沈祖安，周 誠

(1.中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430082；2.華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

長期以來，石油與化工行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活和國防軍工密切相關(guān)[1]。為保持行業(yè)總體的較快發(fā)展，黨中央、國務(wù)院著力推進(jìn)石化和化工行業(yè)的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。按照工信部印發(fā)《石化和化學(xué)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016―2020年)》的要求，石化和化學(xué)工業(yè)制定了“十三五”期間明確的產(chǎn)業(yè)調(diào)整方向，主要包括建成5～8個以石化和化工為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)、具有全球影響力的新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地，以及推進(jìn)七大石化產(chǎn)業(yè)基地及重大項(xiàng)目的建設(shè)，提高煉化一體化水平。這一舉措使得我國石化行業(yè)將面臨大規(guī)模產(chǎn)業(yè)調(diào)整，工程建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。

石化工程建設(shè)不同于其他行業(yè)的工程建設(shè)，具有其獨(dú)特的行業(yè)建設(shè)特點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。第一，石油化工工程建設(shè)存在設(shè)計(jì)、施工與生產(chǎn)三者同步進(jìn)行的問題，有較大的安全隱患，若發(fā)生重大事故，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡；第二，石化工程建設(shè)過程中參與的承包商數(shù)量多，而且涉及多專業(yè)作業(yè)交叉，安全管理難度大；第三，石化工程建設(shè)中特種作業(yè)多，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高。因此，為了避免項(xiàng)目建設(shè)過程中發(fā)生事故，石化工程建設(shè)過程中的安全管理尤為重要。

針對石化工程施工安全管理特點(diǎn)和難點(diǎn)，中國石化提出并嚴(yán)格執(zhí)行HSSE(Health Safety Security Environmental)的管理制度，其來源于殼牌公司提出的HSE(Health Safety Environmental)管理方法，以“領(lǐng)導(dǎo)承諾、以人為本、預(yù)防為主、持續(xù)發(fā)展、全員參與”為核心，通過PDCA(Plan Do Check Action)的閉環(huán)流程嚴(yán)格執(zhí)行管理內(nèi)容，保障石化工程項(xiàng)目建設(shè)期間的安全，從而實(shí)現(xiàn)“全員重傷為零，全員死亡為零，重大火災(zāi)事故為零，環(huán)境污染事故為零，重大責(zé)任事故為零，上報(bào)集團(tuán)公司事故為零”的項(xiàng)目建設(shè)HSSE管理目標(biāo)。

中國石化工程管理以HSSE為準(zhǔn)則，圍繞“人理-事理-物理”三大模塊進(jìn)行管理，制定較為完善的安全管理體系和程序，明確各級管理責(zé)任人并保證落實(shí)到位，定期開展檢查等活動，具有一定的管理優(yōu)勢。但隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)裝置越來越大型、復(fù)雜，建設(shè)過程難度也不斷增加，一旦由于人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)，或是管理過程中人員的疏漏造成重大事故，將導(dǎo)致人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境破壞等嚴(yán)重后果。然而，面對人多、機(jī)高、料危、法細(xì)、環(huán)雜[3]的石化建設(shè)工程，傳統(tǒng)的管理方式逐步顯現(xiàn)出效率低，跟蹤評價(jià)難等問題，比如：施工現(xiàn)場作業(yè)許可管理采用紙質(zhì)化文件的形式，管理人員通過對紙質(zhì)作業(yè)許可證的簽發(fā)和現(xiàn)場抽檢的方式進(jìn)行作業(yè)跟蹤及評價(jià)。隨著作業(yè)人數(shù)的增多，紙質(zhì)作業(yè)許可開票效率低，跟蹤評價(jià)難的問題顯現(xiàn)出來，甚至出現(xiàn)了遺失、遺漏的情況。此時(shí)，石化工程建設(shè)更需要體系化、高效化、數(shù)字化的安全管理方式來提高建設(shè)過程的安全管理效率及可靠性，防止事故的發(fā)生。

因此，本研究旨在構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)。其中，物聯(lián)網(wǎng)是支撐數(shù)據(jù)“感知、傳輸、分析、控制”的技術(shù)支撐，具體體現(xiàn)為“全過程數(shù)據(jù)一張圖、安全信息提取和推送一張屏、實(shí)時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)管控一張網(wǎng)”的安全管理過程，以支持工程風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)的高效流轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)的實(shí)施將支持傳統(tǒng)的人工管理過程，降低管理成本，減少事故發(fā)生概率，規(guī)范流程明確責(zé)任，提高安全管理效率。

1 施工安全智能管理系統(tǒng)需求分析

目前，智能化安全管理系統(tǒng)的研究應(yīng)用于各個方面，例如民航安全、工藝安全、工程安全等，已經(jīng)成為安全管理的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)有的施工安全管理系統(tǒng)，主要應(yīng)用于隧道工程[4]、建筑工程[5]、變電站[6]、水利工程[7]等領(lǐng)域，基于RFID(Radio Frequency IDentification)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工過程中人員定位管理、安全狀況評估、安全事故預(yù)測等功能。例如，基于RFID技術(shù)研發(fā)的系統(tǒng)可及時(shí)掌握隧道中施工現(xiàn)場人員、設(shè)備的分布狀況以及運(yùn)動軌跡，當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生事故時(shí)能明確人員位置信息以輔助救援[4]。也有研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)施工安全管理系統(tǒng)，開發(fā)設(shè)計(jì)了智能安全帽、安全巡查終端、人員定位系統(tǒng)來提高施工現(xiàn)場的安全管理水平[5]。

對于石化行業(yè)，當(dāng)前有關(guān)其安全管理系統(tǒng)的研究主要圍繞石化園區(qū)的安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[8]、生產(chǎn)過程[9]、以及儀器設(shè)備的安全管理[10]等方面開展，但很少關(guān)注施工過程，而石化工程建設(shè)項(xiàng)目的施工過程也存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。不同于其他項(xiàng)目的施工過程，作業(yè)人員需要開具相應(yīng)的紙質(zhì)作業(yè)許可證方可入場；作業(yè)許可證由監(jiān)護(hù)人保管，且多人同票，不方便查看統(tǒng)計(jì)；施工區(qū)域狹小，鋼結(jié)構(gòu)多，如果采用現(xiàn)有的定位技術(shù)和管理系統(tǒng)，容易出現(xiàn)進(jìn)場人員管理不到位，定位信號屏蔽的情況?，F(xiàn)有的施工安全管理系統(tǒng)沒有針對解決石化施工過程中的安全管理難點(diǎn)，容易出現(xiàn)紙質(zhì)材料填寫重復(fù)性工作量大，紙質(zhì)材料難以保存；管理流程復(fù)雜，過程不夠規(guī)范；各部門之間沒有實(shí)現(xiàn)信息共享，信息互通效率低；統(tǒng)計(jì)分析和考核評價(jià)環(huán)節(jié)只做定性分析，沒有結(jié)合實(shí)際建設(shè)過程中的數(shù)據(jù)定量評價(jià)等若干問題。因此需要研發(fā)一套石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)，來提升石化施工過程的安全管理。

2 施工安全智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念于1999年被美國麻省理工學(xué)院首次提出，之后經(jīng)過不斷完善和改進(jìn)。2014年，中國工信部也給出了物聯(lián)網(wǎng)的定義[11]：物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展和網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝備對物理世界進(jìn)行感知識別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進(jìn)行計(jì)算、處理和知識挖掘，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物交互和無縫銜接，達(dá)到對物理世界實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。

物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)體系模型包含感知與標(biāo)識技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、計(jì)算與服務(wù)技術(shù)以及管理與支撐技術(shù)四大體系[12]。感知與標(biāo)識技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，通過傳感器、RFID、二維碼等技術(shù)實(shí)現(xiàn)外部世界信息的感知和識別；網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)可通過泛在的互聯(lián)功能，實(shí)現(xiàn)感知信息高可靠性、高安全性傳送；計(jì)算與服務(wù)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心支撐；管理與支撐技術(shù)保證物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“可運(yùn)行-可管理-可控制”的關(guān)鍵。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的安全智能管理系統(tǒng)能夠有效保證參建人員安全和施工過程安全。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)石化工程建設(shè)的特點(diǎn)以及對HSSE安全管理的要求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了一套石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)，通過標(biāo)識與感知、通信與傳輸、計(jì)算與服務(wù)以及應(yīng)用與管理四大模塊，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 石化工程安全智能管理系統(tǒng)架構(gòu)

2.2.1 標(biāo)識與感知模塊

標(biāo)識與感知模塊是石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有通過標(biāo)識與感知模塊才能采集數(shù)據(jù)，其他模塊才便于分析和管控。標(biāo)識與感知模塊主要包括三種硬件設(shè)備，分別是攝像頭、定位基站和定位標(biāo)簽。攝像頭的安裝位置在封閉施工區(qū)域入口處，用于實(shí)時(shí)采集視頻數(shù)據(jù)，收集到的人員進(jìn)場視頻用于人員進(jìn)場管理，同步為進(jìn)場人員的身份識別提供原始視頻數(shù)據(jù)。同時(shí)，進(jìn)入施工區(qū)域的所有人員佩戴定位標(biāo)簽，定位標(biāo)簽通過藍(lán)牙通信將人員在場的位置信息傳輸給廠區(qū)內(nèi)布設(shè)的定位基站，定位基站通過定位信道實(shí)現(xiàn)對定位標(biāo)簽的定位，再統(tǒng)一將采集到的定位信息反饋給通信與傳輸模塊。

2.2.2 通信與傳輸模塊

通信與傳輸模塊是石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)和管理的橋梁，其主要功能是將感知模塊采集的視頻數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算與服務(wù)模塊。該模塊包括無線傳輸網(wǎng)和有線傳輸網(wǎng)，無線傳輸網(wǎng)通過Wi-Fi信道為定位基站提供數(shù)據(jù)傳輸鏈路，有線傳輸網(wǎng)通過有線以太網(wǎng)方式為定位基站提供數(shù)據(jù)傳輸鏈路。

2.2.3 計(jì)算與服務(wù)模塊

計(jì)算與服務(wù)模塊是石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)的核心，包括人臉識別、認(rèn)證服務(wù)、告警服務(wù)、定位引擎、監(jiān)控服務(wù)、報(bào)表服務(wù)六項(xiàng)內(nèi)容。

人臉識別、認(rèn)證服務(wù)和告警服務(wù)主要功能是加強(qiáng)對進(jìn)入施工現(xiàn)場人員的管理。通過人臉識別算法，將傳輸模塊的視頻數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中原有人像照片對比，實(shí)時(shí)提供認(rèn)證服務(wù)和告警服務(wù)，對于視頻數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫人像匹配成功的人員，即可通過認(rèn)證，正常進(jìn)場，但對于不匹配的人員，則認(rèn)證失敗，啟動告警服務(wù)，入口處和監(jiān)控室的報(bào)警裝置同時(shí)啟動，不允許該人員入場。這樣的安全管理系統(tǒng)可以從源頭杜絕未經(jīng)過正常培訓(xùn)合格的人員或其他人員入場，保證只有安全培訓(xùn)合格的人員才有資格入場，提高了施工現(xiàn)場人員進(jìn)入施工區(qū)域身份識別的有效性和安全管理效率。

定位引擎和監(jiān)控服務(wù)主要用于規(guī)范施工現(xiàn)場人員的行為。定位引擎實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的結(jié)算，得到定位標(biāo)簽的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對人員軌跡的追蹤，對施工人員的不安全行為啟動告警服務(wù)，達(dá)到對施工廠區(qū)內(nèi)人員不安全行為的管理。通過對人員的管理和人員不安全行為的規(guī)范，系統(tǒng)可將所有正常數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)通過報(bào)表輸出，形成人員安全管理的周報(bào)和月報(bào)。

2.2.4 應(yīng)用與管理模塊

應(yīng)用與管理模塊是石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)的最終價(jià)值體現(xiàn)，緊密結(jié)合石化工程安全管理的HSSE閉環(huán)管理流程，通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，初步建立施工安全智能管理系統(tǒng)，應(yīng)用人臉識別技術(shù)以及定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對于人員資質(zhì)審查、教育培訓(xùn)、作業(yè)許可，過程檢查、數(shù)字評價(jià)全過程管理。其中，當(dāng)出現(xiàn)不規(guī)范人員進(jìn)場行為(包括未佩戴標(biāo)簽、著裝不規(guī)范等)、非許可人員進(jìn)入某作業(yè)區(qū)域、特種作業(yè)人員在沒有監(jiān)護(hù)人的情況下作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)會根據(jù)管理評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對前端傳感數(shù)據(jù)所反饋的違規(guī)行為進(jìn)行記錄。對于扣分不達(dá)標(biāo)的工人，系統(tǒng)會在該人員進(jìn)入到作業(yè)現(xiàn)場時(shí)報(bào)警。此時(shí)，只有當(dāng)工人完成再教育培訓(xùn)時(shí)方能繼續(xù)作業(yè)，如圖2所示。同時(shí)通過三維動態(tài)模型模擬施工過程，提前了解整個施工過程中的重難點(diǎn)以及物料進(jìn)場的時(shí)間安排，逐步實(shí)現(xiàn)對“人理-事理-物理”的信息化、智能化管理。

圖2 人員扣分及培訓(xùn)再教育流程

2.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)上述現(xiàn)場人員管理的要求，結(jié)合工程物聯(lián)網(wǎng)感知控制技術(shù)以及信息處理技術(shù)，本系統(tǒng)研究了以下兩項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)。

2.3.1 多人跟蹤面部抓拍及識別技術(shù)

該技術(shù)屬于機(jī)器視覺領(lǐng)域，結(jié)合行人檢測和人臉檢測，實(shí)現(xiàn)對人員的精準(zhǔn)辨別，大幅降低漏檢誤檢率；采用級聯(lián)卷積網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)人臉檢測和人臉特征點(diǎn)標(biāo)定，應(yīng)對多種姿態(tài)下多人同時(shí)進(jìn)場時(shí)可能出現(xiàn)的人臉不全問題；采用目標(biāo)跟蹤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對幀間人員序列匹配，減少進(jìn)場重復(fù)報(bào)警；采用殘差網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)人臉識別準(zhǔn)確度和魯棒性。該技術(shù)的使用有效地解決了石化工程復(fù)雜室外場景下多人同時(shí)進(jìn)場的使用需求，既滿足了現(xiàn)場工人進(jìn)出工地場景的可通過性，同時(shí)保障了現(xiàn)場工地的安全性，為管理提升帶來了極大的促進(jìn)，識別畫面如圖3所示。

圖3 多人同時(shí)進(jìn)場快速識別界面

2.3.2 亞米級三維定位技術(shù)

該技術(shù)源于軍事領(lǐng)域的無源相控陣?yán)走_(dá)(PESA，Passive Electronically Scanned Array)技術(shù)，通過到達(dá)角定位(AoA，Angle-of-Arrival)算法，實(shí)現(xiàn)亞米級精準(zhǔn)定位；采用的頻段具備強(qiáng)抗干擾性，周邊環(huán)境對其精度影響較小，尤其適用于石化工程密集鋼結(jié)構(gòu)場景下的定位。同時(shí)，該技術(shù)定位采樣頻率為4次/s，最高可達(dá)20次/s，使得定位刷新率高，顯示無延遲，也正因?yàn)槿绱?，該技術(shù)所采集的位置信號可以同步到工地物聯(lián)網(wǎng)后臺進(jìn)行人員軌跡的可視化呈現(xiàn)，進(jìn)而提升現(xiàn)場人員的管理效力，如圖4所示。

圖4 亞米級三維人員定位界面

3 施工安全智能管理系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

3.1 項(xiàng)目背景

石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)應(yīng)用于中國武漢石化公司新建30萬t/年烷基化裝置項(xiàng)目(以下簡稱烷基化項(xiàng)目)和改建70萬t/年氣體分餾裝置項(xiàng)目(以下簡稱氣分項(xiàng)目)，施工現(xiàn)場全部實(shí)行封閉化管理。通過應(yīng)用石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)，可以將日常檢查的隨機(jī)性和主觀性轉(zhuǎn)化為智能化和自動化的判斷并記錄，提高施工現(xiàn)場安全管理的工作效率。

3.2 功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 組織架構(gòu)及人員管理

石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)可將所有需要進(jìn)場的作業(yè)人員的身份信息統(tǒng)一記錄并匯總到系統(tǒng)中，方便查看，并實(shí)現(xiàn)對作業(yè)人員的身份信息管理。其中，需要錄入包括工程承包商、監(jiān)理單位、建設(shè)單位以及技術(shù)支持單位在內(nèi)的各參建方的所有人員信息。信息內(nèi)容主要包括：人員照片、工種信息(特種人員需包括作業(yè)資質(zhì)證照片)、工作單位信息、身份證號信息等。人員身份信息錄入界面如圖5所示。

圖5 人員身份管理界面

3.2.2 電子作業(yè)票管理

對于紙質(zhì)作業(yè)票填寫麻煩、容易丟失等情況，石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)作業(yè)票電子化，方便管理，杜絕無作業(yè)票作業(yè)的情況出現(xiàn)。當(dāng)作業(yè)人員需要進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，結(jié)合石化HSSE管理標(biāo)準(zhǔn)，可同步將人員作業(yè)票信息錄入到系統(tǒng)中，形成電子作業(yè)票。電子作業(yè)票管理界面如圖6所示。

圖6 電子作業(yè)票管理界面

3.2.3 入場許可管理

石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)的入場許可管理功能，建立在機(jī)器視覺人臉識別技術(shù)的基礎(chǔ)上?，F(xiàn)場視覺傳感器通過工程物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將人員進(jìn)場的視頻流信息傳輸?shù)焦芾砥脚_，依賴于平臺內(nèi)嵌的機(jī)器視覺算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)場人員與數(shù)據(jù)庫工人圖片的快速比對，當(dāng)有非授權(quán)人員進(jìn)入到工地現(xiàn)場時(shí)，系統(tǒng)會自動進(jìn)行聲光警報(bào)，從而提醒現(xiàn)場管理人員及時(shí)制止非授權(quán)人員的進(jìn)場，同時(shí)該人員的違規(guī)進(jìn)場行為也會被記錄，真正實(shí)現(xiàn)讓合格的人在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)場，保證人員入場規(guī)范。入場許可管理界面如圖7所示。

圖7 入場許可管理界面

3.2.4 數(shù)字動態(tài)模擬

石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)的數(shù)字動態(tài)模擬功能，可以導(dǎo)入施工區(qū)域的BIM(Building Information Modeling)虛擬工地模型，形成可以跟隨施工進(jìn)度不斷自動生長的施工區(qū)域數(shù)字動態(tài)模型，可視化模擬整個施工過程，從而提前了解施工過程中可能遇到的危險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)施工過程中的重難點(diǎn)作業(yè)過程，做好工作安全分析(JSA，Job Safety Analysis)，以及專項(xiàng)HSSE方案和預(yù)防措施，保證施工過程順利進(jìn)行。數(shù)字動態(tài)模擬施工界面如圖8所示。

圖8 數(shù)字動態(tài)模擬界面

3.2.5 現(xiàn)場定位跟蹤

現(xiàn)場定位跟蹤功能依賴于作業(yè)人員入場前配備的定位標(biāo)簽和現(xiàn)場布設(shè)的定位基站。入場前由現(xiàn)場管理人員將每位作業(yè)人員的身份信息與定位標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)，保證作業(yè)人員進(jìn)場后，定位標(biāo)簽可以同步記錄現(xiàn)場人員的位置信息，并將該信息傳輸?shù)较到y(tǒng)后臺，在BIM虛擬工地上進(jìn)行可視化的呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場定位跟蹤功能，定位標(biāo)簽關(guān)聯(lián)界面如圖8所示。石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)，可根據(jù)該數(shù)據(jù)同步顯示現(xiàn)場人員的運(yùn)動軌跡，并且可以查詢所有在施工區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)過的作業(yè)人員的歷史軌跡，做到有據(jù)可依，保證作業(yè)人員出現(xiàn)在合適的位置，防止出現(xiàn)違規(guī)行為。定位標(biāo)簽關(guān)聯(lián)界面如圖9所示，定位軌跡跟蹤界面如圖10所示。

圖9 定位標(biāo)簽關(guān)聯(lián)界面

圖10 定位軌跡跟蹤界面

3.2.6 危險(xiǎn)區(qū)域控制

石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全管理系統(tǒng)可以在虛擬施工區(qū)域繪制危險(xiǎn)區(qū)域的位置，現(xiàn)場管理人員根據(jù)施工作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)域的劃分規(guī)則確定電子圍欄的位置和范圍，當(dāng)非該區(qū)域內(nèi)作業(yè)許可人員進(jìn)入電子圍欄時(shí)，系統(tǒng)會進(jìn)行報(bào)警同時(shí)提醒現(xiàn)場承包商及監(jiān)理單位安全管理人員進(jìn)行制止，實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)區(qū)域安全的控制。危險(xiǎn)區(qū)域界面如圖11所示。

圖11 危險(xiǎn)區(qū)域控制界面

3.2.7 統(tǒng)計(jì)考評管理

石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全管理系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)考評管理，可以詳細(xì)地匯總該時(shí)間內(nèi)特種作業(yè)情況、人員考核情況及分析評價(jià)、承包商的考核情況及分析評價(jià)，并按照每周、每月的時(shí)間節(jié)點(diǎn)形成不同時(shí)間段的管理統(tǒng)計(jì)，再考核得出評價(jià)結(jié)果。統(tǒng)計(jì)考評管理界面如圖12所示。

圖12 統(tǒng)計(jì)考評管理界面

3.3 應(yīng)用效果

截止2019年6月，石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)已經(jīng)在武漢石化烷基化和氣分項(xiàng)目正式上線穩(wěn)定運(yùn)行330余天，系統(tǒng)累計(jì)錄入人臉照片1356張，進(jìn)行了90794人次進(jìn)場識別，捕捉并校正未授權(quán)進(jìn)場識別不規(guī)范行為32198人次，準(zhǔn)確率為87%左右，定位數(shù)據(jù)累計(jì)達(dá)11689428條，如圖13所示。相比于定量統(tǒng)計(jì)，更重要的是對傳統(tǒng)安全管理模式的突破，具體如下。

圖13 系統(tǒng)實(shí)施結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

(1)全過程數(shù)據(jù)一張圖

本系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，采集到大量的實(shí)施數(shù)據(jù)，包括：個人勞務(wù)數(shù)據(jù)(資質(zhì)、培訓(xùn)、作業(yè)狀態(tài))、作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)、承包商考核及評價(jià)數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)有利于后續(xù)石化工程建設(shè)項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)的全鏈條集成。例如，本系統(tǒng)通過人員信息錄入、入場檢查及定位跟蹤實(shí)現(xiàn)了1356名參建人員身份的全鏈條管理。一方面，這些信息為現(xiàn)場人員安全管理提供數(shù)據(jù)支撐，例如為人員進(jìn)場管理人臉識別提供數(shù)據(jù)庫對比樣本；另一方面，電子檔案的建立真正實(shí)現(xiàn)了工人實(shí)名制管理，對減少勞務(wù)糾紛、保障工人權(quán)益、培養(yǎng)高素質(zhì)的石化建設(shè)產(chǎn)業(yè)工人具有積極的促進(jìn)作用。另外，本系統(tǒng)通過紙質(zhì)作業(yè)票的電子化，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場人員895次作業(yè)行為的在線管理。

(2)安全信息提取和推送一張屏

本系統(tǒng)通過數(shù)字化技術(shù)取代傳統(tǒng)紙質(zhì)安全信息提取和推送手段。對于施工任務(wù)而言，通過準(zhǔn)確提取作業(yè)位置、作業(yè)時(shí)長等信息，使得合適的人出現(xiàn)在正確的位置，同時(shí)避免交叉作業(yè)、長時(shí)間作業(yè)等狀況給工人身體及健康帶來的傷害。對于監(jiān)管任務(wù)而言，電子作業(yè)票與其相關(guān)的作業(yè)區(qū)域以及對應(yīng)的管理人員進(jìn)行了綁定，同步對監(jiān)管人員的履職行為進(jìn)行在線的查詢與監(jiān)督。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)記錄與歷史檢索功能提高了管理效率并有利于事故追責(zé)，其中包括但不限于：①加快施工期間人員清點(diǎn)的速率，特別是特殊情況的緊急疏散時(shí)段；②查看參建人員是否按照整改要求及整改人數(shù)到場作業(yè)；③有利于現(xiàn)場個人物品的丟失查詢等。同時(shí)，在現(xiàn)場出現(xiàn)作業(yè)區(qū)域、管理責(zé)任不明等勞務(wù)糾紛時(shí)，系統(tǒng)可以通過作業(yè)軌跡、時(shí)長等歷史數(shù)據(jù)的檢索提供判斷依據(jù)。

(3)實(shí)時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)管控一張網(wǎng)

本系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將施工現(xiàn)場各要素有機(jī)連接，有效管控施工風(fēng)險(xiǎn)。例如，相較于圍擋、欄桿、安全網(wǎng)等物理屏障，本系統(tǒng)通過電子圍欄實(shí)現(xiàn)了工地有害能量的主動隔離及控制，在系統(tǒng)應(yīng)用過程中針對特殊作業(yè)行為，累計(jì)設(shè)置電子圍欄26次，有效規(guī)范242人進(jìn)入危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域。除此以外，現(xiàn)場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)同步排查現(xiàn)場安全隱患。

更重要的是，本系統(tǒng)的開發(fā)重塑了項(xiàng)目參與各方的安全行為意識。受制于傳統(tǒng)管理方式流程多、業(yè)務(wù)雜等因素，不論是項(xiàng)目施工人員還是監(jiān)管人員都會出現(xiàn)不良的管理操作慣性，如：隨意簽開作業(yè)票，越級辦理作業(yè)許可、忽略JSA過程以及忽視物理圍擋的設(shè)計(jì)。這些不安全的操作行為，一方面是缺少約束與監(jiān)管，另一方面是源于安全氛圍的動搖。智能化系統(tǒng)作為現(xiàn)場管理的“新鮮事物”，本質(zhì)上是讓項(xiàng)目參與各方重新學(xué)習(xí)了一次安全管理的業(yè)務(wù)模式，同時(shí)系統(tǒng)化的流程上給予了管理操作約束，減少了違規(guī)、越級行為的出現(xiàn)，這也是對于現(xiàn)場文化氛圍的校正。

4 總結(jié)與提升

為了實(shí)現(xiàn)石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全的信息化、智能化管理，本文主要針對石化工程建設(shè)過程中安全管理的重復(fù)性、低效性、人員安全不確定性等問題，設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的石化工程建設(shè)項(xiàng)目施工安全智能管理系統(tǒng)，并應(yīng)用于武漢石化烷基化和氣分項(xiàng)目。通過標(biāo)識與感知、通信與傳輸、計(jì)算與服務(wù)、應(yīng)用與管理等四大模塊，實(shí)現(xiàn)了組織架構(gòu)人員身份管理、電子作業(yè)票管理、入場許可管理、數(shù)字動態(tài)模擬、現(xiàn)場定位跟蹤、危險(xiǎn)區(qū)域控制、統(tǒng)計(jì)考評管理等七大功能，提升了武漢石化工程建設(shè)項(xiàng)目的安全管理效率；同時(shí)，信息化、網(wǎng)絡(luò)化的智能安全管理系統(tǒng)也為各參建方責(zé)任以及承包商的統(tǒng)計(jì)考評提供了依據(jù)，使得整個安全管理過程更加科學(xué)和高效。在理論層面，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是對工程“數(shù)字孿生”建設(shè)的一次初步探索，其中基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)描述了完整的石化孿生工地的建設(shè)框架，有效地記錄了人員、作業(yè)等部分施工數(shù)據(jù)，這種方式有利于推進(jìn)工程建造產(chǎn)品的數(shù)字化交付路徑。

在未來工作中，本系統(tǒng)在未來還可以從以下兩個方面進(jìn)行擴(kuò)展：

(1)考慮到安全管理與資源管理的緊密聯(lián)系，本系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將“人-機(jī)-環(huán)”數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，結(jié)合人工智能與數(shù)據(jù)挖掘等方法，深入分析當(dāng)前項(xiàng)目存在的浪費(fèi)，以此采取相應(yīng)的管理措施，減少不必要的浪費(fèi)，提升項(xiàng)目質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)精益化項(xiàng)目建設(shè)。

(2)本系統(tǒng)可以構(gòu)建基于BIM的石化工程數(shù)字孿生模型，該模型在傳統(tǒng)BIM模型的基礎(chǔ)上，包含項(xiàng)目實(shí)際狀態(tài)信息、機(jī)具設(shè)備關(guān)鍵信息等，將作為數(shù)字化交付的基礎(chǔ)。在探索數(shù)字化交付技術(shù)的過程中，將包括信息類型、細(xì)節(jié)程度、集成方法等方面標(biāo)準(zhǔn)化，以形成適用于石化工程建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)，有利于其他同類項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付，打通石化項(xiàng)目工程建造與生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，提升項(xiàng)目總體效益。