智能安全帽的研發及應用

蔣明軒，郭雅婷，陸 軍，劉汝梧

（廣西寧鐵工程有限責任公司，1.3.4.工程師，2.線路工，廣西 南寧 530000）

1 引言

廣西寧鐵工程有限責任公司是中國鐵路南寧局集團有限公司控股的非運輸企業，主要從事涉鐵項目的施工。施工安全風險具有重性，有鄰近營業線施工風險、溝通協調復雜、涉及專業接口多的特點，也具有作業人員專業性不強、安全認識不足等一般施工的特點。公司在多方面調研后，提出在做好“人防”管控的前提下，加大“技防”的投入。為提高“技防”能力，開發智能安全帽，通過遠程平臺監控現場施工安全，綜合提升工程安全、質量和成本管控能力。

2 智能安全帽的設計

2.1 智能安全帽電子芯片

智能安全帽（如圖1）是在傳統安全帽的頂部內側植入電子芯片，電子芯片模塊能夠根據現場需要，寫入相應的控制信息，實現數據的收集、分析處理、上傳。

電子芯片內嵌網絡接口層、功能應用層及硬件驅動層三個部分，完成對位置、心率、環境參數等信息的采集和處理，通過無線網絡將數據傳輸到監控平臺，管理員通過監控平臺可查看施工作業人員生命體征、工作狀態、違規情況等信息，實現可視化動態管理和快速應急處置。

智能安全帽實現遠程監控、精準定位、安全保護等功能，具體如表1所示。

表1 智能安全帽研發功能清單

2.2 監控平臺

利用北斗高精度定位特性，以施工作業人員作為信息獲取和監管的對象，運用4G作為數據通信模式，結合傳感器和嵌入式技術的應用，將采集的人員位置信息、違規信息等匯聚到監控平臺，監控現場施工，提升施工監管單位對施工作業工人的管理效能，為現場調度提供準確依據，有效地提高安全管理部門的工作效率、監控能力和服務水平，實現“感知、分析、服務、指揮、監管”五位一體。

監控平臺總體構架以感知層、數據層、應用管理層、展現層4個邏輯層為主線進行設計。感知層將識別感知的數據上傳至數據層，數據層對資源庫實施分類、整合，保障整體項目數據資源明晰；應用管理層有效承接數據庫資源的分類標準；展現層通過PC電腦端和移動端微信小程序實現系統的應用、資源的管理和數據查詢操作，各層次緊密聯系，缺一不可。

該系統依據功能需求，采用分模塊設計，通過傳感器數據實時采集、系統實時處理數據、物聯網實時監控平臺三個階段處理，在實現預期功能需求的同時，保證整體系統工作流程的可移植性和可擴展性，監控平臺工作流程如圖2所示。

圖2 監控平臺工作流程

3 現場應用及功能介紹

3.1 工程概況

廣西壯族自治區南寧市洪運路（海城路-國凱大道）工程，現澆框架式下穿涵1134m，雙向8車道，南起洪運路—海城路交叉口，向北下穿南寧國際鐵路港、南環鐵路下行線、機務聯絡線及南防鐵路，向北順接洪運路國凱大道交叉口。涉及工務、電務、供電、給排水、車務專業，施工占地79380m2，工期沖刺期間有210名勞務工、50名安全監管人員、20臺挖掘機、15臺自卸汽車、2臺吊機同時作業，給現場安全、質量、成本管控水平提出更高要求。

3.2 智能安全管控

根據工程施工現場作業人員實際，監控平臺為每個智能安全帽賦予唯一的ID和二維碼，將智能安全帽與施工作業人員進行一對一綁定，建立關系實施前端數據采集，監控平臺形成后端基礎信息數據庫，管理人員可實現統籌管理。

3.2.1 狀態監控預警 管理人員通過監控平臺實時監控作業人員安全帽的佩戴情況，判斷是否在規定區域內施工（見圖3），勞務人員體征指標、作業環境是否正常。如出現脫帽、佩戴不正確、電量過低、氣體檢測不合格等異常現象，安全帽會直接發出警報提醒現場作業人員，同時監控平臺上顯現紅色標識（見圖4）警示監控管理員，管理人員發現異常后，以電話或者信息形式通知現場施工負責人。通過“線上+線下”，形成平臺監控、監控管理員、現場施工負責人的三重管控體系，及時發現現場違章作業和人員異常狀態，確保施工安全和勞動人身安全，實現工作人員的智能化、信息化監控管理。

圖3 使用監控平臺設置施工電子圍欄

圖4 智能安全帽監控界面

3.2.2 信息整理分析 智能安全帽及其監控平臺收集作業過程視頻信息，統計每日作業人員數量、有效工作時長、違規作業次數、活動路徑范圍。經過數據分析導出，能快速形成勞務作業人員考勤表（見圖5），正確評價工作能力，做出考核建議和勞務結算，了解剩余勞動潛力和勞動效率。自動存儲的施工過程影響資料，方便辦理工程簽證、變更，追溯工程質量缺陷責任人，及時發現問題原因。

圖5 監控平臺的工時統計界面

3.2.3 輔助管理決策 基于視頻信息和統計數據報表，強化工程安全、質量、進度和成本管理。一是對比勞動效率和違章次數，選出優質勞務隊伍和勞務個人；二是回看作業流程視頻，總結經驗，優化封鎖點施工方案和施工組織，科學安排作業流程，把握安全質量監控重點，合理分配工作量，不浪費機械人工；三是及時發現剩余勞動力，核減富余勞動力，降低人工成本；四是統計慣性違章次數和違章事件，及時發現和糾正高頻安全問題。

3.3 智能安全帽監控小程序

小程序提供了安全帽相關的智能安全帽注冊、智能安全帽分發、智能安全帽監控、違規統計、工作時段設置、考勤統計、個人中心7個模塊的監控管理服務，管理人員可以在手機端登錄小程序，有利于遠程監控現場安全，查閱分析數據（見圖6）。

圖6 智能安全帽監控小程序

4 結論

智能安全帽及其監控平臺在南寧市洪運路（海城路-國凱大道）框架涵下穿鐵路道路工程施工中投入使用，初步實現工程管理的規范化、精細化和智能化。安全方面，不規范佩戴安全帽、不按技術交底施工等慣性違章減少90%，考核不規范作業人員68人，確保施工期間勞務人員無突發健康問題；成本方面，節約安全管理人力成本32萬元，通過回看封鎖點施工視頻，優化施工組織，節約機械費13萬元；進度方面，工程自2020年5月正式開工，2021年8月完工，提前60天建成通車。

智能化、信息化施工是工程管理的發展方向，智能安全帽及其監控平臺強化現場安全管控成效突出，在汛期出巡、線路大修、管線遷改作業中也適合使用。