信息化技術(shù)在豎井施工安全管理中的應(yīng)用研究

杜江山, 余 誠

(中鐵四局集團有限公司第七工程分公司,安徽 合肥 230022)

0 引 言

近年來,地下工程建設(shè)發(fā)展迅速,在公路、鐵路、城市地鐵及礦山工程中深大豎井已不斷涌現(xiàn),主要承擔(dān)通風(fēng)、運輸?shù)裙δ?如大瑞鐵路高黎貢山隧道1號豎井完成掘砌,到達地面以下最深點762.59 m。另地鐵工程豎井設(shè)置較多,結(jié)構(gòu)形式多樣,深度越來越大。深大豎井受其自身空間狹小影響,作業(yè)空間受限,造成施工設(shè)備、人員交叉作業(yè)頻繁,安全隱患多且集中,安全管理難度較大。隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展,各類自動化監(jiān)測技術(shù)、管理系統(tǒng)不斷出現(xiàn),在一定程度上解決了人為操作誤差大、安全管理效率低等問題。如針對深大基坑開挖穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)方面出現(xiàn)自動化沉降、自動化測斜、軸力伺服安全監(jiān)測技術(shù);在爆破振速監(jiān)測方面有自動化爆破振速監(jiān)測技術(shù);在設(shè)備管理方面出現(xiàn)關(guān)鍵部位安全監(jiān)測系統(tǒng);在施工人員安全監(jiān)控方面出現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng);在安全管理方面也有各類安全隱患排查治理系統(tǒng)?？傮w上看,各類安全監(jiān)測及管理信息化系統(tǒng)繁多,手機App、系統(tǒng)操作平臺多,給管理者和操作者帶來了諸多不便,特別是豎井工程,安全控制點多且集中,采用的管理系統(tǒng)多,管理人員長時間使用,工作量較大,易混淆,使用效果隨之降低。綜觀現(xiàn)狀,各行業(yè)處在快速發(fā)展的時代,作為管理者必須適應(yīng)快節(jié)奏高效管理,現(xiàn)有信息化技術(shù)管理手段尤顯復(fù)雜,必須減負前行,提高工作效率。因此,現(xiàn)階段亟須通過對信息化技術(shù)手段進行深入研究,在全面應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上,搭建數(shù)字建造集成平臺,實現(xiàn)同一平臺多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)模塊化管理,后方數(shù)據(jù)資源共享,以實現(xiàn)提高安全管理信息化水平及管理效率的目標。

1 工程概況

膠州灣第二海底隧道黃島端豎井工程,分為南側(cè)豎井與北側(cè)豎井,其中南側(cè)豎井設(shè)計深度為70.3 m,北豎井設(shè)計深度為77.5 m,井口設(shè)計尺寸均為12 m×11 m,均設(shè)3座聯(lián)絡(luò)風(fēng)道與主線隧道相連接,作為后期通風(fēng)使用。該項目施工存在的安全風(fēng)險主要有:一是項目周圍環(huán)境復(fù)雜,南側(cè)豎井距離相鄰單位混凝土拌和站距離僅27.66 m,北側(cè)豎井風(fēng)道距離現(xiàn)狀望海賓館水平距離僅24.81 m,距離黃島輸油管道水平距離為76.57 m,爆破振動控制要求高(振速要求<1 cm/s),輿情控制難度較大;二是起重、吊裝風(fēng)險大,本工程為超深豎井施工,施工過程材料運輸通道、人員上下通道、渣土外運通道均從豎井進出,吊裝設(shè)備噸位大,使用頻繁,安全風(fēng)險大;三是作業(yè)空間狹小,交叉作業(yè)頻繁,對人員設(shè)備安全隱患較大。具體豎井構(gòu)造如圖1所示,北側(cè)豎井周邊環(huán)境如圖2所示。

圖1 膠州灣第二海底隧道豎井構(gòu)造圖

圖2 北端豎井周邊環(huán)境平面位置關(guān)系圖

2 豎井安全管理現(xiàn)狀

在豎井施工過程中,主要存在開挖爆破對周邊敏感構(gòu)筑物的影響,基坑穩(wěn)定性對周邊環(huán)境的影響,吊裝作業(yè)頻繁設(shè)備安全管理要求高以及狹小空間作業(yè)人員管理難度大。針對現(xiàn)階段的開挖爆破,一般采用網(wǎng)絡(luò)測振儀自動記錄振動數(shù)據(jù),并將振動信號傳送至服務(wù)器進行管理;基坑穩(wěn)定性監(jiān)測主要采用自動化靜力水準儀和激光測距儀進行沉降及收斂監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)通過平臺進行管理;結(jié)構(gòu)自身安全主要采用在圍巖、錨桿、結(jié)構(gòu)混凝土、鋼筋、接觸面等部位安設(shè)應(yīng)力計、位移計等設(shè)備進行監(jiān)測,各類數(shù)據(jù)自動收集分析,并通過平臺管理;在大型起重設(shè)備方面,主要依賴設(shè)備自身限速、限重及卡位系統(tǒng)進行使用安全控制;在人員管理方面有勞務(wù)實名制系統(tǒng),通過手機App、門禁閘機及無感考勤等方式記錄考勤數(shù)據(jù);在現(xiàn)場施工安全隱患方面通過隱患排查治理系統(tǒng)進行管理;在豎井施工安全風(fēng)險源管控方面有重大風(fēng)險管控系統(tǒng)進行管理。針對豎井施工風(fēng)險點管理均出現(xiàn)了各類管理系統(tǒng),管理難度較大。因此,如何實現(xiàn)統(tǒng)一管理,改變各類信息化系統(tǒng)不兼容難題,主要是缺少技術(shù)手段及綜合性信息化管理平臺。

3 技術(shù)路線及原理研究

3.1 技術(shù)路線

建立以安全、質(zhì)量、進度、物資多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集中建造平臺,本文通過對已有綜合平臺相關(guān)數(shù)據(jù)提取及第三方監(jiān)測物聯(lián)設(shè)備接入,以數(shù)據(jù)中臺為基礎(chǔ),以“數(shù)據(jù)共享服務(wù)”為手段,實現(xiàn)系統(tǒng)間以及單位數(shù)據(jù)間的橫向貫通、設(shè)備與數(shù)據(jù)間的縱向關(guān)聯(lián),提升信息化應(yīng)用效率,建立滿足豎井安全管理需求的信息化數(shù)字管理多模塊集中管理平臺。信息化應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。

圖3 膠州灣第二海底隧道豎井信息化應(yīng)用架構(gòu)圖

3.2 技術(shù)原理

獲取已有綜合平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包括項目組織機構(gòu)、人員等核心數(shù)據(jù),保證建立的數(shù)字建造平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與已有綜合性平臺保持一致。同時與平臺中的人員管理、隱患管理、風(fēng)險管理、機械管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),結(jié)合現(xiàn)場一系列物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和監(jiān)測模塊,對現(xiàn)場實際管理要求進行衍生拓展,實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)多處、多次利用,減輕現(xiàn)場人員的信息化管理負擔(dān)。技術(shù)原理架構(gòu)如圖4所示。

圖4 技術(shù)原理架構(gòu)圖

4 集成平臺建立與應(yīng)用模塊介紹

4.1 數(shù)字建造集成平臺

將膠州灣豎井工程安全施工管理分為安全管理、人員管理、設(shè)備管理、環(huán)境管理等七個應(yīng)用模塊,在常規(guī)人、機、料、法、環(huán)為主的綜合平臺基礎(chǔ)上,以豎井施工場景為依托,引入了UWB人員定位、AI識別、爆破監(jiān)測、自動化沉降監(jiān)測、起重機安全監(jiān)測等新技術(shù)、新設(shè)備,構(gòu)建工地全方位智能監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)。這一方面實現(xiàn)了項目各管理系統(tǒng)的信息化數(shù)據(jù)匯聚融合;另一方面實現(xiàn)了各系統(tǒng)的統(tǒng)一集成,建成融入安全管理信息化一體化工作平臺,減輕管理人員的安全管理任務(wù)。數(shù)字平臺搭建圖如圖5所示,BI頁面概況如圖6所示。

圖5 數(shù)字建造平臺板塊劃分

圖6 數(shù)字建造平臺首頁

4.2 安全管理系統(tǒng)應(yīng)用

4.2.1 隱患排查系統(tǒng)

在安全管理模塊中建立一套現(xiàn)場隱患排查治理系統(tǒng),通過App端在線完成現(xiàn)場安全巡檢工作的檢查、整改與復(fù)查循環(huán),同時數(shù)據(jù)可以自動同步至Web端進行綜合分析,提高隱患排查、消除的及時性。具體隱患排查消除流程如圖7所示。

圖7 隱患管理流程圖

4.2.2 重大風(fēng)險源管理系統(tǒng)

根據(jù)項目風(fēng)險辨識情況,建立風(fēng)險清單庫;按照工程類別劃分,根據(jù)風(fēng)險重要程度和損失率等因素,將風(fēng)險劃分為三個等級,建立統(tǒng)一標準。為保證風(fēng)險識別的及時性、準確性,每季度定期梳理風(fēng)險源,并經(jīng)相關(guān)部門及專家審核后確定新清單,實現(xiàn)風(fēng)險源的動態(tài)管理。

4.3 功能模塊應(yīng)用介紹

4.3.1 爆破振動監(jiān)測運用

結(jié)合實際環(huán)境,采用智能爆破振動監(jiān)測儀,重點對敏感構(gòu)筑物進行定點監(jiān)測,將爆破振速數(shù)據(jù)采集完成后上傳至數(shù)字建造平臺集中管理,提高管理效率。爆破振速采集原理及頁面管理分部如圖8所示。

圖8 爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集原理圖

4.3.2 起重設(shè)備監(jiān)測

豎井出渣設(shè)備為QD65t-16m AG的65t橋式起重機,噸位大,起重作業(yè)頻繁,起重最大行程達到80 m,起重機安全運行管理任務(wù)重、難度大,常規(guī)的人為監(jiān)測效率低下,且通過查看方式很難及時發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵部位隱患,鑒于此情況,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在橋式起重設(shè)備上安裝起重吊裝、提升速度、下降速度、運行行程、風(fēng)速、起升控制器等終端感知設(shè)備,將起重設(shè)備的基本運行數(shù)據(jù)實時上傳至數(shù)據(jù)中臺,通過平臺中的設(shè)備模塊進行監(jiān)控管理,實現(xiàn)起重設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時統(tǒng)計、分析及預(yù)警等功能。設(shè)備檢測現(xiàn)場實施情況如圖9所示。

4.3.3 基坑監(jiān)測運用

豎井基坑深度大,周邊環(huán)境較復(fù)雜,常規(guī)的人為監(jiān)測響應(yīng)慢,監(jiān)測任務(wù)較重,且不能實現(xiàn)實時監(jiān)測。項目通過采用自動化監(jiān)測手段,利用藍牙技術(shù)、5G技術(shù)將全站儀、水準儀、軸力計等電子采集設(shè)備和智能傳感設(shè)備采集的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)皆破脚_,通過云計算技術(shù)即時得出監(jiān)測結(jié)果,實現(xiàn)基坑施工階段工程結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)實時監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果實時上傳至數(shù)字建造平臺中的監(jiān)測模塊進行集中管理。部分監(jiān)測設(shè)備安裝如圖10所示。

圖10 地表沉降監(jiān)測設(shè)備

4.3.4 AI智能識別

針對鋼筋加工廠、豎井洞口作業(yè)持續(xù)時間長、人員集中的狀況,常規(guī)的人為檢查發(fā)現(xiàn)問題過于短暫,不能達到實時監(jiān)控,因此,在上述位置安裝AI攝像頭,可對人員安全帽未佩戴、吸煙、反光背心未穿戴等不安全行為自動抓拍、分析和預(yù)警提醒,減少施工作業(yè)不安全行為的發(fā)生,該模塊同樣通過數(shù)字建造平臺進行管理、顯示。頁面管理如圖11所示。

圖11 AI智能識別模塊

4.3.5 人員定位

南北豎井開挖深度大、環(huán)境惡劣、工種危險系數(shù)高、安全風(fēng)險高,應(yīng)用人員機械智能定位系統(tǒng)(定位基站與微標簽)實現(xiàn)人員考勤、跟蹤定位、災(zāi)后急救、日常管理等功能。施工人員進入工點以后,在任何時刻任意位置,定位基站均可接收信號,并上傳到監(jiān)控中心服務(wù)器,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,可得出人員ID、位置、具體時間等信息,同時動態(tài)顯示在監(jiān)控中心大屏幕上,使得管理人員隨時了解施工現(xiàn)場人員機械的狀態(tài)。

5 實施效果

該項目在安全隱患排查、設(shè)備管理、爆破檢測、沉降觀測等方面實現(xiàn)了信息化集中平臺管理,減小了管理人員的信息化工作管理強度,提高了管理效率;同時,有效消除了事故隱患,項目無一例安全質(zhì)量事故發(fā)生。具體系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示效果統(tǒng)計見表1。

表1 豎井工程信息化技術(shù)應(yīng)用效果統(tǒng)計表

6 結(jié) 論

通過自動化監(jiān)測、爆破監(jiān)測應(yīng)用、設(shè)備物聯(lián)手段、人員監(jiān)測及原綜合性管理平臺接入等五個方面入手,建立信息化平臺對豎井項目安全進行管理,得出相關(guān)結(jié)論如下:

(1) 數(shù)字建造集成平臺集成了物聯(lián)設(shè)備、監(jiān)測數(shù)據(jù)、原綜合性管理平臺業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),實現(xiàn)綜合性管理平臺的統(tǒng)一管理,減少了管理人員的工作量;

(2) 融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動化監(jiān)測技術(shù)及原綜合性管理平臺于數(shù)字建造平臺,對豎井爆破施工、門式起重機、自動化沉降監(jiān)測進行動態(tài)數(shù)據(jù)管理,實現(xiàn)了爆破振動監(jiān)測、基坑沉降監(jiān)測、設(shè)備運轉(zhuǎn)監(jiān)測的全過程、全時段監(jiān)控、預(yù)警,安全管理效果得到顯著提高;

(3) 信息化技術(shù)在豎井工程安全管理中有效應(yīng)用,可為其他工程信息化施工管理提供參考依據(jù)。