基于物聯(lián)網(wǎng)的作業(yè)現(xiàn)場安全管控技術(shù)研究

吳建軍,史勝春

(1.中國石油化工集團公司信息化管理部,北京 1007282.石化盈科信息技術(shù)有限責任公司,北京 100728)

作業(yè)現(xiàn)場作為直接作業(yè)的操作平臺，更是煉化企業(yè)事故多發(fā)的重災(zāi)區(qū)，據(jù)資料統(tǒng)計，發(fā)生于作業(yè)現(xiàn)場的事故占事故總數(shù)量的比率高達90%[1]。探尋作業(yè)現(xiàn)場安全事故的原因，是本質(zhì)安全觀念不深入[2]，“三基”工作落實不到位。因此積極探索安全管控方法，加強對作業(yè)現(xiàn)場的安全管理顯得尤為重要。本文基于物聯(lián)網(wǎng)強大的射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和云計算能力[3]，建立作業(yè)現(xiàn)場傳統(tǒng)安全+物聯(lián)網(wǎng)安全管控新模式。

1 物聯(lián)網(wǎng)與作業(yè)現(xiàn)場安全管控現(xiàn)狀

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)[4-5]是為了實現(xiàn)全球信息資源共享的一種互聯(lián)網(wǎng)思想，如今已經(jīng)成為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。通常將物聯(lián)網(wǎng)劃分為3個層面：①感知層，主要基于射頻信號的空間耦合作用、傳感器的靈敏度獲取員工或設(shè)備的行為、狀態(tài)；②網(wǎng)絡(luò)層，需要結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，按照約定的協(xié)議，實現(xiàn)“物”與“網(wǎng)”的連接，完成信息的交換與共享；③應(yīng)用層，基于感知層和網(wǎng)絡(luò)層，結(jié)合云計算，對數(shù)據(jù)進行分析與處理，監(jiān)督、阻止作業(yè)現(xiàn)場的不安全行為。

1.2 煉化企業(yè)作業(yè)現(xiàn)場安全管控現(xiàn)狀

分析近年來煉化企業(yè)作業(yè)現(xiàn)場安全事故，發(fā)現(xiàn)其安全管控水平仍相對較低，主要體現(xiàn)在2個方面：①本質(zhì)安全觀念不深入。從管理方面講本質(zhì)安全更加強調(diào)人的安全意識、規(guī)范人的安全行為、提高人的安全技能，重視制度的完善、標準的更新和規(guī)程的可操作性[6]，然而目前企業(yè)生產(chǎn)中，領(lǐng)導(dǎo)對安全工作的重視程度落后于期望值，員工安全意識依舊相對薄弱，制度的不完善、規(guī)程的不合理等問題，成為制約煉化企業(yè)作業(yè)現(xiàn)場安全管理水平提高的重要因素；②“三基”工作落實不到位。三基工作強調(diào)要進行以人為本的基層建設(shè)、制度優(yōu)先的基礎(chǔ)工作和應(yīng)知應(yīng)會的基本功訓練，但是在實際生產(chǎn)中，存在著大量的責任落實不到位、基礎(chǔ)工作不細致和基本功訓練不扎實的現(xiàn)象，致使安全事故時有發(fā)生。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)在作業(yè)現(xiàn)場安全管控的應(yīng)用

將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于安全管控的各個階段，可實現(xiàn)對每一個流程的管控：①不安全狀態(tài)識別。物聯(lián)網(wǎng)具有可靠的通信網(wǎng)絡(luò)與可視化識別特點，結(jié)合射頻設(shè)備識別復(fù)雜生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備的不安全狀態(tài)能力，特別是人的不安全行為實時監(jiān)督，加強管理效果；②生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化。通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)對煉化企業(yè)生產(chǎn)線的設(shè)備實時監(jiān)測，數(shù)據(jù)實時采集，產(chǎn)品設(shè)備操作使用實時記錄，設(shè)備故障遠程監(jiān)控和檢測；③環(huán)保監(jiān)測及能源管理。物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設(shè)備的融合，實現(xiàn)了對煉化企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標的實時監(jiān)控。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的作業(yè)現(xiàn)場安全管控技術(shù)

奶酪模型將安全系統(tǒng)比作層層相扣的一疊奶酪，其中每層奶酪都代表了一道防線，奶酪上的小孔則是潛在的安全隱患。在現(xiàn)有作業(yè)過程管控的安全防線上引入物聯(lián)網(wǎng)，在4個主要業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)采用傳統(tǒng)安全+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，增加多道自動識別無人監(jiān)管防線，建立施工作業(yè)安全屏障，填補潛在系統(tǒng)漏洞、增強本質(zhì)安全、落實“三基”工作，在實現(xiàn)將管理制度和要求轉(zhuǎn)化為作業(yè)過程不可觸碰的紅線的同時，實現(xiàn)高效管理、提升工作效率，打造煉化企業(yè)作業(yè)現(xiàn)場管控新模式?；谖锫?lián)網(wǎng)的作業(yè)現(xiàn)場安全管理架構(gòu)，見圖1。

圖1 作業(yè)現(xiàn)場安全管理架構(gòu)

2.1 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

2.1.1入場關(guān)

a)承包商人員培訓信息自動視頻建檔。通過視頻信息采集，構(gòu)建承包商人員信息庫，在減少人工工作量的同時保證信息的完整性、準確性、及時性。具體操作如下：①對參加教育培訓的承包商人員在集中入場時進行視頻人臉識別，采集人員信息，集成企業(yè)承包商人員信息庫；②結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)視頻識別技術(shù)，建立入場教育培訓及考試人員檔案庫，防止替考現(xiàn)象的發(fā)生；③集成公安系統(tǒng)自動識別違法人員，對培訓人員的身份信息進行核查，防止不法分子入廠；④當本次培訓的承包商人員80%以上為首次培訓時，依靠傳感器向培訓教師進行預(yù)警操作，以提升基本功訓練效果，提高員工的專業(yè)技能。

b)承包商人員入廠監(jiān)管。通過門禁系統(tǒng)與人臉視頻識別集成，對進廠刷卡的承包商人員采用視頻監(jiān)控自動識別人員身份，并進行異常身份報警，實現(xiàn)承包商人員自動監(jiān)管，降低廠區(qū)人員本質(zhì)安全風險。

c)承包商機具入廠監(jiān)管。監(jiān)管人員通過移動終端掃描機具合格證，結(jié)合拍照信息，對承包商入廠機具自動進行機證信息合一、合格檢驗信息審查，嚴把入場作業(yè)機具合格關(guān)。

2.1.2作業(yè)前審查關(guān)

a)工作安全分析(簡稱JSA)。根據(jù)網(wǎng)格化管理模型，通過射頻識別、二維碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在廠區(qū)內(nèi)建立裝置、設(shè)備、儀表等電子工廠模型檔案，管理人員通過移動終端掃描作業(yè)現(xiàn)場標識點以及機具合格證，識別作業(yè)區(qū)域環(huán)境、機具等風險，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的風險分析庫和事故案例庫，自動匹配并推薦JSA分析內(nèi)容，保證風險識別評估的全面性、有效性、專業(yè)性。結(jié)合各專業(yè)人員作業(yè)前JSA分析內(nèi)容，自動補充風險庫，實現(xiàn)JSA分析安全經(jīng)驗分享，提升作業(yè)技能的同時，貫徹本質(zhì)安全理念。

b)安全交底。屬地監(jiān)護人通過移動終端，掃描承包商人員門禁卡，系統(tǒng)自動審查承包商作業(yè)及承包商監(jiān)護人員的身份信息及特殊工種、入廠教育培訓、屬地教育培訓等資質(zhì)信息；現(xiàn)場視頻全程記錄現(xiàn)場安全交底工作，承包商人員通過管理人員手持終端刷卡確認安全交底工作完成，確保安全交底工作切實落實。當現(xiàn)場視頻監(jiān)控到未安全交底人員時，自動進行報警；管理人員開展安全交底工作時，通過掃描施工現(xiàn)場識別點，自動推送事故案例庫，警示作業(yè)人員，切實做好安全工作。

2.1.3作業(yè)過程監(jiān)護關(guān)

a)人員狀態(tài)監(jiān)控。通過職工智能穿戴設(shè)備、承包商智能門禁卡、智能視頻監(jiān)控、電子作業(yè)許可證，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場全方位、多角度立體聯(lián)動監(jiān)控。①建立實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場人員血壓/心率體質(zhì)指標監(jiān)測，環(huán)境氣體監(jiān)測，實時定位監(jiān)控系統(tǒng)，同時集成大數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)人員跌倒、高處墜落、長期不活動、超出監(jiān)護距離等異常情況判斷和報警，同時支持人員主動求助報警，確保現(xiàn)場人員人身安全；②實現(xiàn)開始/暫定/停止不同作業(yè)狀態(tài)時，現(xiàn)場出/入場人員情況自動識別，對于非法出/入場及逗留人員，進行報警，確?，F(xiàn)場人身安全。

b)環(huán)境及裝置狀態(tài)監(jiān)控。在作業(yè)現(xiàn)場周圍設(shè)置智能固定氣體分析監(jiān)測儀、勞保防護用品、動靜設(shè)備檢測儀等，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)自動與周圍人員穿戴設(shè)備及智能門禁卡智能通訊，當異常情況發(fā)生時，將報警信息同時傳回中控室、外操室，并主動向現(xiàn)場周圍人員報警，保證現(xiàn)場人身安全。

c)智能視頻巡檢監(jiān)控。通過智能穿戴設(shè)備/智能門禁卡+電子作業(yè)許可證+智能視頻的物聯(lián)集成，實現(xiàn)電子眼自動鎖定作業(yè)施工區(qū)域，全程自動監(jiān)控報警。

2.1.4離場驗收關(guān)

a)作業(yè)驗收。當作業(yè)結(jié)束后，通過移動終端掃描施工現(xiàn)場標識點，通過與風險庫信息的檢索和匹配，自動推送驗收措施清單，確?，F(xiàn)場作業(yè)安全驗收，不留余火、盲板等隱患。

b)機具離場。監(jiān)管人員通過移動終端掃描機具合格證，并拍照記錄，更新承包商機具完工狀態(tài)，確認機具離場時的狀態(tài)信息，確保現(xiàn)場不留安全隱患。

c)人員離場。當作業(yè)結(jié)束后，電子作業(yè)許可狀態(tài)更新為完工驗收，通過智能穿戴設(shè)備及現(xiàn)場視頻監(jiān)控，自動對現(xiàn)場人員離場情況進行跟蹤確認。

2.2 技術(shù)服務(wù)層

a)人員異常監(jiān)控服務(wù)。通過人員監(jiān)管業(yè)務(wù)模型+人員感知分析，識別作業(yè)現(xiàn)場員工及承包商人員異常情況，為人員業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)提供技術(shù)支撐。

b)人與設(shè)備智聯(lián)服務(wù)。實現(xiàn)人員感知、設(shè)備/機具感知、環(huán)境感知的互聯(lián)互通，為數(shù)據(jù)自動化采集，系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化，人員科學決策，提供技術(shù)支撐。

c)定位計算服務(wù)。基于定位基站及電子標簽，實現(xiàn)人、物的定位服務(wù)。

d)智能視頻識別服務(wù)。將視頻信息轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化信息，并實現(xiàn)人員、車輛等行為和狀態(tài)，以及環(huán)境的異常識別。

e)環(huán)境異常監(jiān)控服務(wù)。將現(xiàn)場各種環(huán)境監(jiān)測設(shè)備的采集信息，轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一標準數(shù)據(jù)，支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.3 感知層

a)人員感知。智能手環(huán)、智能安全帽、人員一卡通、智能視頻、定位基站等。

b)設(shè)備/機具感知。裝置/設(shè)備電子標簽、機具二維碼、定位基站、防爆終端等。

c)環(huán)境感知。智能安全帽、氣體檢測儀、智能視頻、防爆終端等。

3 實例應(yīng)用

以中國石化某煉化分公司為例，進行傳統(tǒng)安全+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模式有效性驗證。該公司集原油和乙烯生產(chǎn)倉儲為一體，形成了“大煉油、大乙烯、大碼頭、大倉儲”的產(chǎn)業(yè)格局，代表了中國煉油化工行業(yè)先進的生產(chǎn)能力。在其煉油部、港儲部，試用建立了電子作業(yè)許可管理系統(tǒng)，提高用火作業(yè)許可的辦理效率，完善風險管理制度，排除風險隱患，實現(xiàn)多人全域協(xié)同電子作業(yè)許可管理，提升工作效率。

4 結(jié)語

a)本文針對當前煉化企業(yè)作業(yè)過程事故頻發(fā)、本質(zhì)安全理念不深入、三基工作落實不到位的問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的作業(yè)現(xiàn)場安全管控技術(shù)方案。

b)在現(xiàn)有作業(yè)現(xiàn)場安全管控的基礎(chǔ)上，分別在入場關(guān)、作業(yè)前審查關(guān)、作業(yè)過程監(jiān)護關(guān)和離場驗收關(guān)這4個主要業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，增加多道自動識別無人監(jiān)管防線，搭建電子作業(yè)許可管理平臺，建立了作業(yè)現(xiàn)場管控新模式。

c)經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用，表明該技術(shù)不僅可落實安全責任、實時監(jiān)控風險，更可通過提升培訓質(zhì)量的方法促進員工安全意識提升，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。