軌道交通施工智能安全管控系統(tǒng)功能設計與研究

呂廣宇 蔣永兵 朱宗坤

摘 ?要：文章對已運營地鐵線路內(nèi)安全施工存在的問題進行了研究，提出了一種以安全管理為目的，以計劃管理為核心，通過智能化手段把與現(xiàn)場安全相關的人員、機械、設備、材料、工具、方案等信息進行數(shù)字化集中監(jiān)管的地鐵運營線路內(nèi)施工智能安全管控系統(tǒng)。該管控系統(tǒng)由人員管理、設計管理、計劃管理、工具管理、設備管理模塊組成，可實現(xiàn)對施工現(xiàn)場進行全時段、全局監(jiān)控的功能。

關鍵詞：軌道交通;運營線路;智能安全管控;功能研究

中圖分類號：TP277 ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）13-0117-04

Functional Design and Research of Intelligent Safety Management and Control System for Rail Transit Construction

——Take the Construction in Subway Operation Lines as an Example

LYU Guangyu， JIANG Yongbing， ZHU Zongkun

（China Railway Electrification Survey Design & Research Institute Co.， Ltd.， Tianjin ?300250， China）

Abstract： This paper studies the problems existing in the safety construction in the subway lines in operation， and proposes an intelligent safety management and control system for the construction in the subway lines in operation， which takes the safety management as the purpose， takes the plan management as the core， and digitizes and centrally supervises the personnel， machinery， equipment， materials， tools， schemes and other information related to the site safety through intelligent means. The management and control system is composed of personnel management， design management， plan management， tool management， and equipment management modules， which can realize the function of full-time and global monitoring of the construction sites.

Keywords： rail transit; lines in operation; intelligent safety management and control; function research

0 ?引 ?言

目前，國內(nèi)多條地鐵線路已進入大修期，未進入大修期的地鐵線路也存在大量委外施工項目，因此存在大量在運營線路內(nèi)施工的情況。運營線路內(nèi)施工，一般單次作業(yè)人數(shù)可達幾十人至上百人，且大部分人員對地鐵環(huán)境及規(guī)章要求不熟悉，同時在運營線路內(nèi)施工時間短、施工環(huán)境復雜，存在安全隱患。但地鐵運營部門對現(xiàn)場施工的管控還停留在傳統(tǒng)的人盯人、互控他控、制度管理等傳統(tǒng)人工手段，遠程調度人員無法監(jiān)控到現(xiàn)場施工實時進度，缺乏實時對現(xiàn)場互控、他控的智能化手段，安全管控壓力凸顯。因此，迫切需要對城市軌道交通在運營線路內(nèi)施工智能安全管控系統(tǒng)功能需求的研究，開發(fā)智能安全管控系統(tǒng)。

1 ?存在問題及需求

經(jīng)多方調研，目前地鐵運營管理部門亟待解決的問題有：（1）施工管控手段傳統(tǒng)、管控效率低、監(jiān)管壓力大。目前在運營線路內(nèi)施工 主要依靠傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場配合確認等管控手段，缺乏智能化手段、現(xiàn)場管控效率低;在運營線路內(nèi)施工直接影響第二天地鐵的安全運營，要求配合人員需要對施工全過程做到實時有效監(jiān)控，現(xiàn)場監(jiān)管壓力大。（2）施工管控環(huán)節(jié)多、流程長、精細化要求高。目前在運營線路內(nèi)施工要求對人、機、料、法、環(huán)等多個環(huán)節(jié)進行管控，對單次作業(yè)施工前、中、后全過程精細化管理;針對關鍵性工序和重點施工影像資料等，要求實現(xiàn)關鍵工序監(jiān)管重點可追溯。

為解決以上問題，改變既有的在運營線路內(nèi)施工監(jiān)管方式，有必要開發(fā)研究一套破解安全監(jiān)管難題、提高管理效益，為管理者提供緊急調度、遠程指導、遠程指揮、工作協(xié)調、運籌帷幄的智能安全管控系統(tǒng)。

2 ?系統(tǒng)功能需求

2.1 ?軟件總體技術方案

智能安全管控系統(tǒng)的軟件平臺主要由“開工前資料監(jiān)管”和“標準化施工監(jiān)管”兩大部分組成，實現(xiàn)安全全過程管控?！伴_工前資料監(jiān)管”主要用于開工入場前登記審查各方人員資料，設計圖紙、文件及變更的電子化及終端查詢，工程計劃管理，工具、設備的資料登記等?！皹藴驶┕けO(jiān)管”用于日施工作業(yè)的標準化流程監(jiān)管，主要分為施工前、施工中、施工后三個階段，每個階段的每一個施工步驟都進行監(jiān)管。在運營線路內(nèi)施工智能安全管控系統(tǒng)的軟件平臺主要功能需求如圖1所示。

2.2 ?開工前資料監(jiān)管

2.2.1 ?人員管理模塊

為保證參建人員的資質符合項目要求及對進入施工現(xiàn)場的人員進行控制，對建設管理人員、施工人員、監(jiān)理人員、設計人員等參建各方人員進行實名制管理，其中包括以下功能要求：（1）人員登記。對參建各方人員進行人員登記存入中央級服務器數(shù)據(jù)庫，主要登記內(nèi)容為：單位、姓名、性別、年齡、身份證號碼、照片、工號、職稱、職業(yè)資格證、崗位、安全等級、三級安全教育情況、臨時出入證編號、臨時出入證、施工負責人證編號、施工負責人證、特種作業(yè)證類型、特種作業(yè)證編號、特種作業(yè)證、個人聯(lián)系電話、單位聯(lián)系電話、常住地址、家庭住址、常規(guī)體檢信息、防疫體檢信息、保險信息等。（2）人員統(tǒng)計。對登記后的人員進行分類統(tǒng)計，便于即時掌握項目人員信息。統(tǒng)計分類為建設管理人員、運營配合人員、設計人員、監(jiān)理人員、施工管理人員、施工工人、特殊工種人員等。

2.2.2 ?設計管理模塊

設計管理模塊主要為保證設計資料為符合出圖程序的最終版資料，保證該資料作為施工的主要依據(jù)留存及隨時備查，并且為施工過程中監(jiān)管部門核查現(xiàn)場施工是否與施工圖紙保持一致提供便利條件。主要為以下功能：

（1）施工圖及施工設計說明書上傳及查看。（2）審查意見上傳及查看。（3）設計變更上傳及查看。（4）工程量清單。

該功能要求上傳根據(jù)施工圖計算的工程量清單，工程量清單需要在中央服務器內(nèi)做好模板及規(guī)定，該模板為經(jīng)業(yè)主審查過的固定模板，上傳時只需選用對應的模板，按照模板開項增加具體數(shù)量。

2.2.3 ?計劃管理模塊

施工前制定施工總計劃，施工過程中添加月計劃。并且實現(xiàn)進度計劃記錄，完成情況與總計劃、月計劃對標，以便管理人員控制施工進度情況。其中包括以下功能要求：（1）總計劃。該功能要求在施工前根據(jù)業(yè)主提供的工期要求，編制施工總計劃?？傆媱澟c工程量清單聯(lián)動，開項與工程量清單一致。另外，總計劃頁面體現(xiàn)已完成工作量及完成百分比。完成工作量與月計劃及周計劃聯(lián)動，完成一個天窗點后馬上反饋至總計劃及月計劃。設置中間計劃節(jié)點（1～2個），到計劃節(jié)點時未完成目標值工作量，月計劃中未完成目標值時均進行提示，并且體現(xiàn)與目標值的偏差。并且總計劃變更時，具備計劃調整功能，調整時必須上傳調整依據(jù)（會議紀要或業(yè)主指令）。（2）月計劃。該功能要求在施工前根據(jù)施工總計劃，編制施工月計劃。

另外，月計劃頁面體現(xiàn)已完成工作量及完成百分比。完成工作量與總計劃聯(lián)動，完成一個天窗點后馬上反饋至總計劃及月計劃，在20天位置設置計劃節(jié)點，到計劃節(jié)點時未完成目標值工作量，將進行提示。月底再次對標，根據(jù)對標結果調整下月計劃，上傳調整依據(jù)，但最終工期節(jié)點不變。并且可以導出計劃表格。

2.2.4 ?工具管理模塊

為規(guī)范及統(tǒng)計進入施工現(xiàn)場的施工工人攜帶的工具，對施工工具進行智能化管理，其中包括以下功能：（1）工具登記。在施工前期準備期間，所有施工單位準備的工具需進行貼牌，并且將數(shù)據(jù)記錄入中央級服務器數(shù)據(jù)庫。記錄數(shù)據(jù)包括：工具名稱、使用年限、已使用時間、工具狀態(tài)、檢測報告等，便于統(tǒng)計工具數(shù)量及工具種類，同時可以檢查有檢測要求的工具是否按照要求完成檢測。并且與現(xiàn)場手持終端聯(lián)網(wǎng)，在現(xiàn)場記錄時可進行相應對比。（2）智能工具監(jiān)控。對施工工具進行智能化監(jiān)控，出入庫及出入場時對施工工具進行登記和復查，對比出入場時的工具種類及數(shù)量，防止工具遺漏在施工場地內(nèi)，特別是可避免工具遺留在軌行區(qū)。

2.2.5 ?設備管理模塊

為準確掌握設備材料的情況，對設備材料進行監(jiān)管，具體功能有：（1）主要設備材料清單及到貨計劃。施工準備期間，需要登記主要設備材料清單及數(shù)量，該數(shù)量及清單與施工工程量清單聯(lián)動，由工程量開項自動導出主材數(shù)量。施工期間登記到貨計劃，已到貨數(shù)量，剩余到貨數(shù)量，并且可進行統(tǒng)計查詢，以便對主要設備材料進行細致管理。（2）主要設備材料技術及試驗資料。在主要設備材料清單中的每一項鏈接至該項的技術及試驗資料頁面，該頁面需要上傳設備材料的產(chǎn)品說明書及維護手冊、型式試驗報告、出廠試驗報告、產(chǎn)品合格證、產(chǎn)品使用及維護手冊等資料、現(xiàn)場驗收，以備建設方審查。

2.3 ?標準化施工監(jiān)管

2.3.1 ?施工作業(yè)前監(jiān)管

施工前由業(yè)主下發(fā)作業(yè)指令，施工單位接收指令后制定日施工方案。日施工方案需明確施工參與人員、施工內(nèi)容、施工管控要點、風險點確認及管控措施等。日施工方案需要經(jīng)過施工項目部、監(jiān)理工程師、監(jiān)理項目部、業(yè)主項目經(jīng)理、業(yè)主分部、業(yè)主部門以及中心調度的審核，并且每級審核時提交本級的日作業(yè)方案。具體審核流程如圖2所示。

2.3.2 ?施工作業(yè)中監(jiān)管

施工中監(jiān)管主要分為出工前確認、施工前交底、施工過程管控、出清管控及日作業(yè)完成確認：

出工前確認。對施工前準備會進行全程視頻監(jiān)控，監(jiān)管施工單位準備會情況。

施工前交底。對施工前交底進行全程視頻監(jiān)控，監(jiān)管施工單位交底會情況。施工交底會需對進場人員進行防疫和狀態(tài)檢查、作業(yè)分工交底、進場施工工具清點、進場設備材料清點等。

施工過程管控。對施工全過程進行視頻監(jiān)控，同時對施工過程中人員、工具、設備材料、施工要點等進行管控：

人員出入施工現(xiàn)場登記，采用可移動式門禁系統(tǒng)對出入人員進行登記。

施工工具及設備材料的出入場清點，通過RFID芯片等智能化手段提高施工工具登記及清點的效率及準確性。

施工全過程視頻監(jiān)控，可在遠程實時監(jiān)控現(xiàn)場施工并可錄像回溯。

施工過程的安全行為管控，通過安全監(jiān)測系統(tǒng)對施工過程中的安全行為（如安全帽、熒光衣、安全帶、摔倒、扶梯等）進行監(jiān)控，并具備違規(guī)報警功能。

施工要點管控，對施工各項目的施工要點需監(jiān)理工程師現(xiàn)場拍照、核實，并上傳至總服務器。

出清管控。在施工結束后，利用移動攝像設備對軌行區(qū)進行出清確認，并上傳出清視頻。然后視頻監(jiān)控在站臺區(qū)的人員、施工、設備、材料的清理。

日作業(yè)完成確認。施工完成后統(tǒng)計施工完成情況、監(jiān)理完成情況及業(yè)主配合完成情況，以接觸網(wǎng)柔性改剛性施工為例，具體施工中監(jiān)管流程如圖3所示。

2.3.3 ?施工作業(yè)后監(jiān)管

日作業(yè)完成后，需要施工單位安排留守人員并報備業(yè)主審核，具體審核流程如圖4所示。

3 ?硬件配置方案

智能安全管控系統(tǒng)包括中央服務器、監(jiān)控大屏、移動終端、PC終端、攝像頭、測溫門禁一體機、掃描槍、智能頭盔、執(zhí)法記錄儀、邊緣計算單元、NVR、路由套件、UPS等設備。

該系統(tǒng)的軟件平臺安裝在中央服務器，在中央服務器中完成數(shù)據(jù)存儲、分析及結果輸出。中央服務器通過網(wǎng)絡與監(jiān)控大屏、移動終端、PC終端連接，實現(xiàn)終端設備的操作及實施視頻安全監(jiān)控。施工現(xiàn)場設置移動支架攝像頭、測溫門禁一體機、掃描槍、智能頭盔、執(zhí)法記錄儀等監(jiān)控、采集設備，對施工中人員、工具、設備等的出入記錄進行安全監(jiān)管。對施工全過程進行監(jiān)控視頻采集，同時通過現(xiàn)場的數(shù)據(jù)分析設備進行安全行為分析。分析數(shù)據(jù)及采集的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場網(wǎng)絡單元（由邊緣計算單元、NVR、路由套件、UPS等設備組成）上傳中央服務器。智能安全管控系統(tǒng)構成如圖5所示。

4 ?結 ?論

通過以上功能設計與分析，明確了城市軌道交通在運營線路內(nèi)施工智能安全管控系統(tǒng)是以安全管理為目的，以計劃管理為核心，通過人工智能化手段將與現(xiàn)場安全相關的人員、機械、設備、材料、工具、方案等信息進行數(shù)字化集中監(jiān)管，同時可對運營線路內(nèi)的施工作業(yè)從材料進場、施工計劃、施工過程中的安全文明施工、施工完成后的人清場清到最終驗收進行全過程監(jiān)控。目前該施工智能安全管控系統(tǒng)已應用在廣州市軌道交通一號線接觸網(wǎng)柔改剛項目中，現(xiàn)場施工所反映的問題將在下階段進行優(yōu)化設計，進一步提升并完善該系統(tǒng)功能。

參考文獻：

[1] 于鑫，張銘，白麗.城市軌道交通建設安全監(jiān)控預警系統(tǒng)研究 [J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2017，39（6）：87-92.

[2] 肖雪梅，王艷輝，賈利民.軌道交通路網(wǎng)運營安全評估與預警系統(tǒng)設計 [J].綜合運輸，2013（8）：61-68.

[3] 蘇旭明，王艷輝，祝凌曦.改進的故障模式及影響分析在城市軌道交通運營安全評價中的應用 [J].城市軌道交通研究，2011，14（5）：65-69.

[4] 仲青，蘇振民，佘小頡，等.基于RFID與BIM集成的施工現(xiàn)場安全監(jiān)控系統(tǒng)構建 [J].建筑經(jīng)濟，2014，35（10）：35-39.

[5] 王征.城市軌道交通設施設備故障綜合評估預警方法 [J].都市快軌交通，2014，27（5）：28-31.

[6] 田明，芮延年.電梯安全性遠程監(jiān)控技術與故障診斷 [J].化工管理，2015（30）：202.

[7] 王敏，杜偉吉，段偉.施工影響下的高鐵運營安全智能綜合監(jiān)控技術的研究與應用 [J].測繪通報，2018（S1）：225-228.

[8] 羅春賀.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的地鐵安全監(jiān)控系統(tǒng)研究 [D].大連：大連理工大學，2013.

作者簡介：呂廣宇（1980—），男，漢族，黑龍江牡丹江人，高級工程師，本科，研究方向：軌道交通供電系統(tǒng);蔣永兵（1982—），男，漢族，重慶人，高級工程師，本科，研究方向：軌道交通信息化系統(tǒng);朱宗坤（1990—），男，漢族，甘肅蘭州人，工程師，碩士研究生，研究方向：軌道交通供電系統(tǒng)。