施工安全防護系統研究

朱宗濤，朱攀峰，李亞亞

（1.中國鐵路蘭州局集團有限公司，銀川 750011；

2.北京思維鑫科信息技術有限公司，北京 100067；3.機械工業經濟管理研究院，北京 100055）

隨著中國鐵路數次大提速以及大量新造車投入應用，列車運行密度急劇增加，施工天窗期[1]被不斷壓縮，而鐵路線路施工復雜，具有施工作業區域大、線路長、作業環境條件差、施工周期短等特點[2]。既有施工安全防護主要采用人防為主、技防為輔的模式[3]，通常在站內設置駐站防護員，施工區域設置現場防護員，列車接近施工區域時，由站內防護員通過電臺通知現場防護員作施工撤離指示，存在由于施工現場環境惡劣（雨雪、風沙、施工噪音等特點），導致施工人員撤離不及時，進而造成嚴重人身傷亡事故的情況。目前，國內外很多學者就鐵路施工安全防護進行了研究，康燕仁[4]研究了基于紅外探測的鐵路施工安全防護報警系統，通過紅外等技術確定機車接近信息，并實時播報給施工人員。李博緒[5]等人研究了鐵路區間施工的防護報警問題，通過Zigbee等物聯網通信技術實時傳輸機車接近信息，實現施工安全防護報警功能。上述研究均是通過技術手段獲取機車接近信息，對于施工防護人員標準化作業管理以及設備故障后情況，并未提出有效解決方法。本文結合現場施工流程，通過對施工流程再造，結合LMD系統[6]（LKJ設備運行監測系統）中機車實時運行位置信息和施工人員位置信息，采用“故障導向安全”策略，實現危險源接近報警、人員越界報警等功能，多途徑保證現場作業施工安全。

1 施工安全防護系統需求分析

當前，施工作業防護主要由施工負責人、站內防護員、施工防護員、施工人員組成，施工負責人對施工整體負責，站內防護員負責將機車接近施工區域信息給施工防護員，施工防護員負責通知并確認施工人員下道避讓。上述防護模式存在以下缺陷點[7]：

（1）站內防護員依靠微機聯鎖信息掌握機車過站信息，信息來源單一；

（2）站內防護員與施工防護員應按照一定時間周期保持通信，存在防護員未嚴格執行該項規定的現象；

（3）無法獲取接近施工區域機車的運行速度以及公里標；

（4）施工過程中，施工人員位置信息無法及時掌握；

（5）施工完成后，施工過程無有效手段查詢。

因此，系統功能需求如表1所示。

圖1 施工安全防護系統架構示意圖

表1 系統功能需求

2 施工安全防護系統架構

施工作業人員與線路運行機車是本系統的兩大重要因素[8]，通過LMD系統獲取當前施工線路運行機車，通過移動無線網絡以及GPS/北斗定位技術獲取施工防護人員對應防護公里標[9]，后臺服務器根據該信息進行運算處理，確認施工作業人員是否安全。當列車接近時，向作業人員提供聲、光、震動等安全預警信息，提示作業人員及時下道避讓；同時能夠在現場提交、接收作業單，在作業現場進行作業單流轉管理，從而形成鐵路安全生產的閉環管理。系統架構如圖1所示，主要由施工防護服務器、作業終端組成，根據應用帳號不同區分用戶類型。

3 基于“故障導向安全”策略的作業流程

根據現場作業流程和“故障導向安全”策略，施工安全防護系統作業流程設計如圖2所示。

（1）施工負責人負責編輯施工作業內容，確定施工防護作業人員；

（2）各崗位到崗后，應確認到達作業地點，上傳施工GPS位置后，將自動生成作業施工安全電子圍欄；

（3）站內防護員與施工防護員通話確認，了解位置及準備情況；

（4）施工負責人確認施工開始；

（5）施工過程中，站內防護員間隔3～5 min與站內防護員進行通信確認，一方未確認均會導致系統報警，提醒施工人員下道避讓；

（6）站內防護員發現機車接近施工區域，通過終端向施工人員發送機車接近預警信息；

（7）系統從LMD系統獲取機車運行信息，計算機車接近施工區域時，也將向施工防護人員發送機車接近預警信息；

（8）施工結束后，由施工負責人確認施工關閉，施工作業記錄單封存并提交服務器。

圖2 基于“故障導向安全”策略的作業流程圖

4 施工安全防護系統功能

4.1 施工作業記錄單功能

系統將作業記錄單電子化，通過作業終端接收并管理作業單，實時記錄施工過程中人員操作信息并上報服務器，為管理人員提供標準化作業檢查依據，如圖3所示。

圖3 施工作業記錄單功能結構示意圖

4.2 作業人員分布顯示以及安全預警功能

服務器實時采集“作業人員位置”信息，并在地圖上以“人員圖標”方式顯示。服務器實時監控站內開通的每條進路距離每個作業人員的最短距離，估算區間上列車距作業人員的距離，當服務器的計算結果小于安全距離時，系統將發起危險報警。

（1）作業人員離線、越區報警功能

作業人員離線是指施工作業人員與服務器通信中斷，作業人員的越區是指作業人員遠離施工作業區域、超出施工作業安全電子圍欄，上述兩種方式均會導致系統報警。

（2）機車接近預警功能

系統獲取LMD系統中的機車運行信息，經服務器計算機車距離施工位置約5 km/3 km/1 km時，分別發出機車接近預警信息，提醒施工人員下道避讓。施工防護人員接收該信息后應予以確認，終端界面顯示如圖4所示。

圖4 機車接近預警功能界面顯示

（3）“心跳”保持功能

系統每3 min要求站內防護員與施工防護員進行“心跳”確認，確認超時將會導致系統記錄并報警。

5 結束語

本文重點研究了施工作業安全防護方法，從現場需求出發，通過對施工作業安全的流程再造，采用“故障導向安全”的策略，基于LMD系統和移動定位技術構建施工安全防護系統，有效降低了施工作業安全風險，最終通過現場應用進行了系統驗證，為施工作業人員安全防護提供了有效的解決機制。但可以看到，由于GPS/BD在鐵路沿線存在盲區，導致無法完全實時獲取機車接近位置信息，下一步將重點研究基于智能圖像識別技術分析站場機車發車信息，增加安全防護信息來源，以提高系統可靠性。