鄔明亮， 楊 昊， 鄭力維， 王世彥， 吳 將， 黃 杰

(1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司建設(shè)分公司， 浙江 杭州 310000；2.國網(wǎng)浙江新興科技有限公司， 浙江 杭州 310000)

0 引言

輸電線路工程包括基礎(chǔ)、桿塔、架線、接地等分部工程，深基坑作業(yè)是基礎(chǔ)分部工程中常見的作業(yè)場景，在山地區(qū)域的掏挖式基礎(chǔ)、人工挖孔樁基礎(chǔ)開挖時尤為普遍[1,2]。

輸電線路施工具有點多、面廣的特點，對現(xiàn)場管理提出了很高的要求，深基坑作業(yè)存在土方坍塌、有毒有害氣體侵害、缺氧窒息、高處墜落、物體打擊等風險，其中有毒有害氣體侵害、缺氧窒息尤為致命。近年來，電力基建領(lǐng)域發(fā)生了多起深基坑作業(yè)致人中毒或窒息死亡的安全事故，造成重大的人身和財產(chǎn)損失。

針對輸電線路施工深基坑作業(yè)安全風險大且缺乏自救、他救措施的現(xiàn)狀，研制了一種在深基坑作業(yè)時可實時監(jiān)測作業(yè)環(huán)境安全性并在人員遇險后可實現(xiàn)自救和他救等功能的裝置。

1 裝置原理

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

深基坑作業(yè)在線監(jiān)測與智能救援裝置的主要部件如圖1所示。

圖1 裝置主要部件

支撐架體是裝置的受力結(jié)構(gòu)，用以固定其他的附屬監(jiān)測、報警、通風、救援設(shè)備。支撐架體由E6級高強度鋁合金制成，具有重量輕、易搬運、防腐蝕、易維護等特點，有效減少現(xiàn)場勞動強度，方便施工人員使用。針對線路工程樁位多位于山地陡坡上的特點，支撐架體的接腿為可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，同時加裝彈性金屬防護網(wǎng)，進一步保障施工人員的安全。

安全監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)置藍牙、LoRa接收器，可接收氣體檢測儀的數(shù)據(jù)、施工人員的姿態(tài)感應(yīng)數(shù)據(jù)及急救按鈕信號，從而實現(xiàn)應(yīng)急救援邏輯控制及各項設(shè)備的遠動控制。內(nèi)置三個220 V電源接口，可接入220 V的各型號卷揚機、聲光報警器、鼓風機，用于程序?qū)τ诰仍O(shè)備的控制。此外，安全監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)置4G模塊，與云服務(wù)器直接連接，在事故發(fā)生時可實現(xiàn)施工現(xiàn)場救援設(shè)備的遠程操控。安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

人體姿態(tài)感知儀：具備遙控救援/提升系統(tǒng)、人體姿態(tài)感應(yīng)、一鍵報警等功能，通過LoRa協(xié)議與中控臺連接，在人體靜止超過15秒時即可發(fā)出報警信息，同時，可直接控制提升機的上下動作，并通過按鍵直接發(fā)出報警信息。

氣體檢測儀：帶吸氣泵，具備藍牙傳輸功能，通過向深基坑內(nèi)送入探針，可在坑口讀取并傳輸坑內(nèi)氧氣、二氧化碳、可燃氣體、硫化氫等氣體含量的數(shù)據(jù)。

聲光報警器：通過220 V電源供電，可同時發(fā)出聲、光兩種警報信號，在事故發(fā)生時提供有效的警示。

智能鼓風機：通過220 V電源供電，可實現(xiàn)手動控制與程序控制兩種模式，通過配置長距離風管，可最大程度上對基坑內(nèi)進行通風。在日常工作時，可手動控制鼓風機，完成深基坑作業(yè)前的通風準備工作；在事故發(fā)生時，由程序控制鼓風機的送風量，從而保障基坑內(nèi)空氣的質(zhì)量。

救援/提升系統(tǒng)(卷揚機)：通過220 V電源供電，配置控制手柄，可實現(xiàn)手動控制與程序控制兩種模式。在日常工作時，通過手柄控制卷揚機，可完成基坑內(nèi)余土塊石的提升作業(yè)；在事故發(fā)生時，由程序控制卷揚機，實現(xiàn)基坑內(nèi)作業(yè)人員的救援提升。

攝像頭：高分辨率攝像頭，可安裝在支撐架體上或獨立架設(shè)，當救援程序執(zhí)行時，系統(tǒng)自動打開攝像頭，供遠程監(jiān)測與指揮救援使用。

1.2 工作原理

深基坑作業(yè)在線監(jiān)測與智能救援裝置具備藍牙傳輸和LoRa傳輸功能，根據(jù)氣體檢測儀和姿態(tài)感知儀的實時信號，經(jīng)過主控系統(tǒng)的邏輯判斷對卷揚機、聲光報警器、鼓風機、攝像頭等設(shè)備進行控制，實現(xiàn)日常工作和救援兩種模式，同時通過4G傳輸與云服務(wù)器連接，實現(xiàn)設(shè)備的遠程控制。裝置的工作原理如圖3所示。

圖3 安全監(jiān)控與智能救援工作原理

在深基坑作業(yè)開始前，將深基坑作業(yè)在線監(jiān)測與智能救援裝置布置在深基坑坑口，手動操作鼓風機、風管、氣體檢測儀等設(shè)備，完成“先通風、后檢測、再作業(yè)”的準備工作。作業(yè)人員下深基坑進行作業(yè)時，需穿戴五點式安全帶，佩戴或攜帶人體姿態(tài)感知儀，實時回傳基坑內(nèi)作業(yè)人員的姿態(tài)數(shù)據(jù)至主控系統(tǒng)，同時氣體檢測儀實時工作，回傳基坑內(nèi)氧氣、二氧化碳、可燃氣體、硫化氫的濃度數(shù)據(jù)至主控系統(tǒng)。

在無安全事故時，深基坑作業(yè)在線監(jiān)測與智能救援裝置工作在日常模式下，此時卷揚機用于基坑內(nèi)開挖產(chǎn)生的余土塊石的提升作業(yè)。當主控系統(tǒng)監(jiān)測到深基坑內(nèi)氧氣濃度過低或有毒有害氣體濃度過高時，控制智能鼓風機調(diào)節(jié)送風量，實現(xiàn)基坑內(nèi)空氣質(zhì)量的控制。當人體姿態(tài)感知儀監(jiān)測到作業(yè)人員完全靜止超過15秒后，判斷作業(yè)人員發(fā)生危險，主控系統(tǒng)自動切換至救援模式，由救援人員將卷揚機的掛鉤與五點式安全帶的掛鉤連接，卷揚機將遇險作業(yè)人員提升至坑口脫困，實現(xiàn)他救功能；基坑內(nèi)作業(yè)人員也可利用人體姿態(tài)感知儀的一鍵報警功能手動將主控系統(tǒng)切換至救援模式，在卷揚機的掛鉤與五點式安全帶的掛鉤連接后，卷揚機將作業(yè)人員提升至坑口，實現(xiàn)自救功能。

2 試驗樣機應(yīng)用情況

為驗證深基坑作業(yè)在線監(jiān)測與智能救援裝置的有效性、實用性，在浙江某500千伏線路工程應(yīng)用了試驗樣機。應(yīng)用點處于山坡上，基礎(chǔ)型式為人工挖孔基礎(chǔ)，土質(zhì)為強風化凝會巖、中風化凝會巖，采取水磨鉆開挖，長期為深基坑作業(yè)狀態(tài)。

圖4 試驗樣機現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)深基坑作業(yè)在線監(jiān)測與智能救援裝置試點應(yīng)用情況，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

(1)在深基坑內(nèi)氧氣濃度過低和有毒有害氣體濃度過高時，氣體檢測儀均能實現(xiàn)準確的識別并發(fā)出警報，由主控系統(tǒng)控制智能鼓風機調(diào)節(jié)送風量，從而提高氧氣濃度、降低有毒有害氣體濃度。

(2)在深基坑內(nèi)人員靜止超過15秒時，人體姿態(tài)感知儀能夠做出準確的判斷并發(fā)出警報。

(3)在救援模式下，當卷揚機的掛鉤與五點式安全帶的掛鉤連接后，主控系統(tǒng)可控制卷揚機實現(xiàn)人員的提升，保障深基坑作業(yè)人員在遇險后脫困。

綜上，深基坑作業(yè)在線監(jiān)測與智能救援裝置大大提高了深基坑作業(yè)的安全性，保障了施工人員在作業(yè)過程中的人身安全。

3 結(jié)語

針對輸電線路施工深基坑作業(yè)缺乏自救、他救措施的現(xiàn)狀，研制了一種深基坑作業(yè)在線監(jiān)測與智能救援裝置。該裝置由支撐架體、人體姿態(tài)感知儀、氣體檢測儀、聲光報警器、智能鼓風機、卷揚機、攝像頭等部件構(gòu)成，可實時監(jiān)測作業(yè)環(huán)境的安全性及人員是否安全，在人員遇險后可實現(xiàn)報警、自救、他救、遠程監(jiān)控等功能。試驗樣機應(yīng)用情況驗證了該裝置可大大提高了深基坑作業(yè)的安全性，保障了施工人員在作業(yè)過程中的人身安全。