基于信息技術的數字安全管理系統在公路工程中的應用研究

朱子翔

（浙江交工集團股份有限公司，浙江杭州 310051）

0 引言

近年來，我國安全生產事故總體上有所下降，但事故數量、死亡人數有所上升（圖1）。過去積累的傳統風險并沒有完全消除，新的風險還在不斷涌現，在快速發展的新階段、新理念、新格局之中，對現階段的安全生產提出了更高的要求，安全生產工作仍處于爬坡過坎期[1]。

圖1 房屋市政工程生產安全事故統計

在公路工程中，由于工程建設具有施工周期長、線路多、施工面廣、現場環境復雜、影響因素多等特點[2-3]，使得安全管理工作復雜困難：各企業很難快速掌握各項目安全狀況，對風險隱患進行分級管控，做到有針對性地實時動態管控；安全技術交底不直觀，一線施工人員理解記憶難；現場人員對風險隱患認識不深刻、不全面，安全意識薄弱；施工現場安全防護標準化程度不高，容易存在安全隱患；一線人員需要進行復雜繁瑣的數據填報工作，工作效率低。

當前我國大力發展信息化技術，為適應時代變化，創新采用信息化管理手段，研發一套基于信息技術的數字安全管理系統，以滿足項目及企業需求，解決現有安全管理中存在的問題。

1 數字安全的提出

1.1 數字安全概念

數字安全是當代社會發展的產物，以“用最低成本實現安全事故零發生”為目標，以“以人為本，生命至上為核心的工程安全管理理論體系”為基礎，利用“云計算、大數據、物聯網、移動通信、人工智能、BIM”等各種數字技術為支撐[1]，貫穿工程建設全過程，連接安全生產全要素，從而創新安全監管體系，構建一個符合新時代發展的安全監管模式。

1.2 數字安全的特征

1.2.1 數字化

利用信息技術，實現數據的采集、傳輸、儲存、處理和反饋，打通不同參與方、不同層級的數據連接，避免信息孤島。提高信息傳遞的效率，確保數據的準確性，使安全生產工作線上無紙化辦公，數字信息化管理。

1.2.2 實時性

通過將工程項目主體、人員、施工機械、各種監測監控設備等進行集成連接，對施工現場數據實時監測采集，保證數據的實時性、準確性和有效性，實現動態實時監管，提高安全監管效率。

1.2.3 智能化

利用人工智能對數據信息進行深度認知學習，運用技術與算法邏輯進行探索，智能交互，建立各種數據分析模型，智能評估、預測和決策，提高安全管理科學分析和決策能力。

2 數字安全管理系統的應用

在公路工程建設過程中，充分利用信息化，研發建立一套“BIM+安全信息化”的數字安全管理系統，對工程項目實時監測，使管理者對項目安全狀況與后期安全發展趨勢清晰明了。通過系統實時辨別風險隱患，對風險分級管控，基于大數據進行安全管理決策，減少人為因素對安全管理的影響，確保項目工程安全全程可管控。

系統設計采用目前先進的SOA（面向服務的體系結構）架構，通過接口和協議整合各類相關系統，基于各種服務組件，多層、分布式部署，建立統一的數據中心，集中存儲項目建設過程中產生的各類數據信息。

整個系統架構從邏輯上分為數據源、數據服務層、核心框架層、模型平臺層、應用層、網絡層和展現層，以通用性、穩定性定層次，同一層次以功能劃分，以上層服務為導向，逐級設計，逐步細化平臺組件的顆粒度。

（1）數據源采用主流常用的數據庫，包括關系數據庫MySQL、鍵/值數據庫Redis、搜索引擎ElasticSearch、文檔數據庫MongoDB[4]。

（2）數據服務層由風險隱患數據庫、可視化技術交底數據庫、基礎數據庫等各種數據庫組成。

（3）核心框架層則包括了各類服務組件：數據可視化組件、BIM+GIS 圖形引擎組件等。

（4）模型平臺層分為3 個模型：BIM 模型、數據模型、業務模型。BIM 模型對應的平臺關系是進行BIM 模型輕量化展示等管理，數據模型對應平臺關系包括大數據分析、數據統計、決策輔助等[5]，而業務模型對應的平臺關系則是系統管理。

（5）應用層是整個系統的功能應用，分為4 個類型：系統管理，項目數據錄入的入口；BI 數據看板，各類數據可視化展示；現場管理模塊，現場安全管理相關功能應用；資料庫模塊，相關資料文件數據的存儲、搜索與查詢。

（6）網絡層是系統網絡部署形式，主要采用HTTPS 協議和Nginx/WSGI 反向代理。

（7）展現層則是系統在使用客戶中的展現形式，主要采用市場最受歡迎的主流形式：網頁端、手機移動端、大屏展示端。

2.1 安全風險評估電子沙盤

通過進行安全風險評定，展現各施工階段不同等級安全風險情況，有效管控區域安全風險[6]。實時展示全線不同等級風險分布情況，體現風險等級、風險類型、風險位置，并對風險情況進行描述，同步展示每一條風險點對應的風險管控措施及風險預控措施等。安全風險評估電子沙盤可以實現分層級、多項目同時管控。

2.1.1 集團、子分公司層級

集團、子分公司層級電子沙盤看板能夠展現集團或子分公司所有在建并錄入系統中的項目的安全風險信息總體情況，包括系統數據總覽、風險源等級統計、風險源占比統計、風險情況應對概覽及當月重點關注風險源列表等，并且可以查看各項目所在地理位置的分布圖（圖2）。通過分布圖可以快速知曉各項目具體所在位置以及各區域項目分布情況，查詢相關項目的工程概況、風險源管控情況、各時間階段不同等級風險分布情況等信息數據，實現多項目同時監管。

圖2 安全風險評估電子沙盤

2.1.2 項目部層級

項目部層級則實現了單項目的安全監管，在地圖中展現項目路線整體走向以及各單位工程路線所在具體位置，可以查看項目整體概況信息，包括項目類型、項目負責人、項目造價、項目建設周期、建設單位、設計單位、監理單位、施工單位以及項目簡介等具體信息，幫助管理者快速了解項目信息。

數據統計看板中可以快速查看該項目的風險源信息總覽，包括風險源統計概況、風險源等級統計概況、風險源占比統計概況。風險源統計概況中將要施工風險源數量根據施工計劃統計下個月將要施工的工程存在的風險源數量（圖3）。

圖3 項目安全風險電子沙盤

查看未管控風險源可以快速定位風險源的準確地理位置，以及每個風險源的具體信息，幫助管理人員精準管控。所有風險源隨工程施工進展及現場巡檢管控情況動態實時變化，實現風險源的動態管理。同時將風險清單、措施清單、責任清單相關聯，在風險源列表中可以詳細查看所有風險源的具體信息，包括風險等級、風險類型、事故類型、對應的責任人、風險源相關的資料附件、對應的措施清單以及風險源在地圖上的準確地理位置（圖4）。風險源根據風險等級可分為低風險源、一般風險源、較大風險源、重大風險源，按不同顏色在具體線路位置上進行標注[7]，方便管理人員對每個風險源進行快速精準定位。通過現場安全巡檢數據填報，可以實時查看每個風險源對應的措施是否防控到位，對于未防控到位的風險源，系統會根據施工計劃提前將安全作業任務等信息發送至相關責任人手機中，提醒相關人員注意。

圖4 風險源詳細信息

2.2 可視化安全技術交底庫

傳統技術交底采用文字交底、會議交底、口頭交底等形式[8]，交底內容表達不直觀、不形象，很難表達清楚一些重難點、復雜點，造成一線施工人員對交底的內容理解不夠透徹。并且傳統的交底形式較為枯燥，施工人員對交底內容印象不深刻，時間長后容易逐漸遺忘。且施工現場人員變動頻繁，對于新進場的人員需要重新技術交底，交底工作量大。

可視化安全技術交底庫將交底形式進行創新（圖5），采用可視化的動畫視頻的形式進行技術交底，能夠生動形象、直觀地表現交底內容，有助于施工人員對技術交底內容的理解。同時動畫視頻的形式表現內容豐富多彩，能加深施工人員對交底內容的印象，避免遺忘過快。尤其是對于新進場的施工人員，通過觀看視頻進行交底，既能快速理解掌握交底內容，同時也能減少頻繁交底的工作量，使交底更高效。

圖5 可視化安全技術交底庫

2.3 安全設施標準庫

施工現場安全防護標準化是保證施工現場安全的關鍵，防護不標準很容易造成安全隱患。施工現場安全防護往往沒有標準化的參照對象，因此在防護時很容易因為人為疏忽造成安全防護標準化不高，埋下安全隱患。此外，安全管理人員在現場巡檢時因為個人專業知識水平不同，對不標準的安全防護巡檢能力也不同，尤其是剛入職的新員工，相關專業知識不足，在巡檢時因為沒有對比標準，對于防護是否標準很難判斷，因此易忽視不標準的安全防護。

安全設施標準庫利用BIM 技術創建標準化的三維模型，1：1還原標準的安全防護，包括防護設置距離、尺寸，警示標志設置類型、位置等。經過輕量化處理后，使BIM 三維模型能夠在移動端查看。施工人員在現場防護時參照相應的三維模型進行防護設置，安全管理人員在安全巡檢時以三維模型作為檢查對比標準，將模型中的構件與現場實際防護一一進行對比，對不標準的地方能夠快速發現，避免遺漏，使安全防護更標準。

2.4 隱患排查與治理

安全巡檢時對隱患部位進行拍攝，下發整改單，責任人進行整改，整改完成后安全員進行復查，自動生成臺賬和整改單[9-10]。整個過程利用手機小程序或APP 實現移動端操作，避免了電腦端繁瑣的數據填報工作。

在系統中錄入問題清單、隱患清單等，在現場巡檢拍照后直接選擇相應的問題或隱患，系統自動關聯對應的整改意見。對于清單中沒有的問題或隱患，可以自定義編輯，編輯過后相關的問題或隱患及對應的整改意見會自動存入數據庫中，方便下次遇到同類問題或隱患時可以直接選擇，盡可能減少施工人員工作量。

利用手機定位結合電子沙盤中的路線位置信息或BIM 模型，在現場手機填報時，當問題或隱患需要關聯構件時，可根據手機定位自動檢測出定位附近的所有構件信息，巡檢人員只需在檢測出的構件中選擇相應構件即可。

在數據看板中，將填報的問題或隱患根據問題（隱患）等級、未整改、已整改等進行統計，對于延期未整改的問題（隱患），系統會進行警報預警，同時將整改提醒發送至相關責任人的手機中，提醒其及時進行問題（隱患）整改。

2.5 應急中心

建立應急中心，對每個項目的應急預案、應急倉庫、應急物資、應急人員等進行統一管理。在電子沙盤中顯示每個應急倉庫的位置，同時將應急預案、應急物資、應急人員錄入到系統中。在手機程序中設置一鍵報警功能，當現場施工人員發生事故時可以快速報警，安全指揮中心會第一時間報警警示，并根據報警手機定位在地圖上顯示事故發生地點，幫助管理人員快速定位事故地點、了解事故詳情。同時系統還會將相關事故信息傳遞給距離事故點最近的應急倉庫和應急人員，使應急人員和物資能第一時間到達事故現場，節省救.時間。此外，系統還會將應急預案、應急措施等相關應急信息發送至遇險人員的手機中，遇險人員可以根據應急措施在應急人員和物資到來之前進行應急自救，避免遇到二次傷害，盡可能保證自身安全。

對應急倉庫中的應急物資進行登記統計，包括應急物資的種類、數量、使用有效期等，每次物資使用后物資信息都會實時更新。對于數量少于規定數量、使用有效期臨近需要更換的物資，系統會進行警示，提醒管理人員及時補充、更換應急物資，保證應急物資的充足性和有效性。

對每次應急活動記錄備案，實現應急資源可管理、應急事件可追溯、搶險過程可指揮、事后評估有依據。

2.6 安全監控中心

利用各種監測傳感器、物聯網、攝像頭、可穿戴設備、無人機等實現施工現場風險隱患實時監控，同時通過定位做到人員、設備的監控，在監控大屏中實時顯示監控信息，包括視頻監控畫面、監測傳感器監測數據、人員設備位置信息等。對傳感器監測超過安全閾值的數據信息進行警報預警，提醒管理人員做好相應的預防措施。對安全隱患做到提前發現、提前預警、提前防控，避免風險轉化成隱患、隱患轉化成事故。

3 結語

數字安全是未來工程建設安全行業的發展趨勢，公路工程行業數字化發展相對較晚，尚處在起步階段，在當前新發展階段、新發展理念、新發展格局形勢下，安全管理數字轉型刻不容緩?；谛畔⒓夹g的數字安全管理系統在公路工程中的實際應用，為公路工程安全數字化管理提供了參考和方向，為公路工程安全管理數字轉型積累了經驗，有助于實現以數字技術引領公路工程安全可持續健康發展，解決安全管理難題，保證每一個項目的安全。