输电线路施工深基坑作业在线监测与智能救援装置

邬明亮， 杨 昊， 郑力维， 王世彦， 吴 将， 黄 杰

(1.国网浙江省电力有限公司建设分公司， 浙江 杭州 310000；2.国网浙江新兴科技有限公司， 浙江 杭州 310000)

0 引言

输电线路工程包括基础、杆塔、架线、接地等分部工程，深基坑作业是基础分部工程中常见的作业场景，在山地区域的掏挖式基础、人工挖孔桩基础开挖时尤为普遍[1,2]。

输电线路施工具有点多、面广的特点，对现场管理提出了很高的要求，深基坑作业存在土方坍塌、有毒有害气体侵害、缺氧窒息、高处坠落、物体打击等风险，其中有毒有害气体侵害、缺氧窒息尤为致命。近年来，电力基建领域发生了多起深基坑作业致人中毒或窒息死亡的安全事故，造成重大的人身和财产损失。

针对输电线路施工深基坑作业安全风险大且缺乏自救、他救措施的现状，研制了一种在深基坑作业时可实时监测作业环境安全性并在人员遇险后可实现自救和他救等功能的装置。

1 装置原理

1.1 硬件结构

深基坑作业在线监测与智能救援装置的主要部件如图1所示。

图1 装置主要部件

支撑架体是装置的受力结构，用以固定其他的附属监测、报警、通风、救援设备。支撑架体由E6级高强度铝合金制成，具有重量轻、易搬运、防腐蚀、易维护等特点，有效减少现场劳动强度，方便施工人员使用。针对线路工程桩位多位于山地陡坡上的特点，支撑架体的接腿为可调节结构，同时加装弹性金属防护网，进一步保障施工人员的安全。

安全监控系统内置蓝牙、LoRa接收器，可接收气体检测仪的数据、施工人员的姿态感应数据及急救按钮信号，从而实现应急救援逻辑控制及各项设备的远动控制。内置三个220 V电源接口，可接入220 V的各型号卷扬机、声光报警器、鼓风机，用于程序对于救援设备的控制。此外，安全监控系统内置4G模块，与云服务器直接连接，在事故发生时可实现施工现场救援设备的远程操控。安全监控系统的结构如图2所示。

图2 安全监控系统结构

人体姿态感知仪：具备遥控救援/提升系统、人体姿态感应、一键报警等功能，通过LoRa协议与中控台连接，在人体静止超过15秒时即可发出报警信息，同时，可直接控制提升机的上下动作，并通过按键直接发出报警信息。

气体检测仪：带吸气泵，具备蓝牙传输功能，通过向深基坑内送入探针，可在坑口读取并传输坑内氧气、二氧化碳、可燃气体、硫化氢等气体含量的数据。

声光报警器：通过220 V电源供电，可同时发出声、光两种警报信号，在事故发生时提供有效的警示。

智能鼓风机：通过220 V电源供电，可实现手动控制与程序控制两种模式，通过配置长距离风管，可最大程度上对基坑内进行通风。在日常工作时，可手动控制鼓风机，完成深基坑作业前的通风准备工作；在事故发生时，由程序控制鼓风机的送风量，从而保障基坑内空气的质量。

救援/提升系统(卷扬机)：通过220 V电源供电，配置控制手柄，可实现手动控制与程序控制两种模式。在日常工作时，通过手柄控制卷扬机，可完成基坑内余土块石的提升作业；在事故发生时，由程序控制卷扬机，实现基坑内作业人员的救援提升。

摄像头：高分辨率摄像头，可安装在支撑架体上或独立架设，当救援程序执行时，系统自动打开摄像头，供远程监测与指挥救援使用。

1.2 工作原理

深基坑作业在线监测与智能救援装置具备蓝牙传输和LoRa传输功能，根据气体检测仪和姿态感知仪的实时信号，经过主控系统的逻辑判断对卷扬机、声光报警器、鼓风机、摄像头等设备进行控制，实现日常工作和救援两种模式，同时通过4G传输与云服务器连接，实现设备的远程控制。装置的工作原理如图3所示。

图3 安全监控与智能救援工作原理

在深基坑作业开始前，将深基坑作业在线监测与智能救援装置布置在深基坑坑口，手动操作鼓风机、风管、气体检测仪等设备，完成“先通风、后检测、再作业”的准备工作。作业人员下深基坑进行作业时，需穿戴五点式安全带，佩戴或携带人体姿态感知仪，实时回传基坑内作业人员的姿态数据至主控系统，同时气体检测仪实时工作，回传基坑内氧气、二氧化碳、可燃气体、硫化氢的浓度数据至主控系统。

在无安全事故时，深基坑作业在线监测与智能救援装置工作在日常模式下，此时卷扬机用于基坑内开挖产生的余土块石的提升作业。当主控系统监测到深基坑内氧气浓度过低或有毒有害气体浓度过高时，控制智能鼓风机调节送风量，实现基坑内空气质量的控制。当人体姿态感知仪监测到作业人员完全静止超过15秒后，判断作业人员发生危险，主控系统自动切换至救援模式，由救援人员将卷扬机的挂钩与五点式安全带的挂钩连接，卷扬机将遇险作业人员提升至坑口脱困，实现他救功能；基坑内作业人员也可利用人体姿态感知仪的一键报警功能手动将主控系统切换至救援模式，在卷扬机的挂钩与五点式安全带的挂钩连接后，卷扬机将作业人员提升至坑口，实现自救功能。

2 试验样机应用情况

为验证深基坑作业在线监测与智能救援装置的有效性、实用性，在浙江某500千伏线路工程应用了试验样机。应用点处于山坡上，基础型式为人工挖孔基础，土质为强风化凝会岩、中风化凝会岩，采取水磨钻开挖，长期为深基坑作业状态。

图4 试验样机现场应用

根据深基坑作业在线监测与智能救援装置试点应用情况，该装置能够实现以下功能：

(1)在深基坑内氧气浓度过低和有毒有害气体浓度过高时，气体检测仪均能实现准确的识别并发出警报，由主控系统控制智能鼓风机调节送风量，从而提高氧气浓度、降低有毒有害气体浓度。

(2)在深基坑内人员静止超过15秒时，人体姿态感知仪能够做出准确的判断并发出警报。

(3)在救援模式下，当卷扬机的挂钩与五点式安全带的挂钩连接后，主控系统可控制卷扬机实现人员的提升，保障深基坑作业人员在遇险后脱困。

综上，深基坑作业在线监测与智能救援装置大大提高了深基坑作业的安全性，保障了施工人员在作业过程中的人身安全。

3 结语

针对输电线路施工深基坑作业缺乏自救、他救措施的现状，研制了一种深基坑作业在线监测与智能救援装置。该装置由支撑架体、人体姿态感知仪、气体检测仪、声光报警器、智能鼓风机、卷扬机、摄像头等部件构成，可实时监测作业环境的安全性及人员是否安全，在人员遇险后可实现报警、自救、他救、远程监控等功能。试验样机应用情况验证了该装置可大大提高了深基坑作业的安全性，保障了施工人员在作业过程中的人身安全。