作業(yè)過程智能安全管控系統(tǒng)在公伯峽水電站的應用研究

馬曉君，谷東永

（1.青海黃河上游水電開發(fā)有限責任公司，青海 西寧 810000；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限責任公司，北京 100038）

通過系統(tǒng)性地全面分析公伯峽水電站安全生產(chǎn)業(yè)務特點，以及安全事故的發(fā)生機理，從作業(yè)安全風險預控角度出發(fā)，以作業(yè)過程的安全措施貫徹落實為主線，以互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術為支撐，以智能門禁、智能視頻、人員定位、物聯(lián)設備、智能穿戴、三維可視化為技術推力，將HSE監(jiān)督管理工作融入到整體安全管控系統(tǒng)，旨在通過“技防”手段解決生產(chǎn)過程風險預控能力不足、安全措施落實困難、安全監(jiān)管困難等問題，實現(xiàn)公伯峽水電站作業(yè)全過程、全方位、預防性的智能化安全管控。

1 公伯峽水電站作業(yè)過程智能安全管控新技術

“公伯峽水電站作業(yè)過程智能安全管控”通過科技創(chuàng)新實現(xiàn)作業(yè)過程的智能化、本質(zhì)安全管理。其應用的新技術有移動互聯(lián)網(wǎng)、泛在物聯(lián)網(wǎng)、三維建模、無線定位、WIFI網(wǎng)絡、智能穿戴，以下是其應用場景和工作原理。

（1）移動互聯(lián)網(wǎng)應用：

應用場景——作業(yè)人員攜帶智能終端進行工作票、操作票、定期作業(yè)、交接班等業(yè)務的審批流轉、多媒體數(shù)據(jù)采集和搜索查詢，突破地域限制隨時隨地辦公，有效提高作業(yè)效率；

工作原理——移動終端（手機、平板、安全帽等）提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸入、顯示終端服務，這些數(shù)據(jù)通過4G、WIFI網(wǎng)絡實時與服務器連接交互，實現(xiàn)作業(yè)過程安全管理業(yè)務的智能化“統(tǒng)一管理體系、同一數(shù)據(jù)源、同一數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡、多端數(shù)據(jù)采集、多端數(shù)據(jù)智能發(fā)布”。

（2）泛在物聯(lián)網(wǎng)應用：

應用場景——應用于操作防誤、鎖控管理、安全工器具及臨時地線管理，防止不按工作票、操作票的規(guī)定內(nèi)容和順序執(zhí)行作業(yè)，防止誤入?yún)^(qū)域、設備間隔，防止臨時地線錯拆錯掛漏拆漏掛，防止工器具存取無記錄及管理困難；

工作原理——作業(yè)管理平臺通過智能兩票、標準化作業(yè)建立起作業(yè)安全業(yè)務和現(xiàn)場設備操作的關聯(lián)，對作業(yè)過程進行智能化、強制性管控，其中智能鎖具和閉鎖裝置部署于設備操操作機構、控制回路、柜門、房間門、臨時地線、工器具零部件，后臺服務器對智能鎖具和閉鎖裝置進行統(tǒng)一編碼和邏輯、操作管理。

（3）三維建模應用：

應用場景——三維模型應用于公伯峽水電站虛擬可視化場景的搭建，融入人員、設備、作業(yè)過程等因素，包含作業(yè)現(xiàn)場的人員、設備、環(huán)境動態(tài)模型的構建和動態(tài)數(shù)據(jù)的展示，為管理人員提供可視化的監(jiān)督、管理、查詢交互界面，為培訓人員提供虛擬的安全培訓環(huán)境；

工作原理——根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場實景，經(jīng)過構建白模、材質(zhì)紋理、模型減面、動畫分割、遮擋剔除、場景烘焙等過程建立三維可視化虛擬模型，并與現(xiàn)場動態(tài)數(shù)據(jù)結合，形成數(shù)字孿生的監(jiān)視、仿真培訓場景。

（4）無線定位應用：

應用場景——應用于對室內(nèi)的作業(yè)人員位置、活動軌跡在線監(jiān)測，擴展功能有虛擬電子圍欄、停留時間計算等，在防止誤入非作業(yè)區(qū)域、進入危險區(qū)域和對作業(yè)人員動態(tài)可視化管理方面有重要意義；

工作原理——基于UWB技術的TDOA三角定位法，定位過程“定位標簽發(fā)出UWB信號→基站接收UWB信號→主站匯集UWB數(shù)據(jù)并轉發(fā)→計算服務器進行數(shù)據(jù)解算”。

（5）5G/WIFI網(wǎng)絡、智能穿戴應用：

應用場景——在用戶指定的關鍵區(qū)域部署5G/WIFI基站，達到信號穩(wěn)定覆蓋效果，智能安全帽通過5G/WIFI網(wǎng)絡實時傳輸作業(yè)人員和管理人員的視頻、語音數(shù)據(jù)，進行遠程安全管理和技術支持；智能安全帽支持語音和視頻數(shù)據(jù)采集和存儲，拾音器、攝像機、通信模塊嵌入于安全帽內(nèi)部結構。

2 作業(yè)過程智能安全管控現(xiàn)場應用方案

公伯峽水電站作業(yè)過程智能安全管控系統(tǒng)按照業(yè)務功能分為智能化的兩票管理、工器具及地線管理、操作防誤及智能鎖控管理、定期作業(yè)及交接班管理、無線人員定位管理、智能穿戴及WIFI網(wǎng)絡管理、智能人員安全培訓管理、與ERP及工業(yè)電視接口共八個子系統(tǒng)，四層網(wǎng)絡架構——過程層、間隔層、站控層、展示層，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、展示，軟硬件結合對作業(yè)過程人的不安全行為進行智能化、強制性、全過程、全方位管控。

圖1 現(xiàn)場作業(yè)管控流程圖

2.1 作業(yè)管控子系統(tǒng)

（1）工作票及檢修管理：功能完善、性能穩(wěn)定的工作票系統(tǒng)會提高業(yè)務處理的準確性和效率，有效地執(zhí)行工作票制度。工作票流轉網(wǎng)絡化可以大大提高流轉、審核的效率，發(fā)現(xiàn)錯誤后能夠及時更正，降低工作人員勞動強度，提高工作票填寫的準確率，優(yōu)化管理工作，提高工作效率。

（2）操作票及防誤閉鎖：通過對操作票進行電子化管理，與監(jiān)控視頻一體化集成，與三維可視化集成，實現(xiàn)了開票方式多樣化、防誤管控智能化、操作審批流程化、操作過程規(guī)范化、操作結果安全化。

（3）智能工器具管理：通過對所有工器具及應急器材身份的唯一標識及信息登記，實現(xiàn)安全工器具全生命周期的電子化、規(guī)范化管理；采用無線傳感技術，對工器具入/出庫、時間等信息實現(xiàn)完整記錄；工器具過檢驗期或超生命周期，自動提醒；工器具與設備操作相關聯(lián)，與兩票等業(yè)務模塊信息共享，防止誤用工器具造成安全事故。

（4）定期標準化作業(yè)：按照設備定期工作的標準，自動生成定期工作的任務和工作內(nèi)容，并及時提醒責任人，與移動APP相配合，使得電廠定期工作及時、高效地完成。

（5）交接班與日志：交接班管理模塊對交接班過程進行規(guī)范管理，按交接班管理制定自定義報表格式，通過管控平臺相應模塊自動獲取交接班的數(shù)據(jù)信息和具體內(nèi)容，實現(xiàn)交接內(nèi)容電子化、流程化和規(guī)范化。

2.2 人員管控子系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)可實時的提供工作區(qū)域內(nèi)人員的數(shù)量、位置、分布情況和每個人員任意時刻所在的位置及各時間段活動軌跡的顯示，清楚、直觀的反映現(xiàn)場工作人員的工作狀況，并為生產(chǎn)現(xiàn)場的安全管理工作提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

（2）實現(xiàn)現(xiàn)場工作人員實時位置可視化，進行主動式定位與識別，根據(jù)監(jiān)控管理人員需要，通過可視化圖形界面，提供指定位置現(xiàn)場工作人員姓名、職位、權限等擴展信息顯示。

（3）可以直接根據(jù)人員姓名、工號等信息來查詢該人員在某段時間內(nèi)的歷史軌跡，支持同時顯示多人歷史軌跡。

（4）可以設定重點區(qū)域允許停留的人員數(shù)量和時間，根據(jù)定位系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)人員的數(shù)量、權限、停留時間等，當人員超員或停留時間超時系統(tǒng)發(fā)出告警信號，避免在特定工作現(xiàn)場人員超員或超時停留可能引發(fā)的危險。

（5）智能安全帽作為現(xiàn)場作業(yè)的前端設備，從作業(yè)人員的視角展示、記錄作業(yè)過程、記錄巡檢過程，實現(xiàn)施工現(xiàn)場可視化管理，可將作業(yè)實況影像資料保存歸檔，實現(xiàn)遠程監(jiān)督與遠程作業(yè)指導。

（6）從后臺通過遠程呼叫功能隨時接入安全帽前端，同步觀看當前施工作業(yè)現(xiàn)場實況，實現(xiàn)作業(yè)可視化。

2.3 移動APP子系統(tǒng)

通過APP軟件的應用，可以幫助工作人員方便快捷地辦理相關的流程業(yè)務，使得流程運作更加有效和協(xié)調(diào)。

（1）工作票移動審批：按工作票的流程和權限查看和審批工作票。

（2）操作票移動審批：按操作票的流程和權限查看和審批操作票。

（3）移動掃碼識別

具有二維碼掃描功能，應用于設備臺賬識別、人員識別（上崗工牌、安全帽）、巡檢到位（設備）、設備操作順序識別（操作票、工作票）等。

（4）信息查詢

1）工作票信息：按照管控平臺定義的權限（崗位、部門和專業(yè)等），查看工作票信息。

2）操作票信息：按照管控平臺定義的權限（崗位、部門和專業(yè)等）查看操作票信息。

3）管理運行人員可通過權限對生產(chǎn)作業(yè)相關的工器具、地線、電子圍欄、門禁等信息在線查詢。

3 效益總結分析

作業(yè)過程安全管控系統(tǒng)為水電企業(yè)提供全方位、全過程的安全解決方案，消除生產(chǎn)事故于萌芽，使安全生產(chǎn)由“人防”向“技防”轉變、由點向面提升、由靜態(tài)管理變?yōu)閯討B(tài)管理、變事故分析為過程管控、變應急管控為事前預防。不僅能夠提高發(fā)電經(jīng)濟效益，而且其帶來的社會效益、安全效益、生產(chǎn)效益也同樣可觀。

經(jīng)濟效益：安全生產(chǎn)投入所產(chǎn)生的效益體現(xiàn)在生產(chǎn)過程和發(fā)電量上，保證生產(chǎn)的安全、連續(xù)、高效、可靠進行。這種投入所帶來的效益就是大大縮短檢修時間、提高監(jiān)控效率，降低機組故障率和故障損失，減少作業(yè)人員配置和工作強度，從而提高發(fā)電量、降低企業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)生安全生產(chǎn)設備事故和人身傷亡的概率，而提高生產(chǎn)效率、保證作業(yè)安全是企業(yè)保持可持續(xù)發(fā)展和生產(chǎn)效益的前提條件。

社會效益：安全生產(chǎn)管控系統(tǒng)將對生產(chǎn)過程中人的不安全行為、設備的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素、管理的漏洞等動態(tài)因素實現(xiàn)主動性、預防性、全方位、全過程的集約化、本質(zhì)安全生產(chǎn)管控，優(yōu)化管理、落實安全、提高生產(chǎn)效率，為電廠的安全高效生產(chǎn)提供可靠的技術手段，將在保障電廠生產(chǎn)安全和效率方面起到重要作用，建立發(fā)電行業(yè)“安全生產(chǎn)管理”的標桿企業(yè)，具有行業(yè)影響力和社會效益。

安全效益：雖然安全產(chǎn)出是間接地反映出來，但其“守住生命的紅線，促進安全發(fā)展”的效果是客觀存在的。一旦發(fā)生安全事故，更換設備、事故處理等又會極大影響正常發(fā)電，間接造成經(jīng)濟損失。

生產(chǎn)效益：當前公伯峽水電站的工作票、操作票、巡檢、交接班等日常工作存在效率低、易出錯、審批時間長、統(tǒng)計困難等問題。項目應用數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動APP等技術將使“兩票”辦理效率提升50%，設備巡檢效率提升50%，三維可視化監(jiān)控使運行值班人員工作效率提升60%。