

图3 港航板块安全检查流程Fig.3 Safety inspection process in the port and waterway sector

检查单建立以后派发整改人的时候，需要对安全隐患进行初步的描述，并对其进行简单的归类。在APP中依据前述港航板块安全指标的定义及分类将这些指标录入系统中，以供检查单创建人填写检查单时对安全隐患进行基本的描述与选择归类，便于其有针对性的选择相应的整改人，达到有的放矢、快速高效完成安全隐患整改任务，现场通APP检查项见图4。

图4 现场通APP选择检查项Fig.4 Select inspection items for on-site communication APP

目前港航板块的项目管理机制多为局、分公司、项目部的三级管理方式，系统前端现场通APP获取施工过程安全数据，后台“智慧工地”的安全管理模块对工程项目安全检查和隐患登记整改记录进行综合管控，通过施工现场执行的安全检查，排查安全隐患，对发现的隐患进行登记，借助隐患整改闭环流程来消除隐患。后台自动统计公司检查的次数、检查合格率情况以及不同指标（人的指标、物的指标、环境的指标、管理的指标）类别的安全隐患检查情况，安全检查数据统计见图5。

图5 安全检查数据统计分析Fig.5 Statistical analysis of safety inspection data

安全技术指标的完善需要经过港航板块项目不断验证，结合港航板块项目现场的实际管理需要，不断完善和更新。因此，加强现场调研和推广完善、优化指标库是基础。此外还要注意“智慧工地”中基于指标体系统计的安全隐患情况，针对事故易发、多发的安全指标，还要深入分析指标体系构建的合理性，是否需要细化指标统计，逐步补充、将最新的指标及时更新到系统中，进一步完善安全指标。

2.2 起重机状态监测系统开发

起重作业在港航施工中非常常见，而起重作业又是一项危险性较大的工作，起重吊装过程中发生的施工安全事故屡见不鲜。因此需要一套安全装置对以上参数综合监测判断，做出起重机正常工作、满载、超载、变幅超上限、变幅超下限等工作状态的指示，并相应报警、提示、控制，确保起重机操作人员在使用起重机时会得到各种提示和警告，时刻了解起重机的运行情况，从而降低起重机事故发生的可能性。

起重机状态监测系统主要监测内容如表1所示。起重机状态监测系统由分布在起重机关键节点上的各类传感器、数据采集卡、数据采集控制器（MCU）、通讯模块（DTU）、服务器和配套软件等组成，见图6。

表1 起重机状态监测系统监测内容Table 1 Monitoring content of monitoring system for crane condition

图6 起重机状态远程监测系统示意图Fig.6 Schematic diagram of remote monitoring system for crane condition

采用“云+端”的框架结构，系统包括安装在施工设备上的智能状态采集系统（前端应用）和安装在服务器上的大型工程机械设备智能管理平台（云平台），利用无线通讯技术将现场大型工程机械设备的关键运行状态上传至云端管理平台，平台主要完成与现场监测单元的远程通讯，接收现场监测单元上传的监测数据，并给用户提供数据查询、报表生成及用户管理等功能，实现全方位智慧化管控目标[8]。

起重机状态监测系统通过“云+端”有机结合，实现起重机状态监测技术智能化，确保起重机操作人员时刻了解起重机的运行情况，从而有效降低事故的发生。