隧道施工人員安全管理系統

接云明

（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山西 臨汾 042100）

施工安全生產事關人民群眾的生命和財產安全，各級政府機關、各級主管部門、施工企業一貫高度重視隧道安全生產問題，并采取一系列措施不斷加強安全生產工作。通過法律手段、管理模式等方面的不斷努力與嘗試，近幾年無論是隧道施工，還是礦山安全生產狀況總體上趨于穩定好轉，但由于基礎管理工作薄弱等種種原因，隧道施工安全狀況仍然不容樂觀。如何改變目前企業對洞內人員落后的管理模式，如何實現管理的現代化、信息化，真正做到以人為本，也成為所有施工企業關心的問題，因此建立以災害預防、事故救援、電子信息化管理為主要目標的信息化和智能化建設勢在必行。

1 傳統隧道施工人員管理方式

傳統方法采用的是“一人一本一洞口”的管理方式，即一個值班人員拿著一個記錄本在一個洞口當“守門員”，記錄本記錄的信息根據施工單位的要求各不相同，一般會包括以下信息：姓名、單位（班組）、進洞時間、出洞時間，有的還記錄機械、車輛進出洞時間。這種管理方式如果記錄準確，則管理人員可以掌握洞內的施工人員數量，大概掌握洞內作業情況。

隨著近年基礎建設投入的增加，隧道施工項目數量也大大增加，發生意外事故的數量也不斷增長，給國家、集體、人民群眾造成了嚴重的生命和財產損失。

因此，基于以上原因，施工企業有必要借助現代高科技手段，尤其在隧道施工過程中，建立起有效的預教、預測、預報、預警、預防體系。

2 人員定位系統在隧道施工中的應用

隧道施工是一項工序復雜的施工過程，各工種專業性強、差距大，各工序之間銜接緊密，涵蓋爆破施工、噴射混凝土施工、鋼筋焊接、鋼筋綁扎、排水系統施工、人員與機械配合施工等復雜過程，每一道工序都需要人力來完成，機械不能夠完全替代，因此隧道施工具有勞動密集型特點。

2.1 人員定位系統的基本原理

人員定位系統最基本的功能首先是解決了施工人員位置的問題，它的基本原理來源于衛星定位系統，即通過3顆以上的衛星就可以將物體的三維物理位置進行定位。根據這個原理我們將范圍縮小，在一定區域內架設幾顆“衛星”，通常稱為基站，那么就可以實現在這個區域內將人員進行定位。

用于隧道施工的人員定位系統分為兩種，第一種為精確定位，即利用2臺以上基站信號將該區域完全覆蓋，達到對施工人員精確定位平面位置的目的，任何一個施工人員都可以被顯示出精確的洞內位置；第二種為模糊定位，即將隧道劃分成若干范圍（段落），在需要定位的段落里面安裝1臺基站，這樣可以顯示出該基站范圍內（或該段落內）的施工人員數量、人員信息，但不能反應出人員的精確位置。

2.2 人員定位系統的建立

在需要定位的區域，根據實際地理位置安裝多個基站，通過基站與傳輸接口的連接，再將總站與電腦系統連接，實現軟件與硬件結合，最終形成人員定位系統。

2.3 人員、機械的出入洞管理

在隧道洞口架設一臺基站，用于人員、機械的進出洞管理。施工人員、機械需隨身佩戴一張“身份證”，通常稱為識別卡，識別卡會隨時發出信號，每當人員、機械經過洞口處的基站時，無需任何操作，基站會自動識別卡片信息，并將信息發送至數據接口，通過計算機處理，記錄相關進洞信息，人員如張三，男，開挖班，身份證號：***，進洞時間8：36，出洞時間 11：15；機械如 4號出渣車，司機李四，車牌號：***，進洞時間9：05，出洞時間9：43，這些信息可以通過大屏幕直觀地顯示出來，也可以通過LED顯示屏以表格的形式顯示出來，并可在電腦中永久記錄下來，以便查詢。

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此系統還可以作為考勤之用，在選定的時間范圍內可將施工人員進出洞情況匯總成考勤表，作為考勤依據。

2.4 人員作業定位管理

我們在隧道施工中，通常分為以下三個作業面，分別為掌子面施工、仰拱施工、二襯施工，這三個作業面人員相對集中，從眾多的隧道事故統計中可以看出，危險區域依次為掌子面、仰拱與掌子面之間段落、二襯與仰拱之間段落，因此，這三個區域有人員定位的必要性。

基站識別區域理論值為空曠無障礙地帶半徑100m內，洞內施工環境復雜，實際可覆蓋半徑70m左右，因此對于地質條件稍復雜的隧道而言，掌子面到二襯的距離不會超過基站的可覆蓋范圍，即140m，那么我們完全可以利用2臺基站，安裝在仰拱附近區域，實現這三個區域的人員精確定位。但也不能太過于靠近掌子面，以免爆破施工安全距離不足。

精確定位的主要用途在于施工過程中，一旦發現緊急情況，施工人員可按下芯片上的報警裝置，聲光報警系統即可啟動，施工人員即可在第一時間撤離危險區域，如發生隧道塌方事故，救援人員可以準確知道被困人員的具體位置及分布情況，可以使救援人員進一步了解、判斷情況，如果被困人員生還，并且有意識，那么可以不斷按下報警按鈕發出信號，使救援人員在顯示器上看到何人、何處有報警，使救援工作突出重點。

2.5 建立預警系統

通過安裝傳感器，可隨時檢測隧道內的氧氣、有毒有害氣體濃度，如常見的一氧化碳、二氧化碳、甲烷（瓦斯）、硫化氫等等易燃易爆氣體，當氣體濃度高于或低于標準值時相應的傳感器會立即發出報警，使管理人員可進一步采取措施，防止以外發生。

圖2

2.6 建立有線通訊系統

對于直線隧道及中長隧道而言，洞內外通訊可通過對講機實現半雙工通話，但對于長大隧道而言，長度達到幾公里、十幾公里甚至幾十公里時，有線通訊是必不可少的，也是最可靠的方式，這種情況我們可以通過人員定位系統，實現洞內外雙工通話，洞內帶班人員隨時匯報施工情況，施工調度員在監控室內值班，可協調指揮洞內帶班人員、空壓機房、通風機房、鋼筋加工廠、拌合站、洞外機械、洞外施工人員準備進洞等工作，大大提高協調指揮效率。

2.7 建立遠程視頻監控系統

通過在洞內重點部位安裝攝像頭，如防水板臺車、二襯臺車等部位，可實現在監控室內實時觀察洞內作業情況，通過互聯網平臺，各級管理單位和部門可實現在辦公室內遠程視頻查看洞內作業情況，從目前的技術來看，如果有需要，可實現在手機上安裝相應的客戶端，通過登錄客戶端，可隨時隨地查看洞內實時施工情況、洞內人員數量、洞內人員分布、掘進數量、仰拱數量、二襯數量、剩余工程數量、平均掘進速度等等數據。

3 使用人員定位系統的條件

人員定位系統是將信息科技“嫁接”于施工生產上的產物，為我們的施工帶來更多方便的同時，也對我們提出了更高的要求，因此必須要具備以下幾點：

1）要求操作人員必須具有一定的信息技術基礎，至少要經過專業人員的培訓。

2）人員定位系統需要定期維護，隨著施工的推進，如掌子面附近的基站、攝像頭、傳感器等部件，也需要不斷向前跟進，如未及時跟進，人員位置超出基站的覆蓋范圍，就會造成人員定位的位置、數量信息的不準確，不能起到應有的作用。

3）洞內作業工序復雜多樣，人員定位系統的線路如保護不到位，會經常被施工機械、各類臺車等損壞，因此需要特殊保護。

4）確保所有施工人員、機械佩戴和安裝定位芯片，并定期（每年）更換電池。

4 人員定位系統功能的選擇

在隧道施工中，地質條件復雜多變的情況是很常見的，我們可以根據不同的地質情況，選擇合適的功能，如根據設計文件、類似工程、附近工程對比分析，所施工隧道不屬于瓦斯隧道，那么可以不安裝監測傳感器；通訊可使用對講機實現的，可以不安裝有線通訊系統等，以達到降低成本的目的，具體要根據項目的管理目標而定。

5 人員定位系統的造價

人員定位系統的總造價需要根據實際情況綜合考慮，包括隧道長度、人員數量、選擇的功能等方面，單價估價：人員定位芯片120元/個，讀卡基站3000元/臺，讀卡基站供電電源4000元/臺（3臺讀卡基站可共用一臺供電電源，但同時有線路跨度限制，線路過長會導致供電不足），軟件2000元/套，四芯電纜2.5-3元/米，電腦一臺，大屏幕顯示器一臺（電視即可），LED顯示器一臺，傳感器，報警系統、攝像頭等，一般在5-40萬元之間。

綜上所述，人員定位系統是隧道施工標準化管理中較先進的管理手段，它的人員定位功能可為施工中的應急處置、應急救援提供極大方便，其附帶的功能如人員、機械的進出洞管理，人員考勤管理、有毒有害氣體監測、聲光報警功能、通訊功能、遠程視頻監控功能等，更是極大地方便隧道施工管理，這種先進的管理方式將逐步地推廣到現代施工企業中去，成為隧道施工中必不可少的先進管理工具。

[1]米根鎖，王彥快，馬學霞.隧道人員定位系統中RFID防碰撞算法的研究[J].計算機工程與應用，2012，48（24）：72-76.

[2]朱亞軍.智能煤礦井下人員定位監控系統研究[J].煤炭技術，2012(01).