港航工程中智慧安全管理系統的設計與應用

吳向中，陳韜

（1.中交第三航務工程局有限公司，上海 200032；2.中交上海三航科學研究院有限公司，上海 200032）

0 引言

港航板塊業務內容涵蓋碼頭、船塢、海上風電、島隧工程、防波堤、填海工程等諸多業務場景。和路橋隧工程相比，港航工程環境因素更復雜，施工技術要求更高，安全風險更大。目前港航項目作業風險大，安全管理困難；海上施工的船舶種類繁多，船舶狀況參差不齊，管理難度大；工程中涉及的結構體繁多，設計和施工復雜，對施工技術要求高，大部件吊裝安全風險高。

根據長期以來在港航工程項目中積累的豐富的建設經驗，結合工程實際探索信息科技、數字化技術在港航工程中的應用，并結合信息化專項課題——港航板塊智慧工地建設，研究梳理生產一線的業務痛點、應用需求，圍繞業務場景設計“智慧工地”整體解決方案。

港航板塊的智慧工地的核心是各類生產數據的自動獲取、分析、處理及應用，將具有自動識別、精準定位、實時傳輸的自動化技術引入港航板塊施工項目管理。為事故調查和事故預防提供系統可行的分析方法[1]，實現作業現場自動感知、數據實時分析并優化決策，進一步挖掘成為具有邏輯關系的海量數據，進而凝煉成港航施工行業知識和智慧。針對提升工程施工及項目運營管控能力和管理效率，提出解決方案[2]，提高港航工程工地的精益生產管理水平。

1 港航板塊“智慧工地”施工安全指標分析

通過施工現場的各類監控、傳感器等自動采集現場“人、機、料、法、環、質量、安全”等信息[3]，可以自動獲取施工信息等。然而面對海量的施工數據，如何根據數據分析其背后的規律及所需要考慮的典型風險源[4]，更好地指導“智慧工地”后續的工作，讓“智慧工地”變得更加聰明，是本文研究的重點和難點。

1）事故統計及原因分析

港航板塊施工具有流動性大、勞動強度大、施工生產受環境及氣候的影響、工程結構物的外形與內容復雜、差異大等特點。水下工程施工、工程船舶施工安全等都給施工作業帶來了不安全因素。對近年來港航板塊安全事故的成因進行了研究分析，本次安全事故分析涉及全國多個省份，共28起安全事故。港航板塊施工安全類別分析結果見圖1。

圖1 港航板塊施工安全類別分析Fig.1 Analysis of construction safety category in the port and waterway sector

作為安全事故較多的行業，建筑業的事故類型較為多樣，風險源和復雜度也較高，對安全管理人員提出了很大的挑戰[5]，在所統計的港航板塊事故中，船舶碰撞與沉沒、坍塌、高處墜落、爆炸、機械傷害是最主要發生的事故類別，在事故數量中的占比接近80%。對各類事故發生的原因進行分析，發現主要涉及的指標類為人的安全站位、物的可靠性、物的安全區域、人的指揮操作等。因此港航板塊的“智慧工地”涉及到的安全管理應以這些指標作為關鍵指標進行研究。

2）技術指標統計及分類

施工安全技術指標是反映港航板塊施工安全狀態及特征的度量信息，判別港航板塊中某一項技術或檢查項目是否能滿足安全生產的要求。為更好的衡量港航板塊施工安全狀態，建立了可以準確數量定義、精確衡量的定量指標與進行客觀描述和分析的定性指標。

結合港航板塊現場施工危險源的類別及致險因子，將港航板塊施工安全技術指標劃分為2個層級，包括4大類和24小類。其中4大類為“人的指標”、“物的指標”、“環境指標”和“管理指標”，見圖2。

圖2 港航板塊施工安全技術指標分類Fig.2 Classification of construction safety technical indicators for the port and waterway sector

致使事故發生的連鎖原因有：社會環境、人的失誤、人的不安全行為或事件。把握好消除人的不安全行為和物的不安全狀態這個關鍵，事故發生的可能性就會大大降低，傷害和損失也會減少。采用數據庫技術建立危險源和事故的智慧工地安全管理系統，對各類危險源和事故的特點進行統計分析，對新項目的管理進行系統的安全評價，防止事故的發生。

2 “智慧工地”相關智慧應用開發

根據前期研究結果，結合智慧工程全生命周期、全工程領域、全參與方的不同需求[6]，“人的不安全行為”和“物的不安全狀態”是影響工程施工安全的關鍵指標，結合港航板塊施工特點，開發了安全巡檢現場通APP，進一步規范人的行為，杜絕“人的不安全行為”，構建施工項目危險源的辨識模型[7]。結合施工現場起重設備的關鍵運行參數，開發龍門吊運行安全監測系統，對“物的不安全狀態”進行監測和管控。

2.1 安全巡檢現場通APP開發

以港航板塊施工安全指標體系和關鍵指標為數據庫，開發安全巡檢現場通APP與多媒體安全教育培訓系統，將其運用于港航板塊施工的現場管理，可以根據不同層次施工安全管理人員的需求，智能化實現檢查單的創建，同時具有檢查單的整改、審批和統計分析等功能。此外，該應用兼有系統改進功能，從而實現港航板塊指標體系的優化和完善。

安全巡檢現場通APP將港航板塊施工“智慧工地”的應用從PC端延伸到了移動端，安全巡檢現場通APP具有現場安全巡檢和完備的檢查單整改閉合管控措施，并通過與云平臺連接，集成了各種統計數據和消息來滿足安全管理的需要，一個完整的檢查單流程是由檢查人、責任人、整改人以及審核人4個角色共同完成的，見圖3。

圖3 港航板塊安全檢查流程Fig.3 Safety inspection process in the port and waterway sector

檢查單建立以后派發整改人的時候，需要對安全隱患進行初步的描述，并對其進行簡單的歸類。在APP中依據前述港航板塊安全指標的定義及分類將這些指標錄入系統中，以供檢查單創建人填寫檢查單時對安全隱患進行基本的描述與選擇歸類，便于其有針對性的選擇相應的整改人，達到有的放矢、快速高效完成安全隱患整改任務，現場通APP檢查項見圖4。

圖4 現場通APP選擇檢查項Fig.4 Select inspection items for on-site communication APP

目前港航板塊的項目管理機制多為局、分公司、項目部的三級管理方式，系統前端現場通APP獲取施工過程安全數據，后臺“智慧工地”的安全管理模塊對工程項目安全檢查和隱患登記整改記錄進行綜合管控，通過施工現場執行的安全檢查，排查安全隱患，對發現的隱患進行登記，借助隱患整改閉環流程來消除隱患。后臺自動統計公司檢查的次數、檢查合格率情況以及不同指標（人的指標、物的指標、環境的指標、管理的指標）類別的安全隱患檢查情況，安全檢查數據統計見圖5。

圖5 安全檢查數據統計分析Fig.5 Statistical analysis of safety inspection data

安全技術指標的完善需要經過港航板塊項目不斷驗證，結合港航板塊項目現場的實際管理需要，不斷完善和更新。因此，加強現場調研和推廣完善、優化指標庫是基礎。此外還要注意“智慧工地”中基于指標體系統計的安全隱患情況，針對事故易發、多發的安全指標，還要深入分析指標體系構建的合理性，是否需要細化指標統計，逐步補充、將最新的指標及時更新到系統中，進一步完善安全指標。

2.2 起重機狀態監測系統開發

起重作業在港航施工中非常常見，而起重作業又是一項危險性較大的工作，起重吊裝過程中發生的施工安全事故屢見不鮮。因此需要一套安全裝置對以上參數綜合監測判斷，做出起重機正常工作、滿載、超載、變幅超上限、變幅超下限等工作狀態的指示，并相應報警、提示、控制，確保起重機操作人員在使用起重機時會得到各種提示和警告，時刻了解起重機的運行情況，從而降低起重機事故發生的可能性。

起重機狀態監測系統主要監測內容如表1所示。起重機狀態監測系統由分布在起重機關鍵節點上的各類傳感器、數據采集卡、數據采集控制器（MCU）、通訊模塊（DTU）、服務器和配套軟件等組成，見圖6。

表1 起重機狀態監測系統監測內容Table 1 Monitoring content of monitoring system for crane condition

圖6 起重機狀態遠程監測系統示意圖Fig.6 Schematic diagram of remote monitoring system for crane condition

采用“云+端”的框架結構，系統包括安裝在施工設備上的智能狀態采集系統（前端應用）和安裝在服務器上的大型工程機械設備智能管理平臺（云平臺），利用無線通訊技術將現場大型工程機械設備的關鍵運行狀態上傳至云端管理平臺，平臺主要完成與現場監測單元的遠程通訊，接收現場監測單元上傳的監測數據，并給用戶提供數據查詢、報表生成及用戶管理等功能，實現全方位智慧化管控目標[8]。

起重機狀態監測系統通過“云+端”有機結合，實現起重機狀態監測技術智能化，確保起重機操作人員時刻了解起重機的運行情況，從而有效降低事故的發生。

3 結語

1）通過對港航工程安全事故進行了統計和原因分析，分析安全事故類別和成因，從而實現對“人的不安全行為”和“物的不安全狀態”進一步的規范和管控。

2）結合項目管理實踐，開發安全巡檢現場通APP，建立檢查單整改閉環審批機制，對安全隱患進行分類描述，并將其運用于港航工程施工的現場管理，進一步規范了人的行為，降低了安全風險。

3）結合港航工程施工安全指標的控制因素，開發一種起重機安全狀態的遠程監測系統，整個監測系統通過“云+端”有機結合，實現數據的自動采集、無線傳輸至后端服務器，系統具有在線監控、安全管理數據庫管理等功能。