基于人機交互的施工飛地RFID智能圍欄人員監(jiān)控

馮凱梁?

摘 要：為克服在生產(chǎn)運營區(qū)域存在施工飛地區(qū)域的特殊環(huán)境下傳統(tǒng)人工監(jiān)控管理方式的缺陷，結合RFID技術建立了一套基于人機交互的施工飛地人員監(jiān)控方式，并在某分期建設的工業(yè)項目施工案例中筑起一道智能監(jiān)控圍欄?？煽啃圆⒙?lián)模型與串聯(lián)模型分析研究結果表明：通過該系統(tǒng)的使用，將傳統(tǒng)人工監(jiān)控87.5%的可靠性提升至人機交互監(jiān)控98.6%的可靠性，能夠從本質上提升施工飛地人員安全管理水平。

關鍵詞：RFID;智能圍欄;施工飛地;人機交互;人員監(jiān)控;安全管理

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）06-00-03

0 引 言

為解決高效用地與分階段開發(fā)之間的矛盾，在后期擴建過程中形成了邊施工邊生產(chǎn)的“廠中（施工）場”建設模式，即在已建成投產(chǎn)的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，存在獨立施工區(qū)域（施工飛地）。該模式應重點考慮合理的分階段規(guī)劃布局，一方面，要求飛地施工過程避免為周圍生產(chǎn)環(huán)境帶來諸如施工震動或沉降位移等負面影響;另一方面，盡量減少生產(chǎn)運營及施工建設過程中的人機材運輸沖突。其中，由于生產(chǎn)運營及安全消防的要求，施工飛地區(qū)域通行道路無法全封閉，導致施工飛地作業(yè)人員不可避免需穿越生產(chǎn)運營區(qū)域，因此存在人員管理重大安全隱患。若作業(yè)人員誤入生產(chǎn)運行區(qū)域，則不利于人身安全及安全保密，因此應合理設計施工作業(yè)人員通行路線，并采取有效監(jiān)控措施。

Motowidlo（1994）認為個體行為具有較強的波動性，人員安全行為難以完全受到安全規(guī)章操作等制度的絕對約束，因此需采取多種監(jiān)控管理手段[1]。傳統(tǒng)施工飛地通過安排專員在班前按既定路線帶隊進入施工飛地，并在作業(yè)期間時刻監(jiān)督人員進出施工飛地情況。由于作業(yè)人員進出頻繁，傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式費時費力且效率低下。隨著我國互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，無人超市與人臉識別等領域開始利用智能制造技術彌補傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的缺陷。S.Chae等（2010）利用無線射頻RFID技術動態(tài)監(jiān)測安全距離，預防碰撞事故[2];

英國Ekahau公司在地下礦井隧道施工中采用實時定位系統(tǒng)RTLS進行人員緊急事故預防及救援;加拿大魁公司利用RFID技術監(jiān)控、統(tǒng)計貴重機具，以防盜竊遺失;芬蘭ELKU公司利用RFID技術建立門禁系統(tǒng)，以授權施工作業(yè)人員進出[3-4]。

本文針對在生產(chǎn)運營區(qū)域內(nèi)存在施工飛地區(qū)域的特殊環(huán)境，為避免傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式缺陷，結合RFID技術筑起一道智能監(jiān)控圍欄，建立了基于人機交互的施工飛地人員監(jiān)控方式，以加強施工飛地人員安全管控的可靠性。

1 研究理論

1.1 施工飛地作業(yè)危險源辨識在施工安全管理領域，無論人員還是設備都無法做到本質安全，筆者通過實踐觀察法分別從人員不安全行為與設備不穩(wěn)定情況兩個角度歸納危險源，見表1所列，提出了人機交互且可互相彌補的RFID智能圍欄人員監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 人機交互可靠性理論[5]

在生產(chǎn)企業(yè)中，可靠性是指成品或系統(tǒng)在計劃規(guī)定的條件和時間范圍內(nèi)，保證功能與價值的實現(xiàn)水平。在施工現(xiàn)場，可靠性指根據(jù)施工組織設計合理分配作業(yè)人員、施工機械、工程設備及材料等，確保施工過程的整體連續(xù)性及安全可靠性，因此本文將可靠性應用于評價施工飛地作業(yè)人員的人機交互監(jiān)控水平。在上世紀30年代，學者們就已利用概率理論、分析影響因素、建立評價模型指標等方法研究可靠性，其中基于物理原理的串聯(lián)模型與并聯(lián)模型能夠有效評價基于人員不安全行為與設備不穩(wěn)定情況的施工飛地作業(yè)危險源可靠性水平。

1.2.1 人機交互并聯(lián)模型基于施工飛地作業(yè)危險源辨識，主要采用兩種方式實施作業(yè)人員監(jiān)控，一方面，傳統(tǒng)人為監(jiān)控的可靠性會受到人員不安全行為的影響;另一方面，RFID設備監(jiān)控的可靠性受設備不穩(wěn)定情況的影響。并聯(lián)模型認為只有當人機管控同時處于失效狀態(tài)時，可靠性水平才失效。

假設：傳統(tǒng)人為監(jiān)控與RFID設備監(jiān)控在一定時間下的可靠性分別為P人（t）與P機（t），可靠性失效的概率分別為R人（t）與R機（t）。單一傳統(tǒng)人為監(jiān)控可能引起的事故與風險概率為R人（t）=1-P人（t）;單一RFID設備監(jiān)控可能引起的事故與風險概率為R機（t）=1-P機（t）;在一定時間范圍內(nèi)，人機交互可靠性失效風險的總概

假設單一傳統(tǒng)人為監(jiān)控與RFID設備監(jiān)控的可靠性均為90%，則通過人機交互的并聯(lián)模型可將單一監(jiān)控狀態(tài)的可靠性從90%提升至人機交互的99%。

1.2.2 作業(yè)流程串聯(lián)模型

施工飛地RFID智能圍欄人員監(jiān)控需經(jīng)歷進場教育培訓、開發(fā)通道定位及飛地區(qū)域監(jiān)控等3個作業(yè)流程，要求整體達到連續(xù)可靠的水平。串聯(lián)模型認為作業(yè)流程中任何一個環(huán)節(jié)處于失效狀態(tài)則可靠性水平失效。

定義：施工飛地作業(yè)人員需經(jīng)過n道工序，每道工序的可靠性分別為：P1，P2，…，Pn，總體可靠性為P總，那么P總。

假設：施工飛地作業(yè)人員需經(jīng)歷3個過程，平均每一過程的可靠性水平P=90%，則P總=P1×P2×P3=72.9%。人員監(jiān)控只有在每一個環(huán)節(jié)下保證人與機均達到一定的可靠性水平，才能使整個系統(tǒng)處于接近100%安全穩(wěn)定運行的狀態(tài)。

2 研究應用

2.1 項目背景

某工業(yè)項目劃分為兩期建設，施工總平面布置如圖1所示。在全廠圍墻紅線內(nèi)，西側為一期工程已建生產(chǎn)區(qū)域，東側為二期工程擬在建主要施工區(qū)域;二期工程擴建施工區(qū)域內(nèi)有施工飛地A（循環(huán)水站）與施工飛地B（罐區(qū)）;在二期工程東南角設置主要進出施工大門禁，并在主要施工區(qū)域、施工飛地A及施工飛地B設置3個小門禁;根據(jù)生產(chǎn)裝置區(qū)域規(guī)定，作業(yè)人員從二期主要區(qū)域小門禁走出后，須按規(guī)定依照箭頭路線途徑生產(chǎn)開發(fā)區(qū)域，進入施工飛地A及施工飛地B兩個小門禁。若工人離開工地也必須按此線路返回。

2.2 功能實現(xiàn)

為防止施工飛地作業(yè)人員離開二期工程在建施工主要區(qū)域，在開放生產(chǎn)區(qū)域防止未按規(guī)定路線行走至施工飛地區(qū)域，及隨意離開施工飛地區(qū)域，文中將基于人機交互的施工飛地RFID智能圍欄人員監(jiān)控劃分為進場登記教育、開發(fā)通道定位、飛地區(qū)域監(jiān)控環(huán)節(jié)，監(jiān)控對象與實現(xiàn)功能見表2所列。

2.3 應用結果

為了驗證基于人機交互施工飛地RFID智能圍欄人員監(jiān)控可靠性的提高效果，在采用該監(jiān)控系統(tǒng)前，采用人工觀察法對傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的可靠性進行評估，即在為期一周的時間內(nèi)對進出施工飛地發(fā)生的類似報警事件進行統(tǒng)計，結果表明：累計觀察人員行為800次，實際發(fā)生類似報警事件100次，包括查出人員冒用安全帽20次、開放通道區(qū)域逗留時間過長20次、開放通道區(qū)域內(nèi)不按規(guī)定路線行走30次，誤闖未授權區(qū)域20次及管理人員未察覺報警事件10次，與人員不安全行為的危險源辨識類型基本一致，因此傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的風險為12.5%=（100/800）×100%，可靠性為87.5%=1-12.5%。當采用基于RFID設備人機交互RFID智能圍欄進行人員監(jiān)控后，各報警發(fā)生率統(tǒng)計情況及可靠性評價結果見表3所列，整體可靠性從人工監(jiān)控的87.5%提升至人機交互的98.6%，說明基于人機交互的施工飛地RIFD智能圍欄人員監(jiān)控系統(tǒng)能夠大幅提升安全可靠性。

3 結 語

為解決工業(yè)項目分期分階段實施存在的矛盾，克服生產(chǎn)運營區(qū)域內(nèi)存在施工飛地區(qū)域的特殊環(huán)境下傳統(tǒng)人工監(jiān)控管理方式的缺陷，本文結合可靠性評估的并聯(lián)模型與串聯(lián)模型原理，引入RFID技術建立了一套基于人機交互的施工飛地人員監(jiān)控系統(tǒng)。以某分期建設的工業(yè)項目施工作為案例，研究結果表明：人員監(jiān)控可靠性水平從人工監(jiān)控的87.5%提升至人機交互監(jiān)控的98.6%，能夠從本質上提升施工飛地人員安全管理水平。未來將在3個方面展開研究：從更多角度分析人員不安全行為及設備不穩(wěn)定因素情況，在多樣的環(huán)境下擴展應用該套人機交互人員監(jiān)控系統(tǒng);將分期建設的人員施工飛地管理思路應用于生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的日常維修管理，并推廣至全廠生產(chǎn)區(qū)域使用;將人機交互衍生至人工智能，從而推進工程建設領域安全智能制造水平。

參 考 文 獻

[1] MOTOWIDLO S J，VAN SCOTTER J R. Evidence that task performance should be distinguished from contextual performance[J].Journal of applied psychology，1994，79 （4） ：475-480.

[2] SOUNGO C，TOMOHIRO Y. Application of RFID technology to prevention of collision accident with heavy equipment[J].Automation in construction，2010，19（3）：368-374.

[3]楊文峰.基于RFID技術的工廠物料安全保管人機系統(tǒng)[D].上海：華東理工大學，2012.

[4]劉文俊，周志強，李石新.煤礦企業(yè)員工行為對安全生產(chǎn)的影響及安全文化構建[J].中國安全科學學報，2010，20（3）：125-130.

[5] MICHAEL G P.可靠性工程基礎[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[6]狄輝，王彬，郝永放，等.非接觸式CPU卡讀寫系統(tǒng)的設計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2018，8（4）：102-103.

[7]葉金鉍.基于物聯(lián)網(wǎng)的大型醫(yī)院施工過程集成化管理研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2018，8（10）：74-75.

[8]丁樹慶，任施波.基于RFID技術的起重機械人機交互系統(tǒng)研究[J].機電工程技術，2013（6）：76-80.

[9]戴仁，楊斯邁，邱建飛.基于BIM技術和RFID技術集成的施工智能安全管理研究[J].四川建材，2018，44（4）：228-229.

[10]趙明波，謝楠，王亞軍，等.基于RFID和Qt/E車輛出入監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].實驗室研究與探索，2014，33（11）：95-99.