淺談導管架建造項目安全管理智能化

李杰

(海洋石油工程(青島)有限公司,山東 青島 266520)

新世紀以來,我國海洋工程快速發展,海洋工程大多依托導管架進行采油工作。導管架建造過程中存在大量有限空間,安全風險較高,管理難度較大,推動物聯網、大數據、云計算、人工智能(AI)、5G 等新 一代信息技術與導管架建造工程中的安全風險管控深度融合,充分利用人工智能,推行建造安全管理智能化,能夠降低導管架建造過程中的安全管理難度,還能有效減少人力資源成本,具有重要意義。

1 安全管理智能化需求分析

1.1 無線網絡基礎服務

為施工現場搭建無線網絡,提供可靠的網絡服務,以滿足監控等涉及網絡需求設備聯網,同時在網絡搭建中部署12 V低壓電源,為現場的一些低壓設備提供供電服務。網絡建設應根據現場施工進度進行修改,原則上網絡的建設不能阻礙生產,采用有線+無線的網絡形式,純無線的網絡建設也可以接受,但網絡的帶寬能夠支撐施工現場的無線網絡需求。主干有線網絡帶寬不低于千兆級別,通過6類屏蔽線進行部署。現場應考慮防水功能,配置接線箱,并提供12 V電源輸出,為監控等提供12 V低壓直流電。WIFI設備單點接入設備不低于20臺,網速≥100 M,具備戶外使用要求。現場非防水設備采用接線箱進行放置,并固定牢固和防水。網絡安全可控,原則上網絡信號都匯總到現場集裝箱內。通過AC控制器、路由器及交換機完成有線網絡的搭設。無線網絡可自由組合,控制相互干擾問題。

1.2 人員定位服務

項目所需的硬件設備及軟件必須運行可靠和兼容性好,能夠在終端電腦設備運行,需根據甲方的時間情況制定可行的設計和安裝方案。投標人參與本項目投標的定位系統若非自己生產,應取得相關產品授權資格,軟件系統涉及的法律問題及授權由乙方負責。關于現場部署問題,使用電子圍欄技術,需滿足現場的服務需求。

人員定位管理系統硬件包括但不限于工控主機、打印機、身份閱讀器、定位卡、信標點、基站、UPS等設備,原則上員工可通過定位卡實現門禁和人員定位功能,最終實現如下效果:人員進出通過電子圍欄進入項目場地,一旦進入后系統將對人員進行位置定位和追蹤,系統后臺實時顯示現場的人員數量,通過定位系統界面可以看到3D效果的人員分布情況和指定人員歷史和現在位置查詢,當需要幫助時可通過定位卡實現一鍵呼叫功能;對于有限空間等高風險區域,可實現禁區管理,只有授權人員才可進入,當無權人員進入后后臺將報警;在電梯/高風險平臺/通道等處安裝信標點,可以后臺跟蹤人員分布情況。

1)電子圍欄系統要求在網絡/電源中斷時也可正常運行,記錄人員數據;當聯網后后臺數據自動同步,更新數據。

2)系統終端可以顯示各單位的人員數量、工作時間、滯留報警等數據,支持歷史數據的查詢和導出功能。

3)人員定位系統采用無線網絡技術,支持人員的位置查詢、一鍵報警、軌跡追蹤等功能,系統運行能力不低于定位卡數量。

4)定位系統采用信標點—定位卡—基站的部署方案,其中信標點要求體積小,無需外部電源,安裝方便,工作時間≥6個月。

5)在施工現場,系統方案要確保定位數據在后臺記錄的完整性,不得出現丟失情況,例如無信標點覆蓋區域。

6)支持禁區管理和報警功能,授權人員進入監控,可實現人員超數報警等功能。

7)支持設備管理,對于設備存在故障、離線或者低電量時可提供警報支持。

8)人員位置信息可3D圖像進行顯示,由乙方負責地圖的構建和導入。供應商負責提供系統運行所需要的服務器等設施。

1.3 監控與應急管理系統

1.3.1 監控服務

1)優先考慮無線監控方案,內置存儲128 G;

2)無線監控可順利通過網絡接入后臺系統;

3)監控設備具備防水功能,12 V電源供電或者POE供電;

4)后臺軟件可對視頻監控進行畫面切換、控制、視頻導出、回放等操作;

5)原則上施工現場全覆蓋,重點區域必須覆蓋;

6)監控系統接入到人員定位系統界面中,實現視頻聯動查看、通信異常報警等。

1.3.2 有限空間作業監控+測氧測爆服務

1)產品采用防爆設計并取得相關證書;

2)產品采用電池供電模式,電池工作時間≥8 h;

3)無線視頻傳輸,支持可燃+氧氣+有毒氣探測報警功能;

4)通過4G網絡或WIFI網絡連接到后臺系統,后臺系統接入人員定位系統界面中;

5)后臺系統可遠程進行管理和查看。

2 安全管理智能化的實施

2.1 無線網絡基礎服務

1)無線全覆蓋,隨時隨地暢游網絡,采用TP-LINK AC-AP無線解決方案,實現無線全覆蓋。 無縫漫游,無線網絡區域內用戶移動時,可以快速切換關聯到最合適的AP下,實時辦公、娛樂不掉線。

2)統一配置,集中管理:TP-LINK AC(無線控制器)可以自動發現所有接入網絡中的TP-LINK AP,實現AP零配置接入;所有配置均由AC下發至AP。既可批量編輯,也可具體設置某個AP的信道、發射功率、限制客戶端數量、LED燈狀態等內容;同時還可管理不同802.1Q VLAN下的AP。

3)數據隔離,保障網絡安全:所有交換機支持端口隔離,只能與上聯接口通信。TP-LINK無線AP均支持多SSID,不同人員接入不同的無線網絡。支持SSID間隔離,AP內部隔離,支持SSID與VLAN綁定,全力保障網絡安全。

4)網絡、設備維護簡單:AP零配置、即插即用,通過AC統一升級所有AP的軟件,極大降低網絡維護工作量。AP內置獨立硬件保護電路,發生故障時會自動重啟,降低維護難度。

2.1.1 機柜(機箱)的安裝部署

1)設備安裝位置應符合工程設計平面圖以及現場實際情況的要求;

2)機柜前后留有足夠的空間便于設備的安裝、布線以及后期的調試和維護;

3)壁掛式機柜安裝時底部距地面距離宜在1.2～1.5 m之間;

4)機柜安裝方式應不損壞導管架鋼結構性能,不能對鋼結構進行破壞。

2.1.2 室外AP的安裝部署

1)安裝AP之前,準確記錄AP的MAC地址或其他有效編號;

2)AP的安裝位置便于網線、電源線、饋線的布線,便于維護和更換;AP的安裝位置距離地面的高度不應小于1.5 m;

3)在安裝AP設備時,要考慮以太網交換機跟AP之間的距離限制,AP跟以太網交換機距離不能超過100 m;

4)使用自帶天線的AP,需要注意天線位置和天線方向性等,AP周圍2 m內不得有大的金屬體阻擋。

2.1.3 電源的安裝部署

1)AP設備的供電可以采用網線POE供電和交流電源供電兩種方式,一般采用POE供電;

2)POE交換機及AP室外安裝時,應做好防雨防潮措施,防止設備進水受潮導致損壞。

2.2 人員定位服務

定位系統根據項目需要分為打卡定位(見圖1)、粗定位和精準定位(見圖2)三個方面,定位信息將通過有線、無線網絡傳送到管理平臺,顯示在看板或者PC電腦3D界面上。系統設計:在施工平臺布設采集器通信基站,通過網絡接入存儲中心服務器平臺,實現全場人員實時定位。場地作業人員智能定位終端,通過自有融合算法+藍牙定位,結合場地電子地圖,實現人員無感定位。

圖1 讀卡器布置圖

圖2 粗定位和精準定位

1)打卡定位主要通過智能終端設備讀寫采集器讀卡器,通過NFC讀卡檢測智能終端ID號,實時將智能卡的出入讀卡點的數據發送到后臺進行精準采集統計,主要適用于出入受限空間、關鍵打卡點以及關鍵區域。

2)粗定位主要適用于施工柵欄通道、走廊的定位,智能終端經過采集器信號“弱——強——弱”監測區域,采集器將檢測識別到終端ID號按照一定的頻率發送到平臺,顯示在工地看板或者PC管理界面上,誤差保持在米級程度。

2.2.1 定位基站的安裝部署

定位基站設備的供電采用內部電池+外部電源供電模式進行工作,在定位基站持續工作的情況下,內部電池工作時長大于7 d,外加24 V外部電源供電的情況下能夠減少設備的維護工作;定位基站安裝方式:根據現場實際情況,采用磁吸+抱箍的安裝方式。

2.2.2 采集器的安裝部署

采集器設備的供電采用內部電池供電模式進行工作,在采集器持續工作的情況下,內部電池工作時長大于6個月;采集器安裝方式:根據現場實際情況,采用磁吸+抱箍的安裝方式。

2.2.3 定位卡的安裝部署

定位卡設備的供電采用內部電池供電模式進行工作,在定位卡持續工作的情況下,內部電池工作時長大于6個月;定位卡安裝方式:管理人員對定位卡進行錄入信息并授權,現場作業人員攜帶定位卡進入施工現場,部署在施工現場的采集器采集到定位卡信息并將信息通過基站上傳到后臺,后臺通過服務器進行解析后展示到平臺。

2.3 監控與應急管理服務

在無網、無電的有限空間里,定位基站、定位終端均采用電池供電的模式,且二者通過自組網的模式,以SUB-1G頻率將信號傳輸到室外的通信基站,能有效減少鋼結構設備對信號的屏蔽,保證信號能通過基站傳送到后臺。在受限空間出入口安裝采集基站及NFC讀卡器,作業人員攜帶定位終端進入受限空間作業時,經過受限空間入口處進行打卡,信號通過WIFI傳輸到后臺,后臺管理平臺可以顯示進入受限空間作業人員信息、進入時間等。

作業人員通過刷卡進入有限空間后去往施工現場,部署在受限空間內的采集器監測到智能終端信息,確認該作業人員已進入受限空間,并與門口NFC刷卡器作業人員進入信息進行匹對,如出現信息不匹對,則表示作業人員進入受限空間前未完成NFC刷卡工作,后臺系統會將此情況視為違規作業,發出警告提醒現場管理人員注意,打卡定位效果圖見圖3。

圖3 打卡定位效果圖

作業人員在受限空間作業時,人員定位終端、視頻監控及氣體采集設備全程監控作業人員的作業情況和空氣環境指標,并將數據通過SUB-1G技術傳送到后臺。現場作業完成后,作業人員攜帶作業工具及相關設備離開作業區域,受限空間內定位采集基站會采集到作業人員坐標變化情況,同時將數據同步傳送到后臺。作業人員走出受限空間,在出入口的NFC讀卡器進行刷卡后離開受限空間。

2.3.1 攝像頭的安裝

1) 確定攝像頭的安裝位置,包括通道處、走廊、有限空間入口區域;

2) 攝像頭采用抱箍安裝方式進行安裝固定,而不采用常規的螺絲固定的方式進行安裝,有效避免了對導管架的損壞;

3)攝像頭采用有線+無線的方式進行安裝連接,采用有線方式進行安裝的,供電線纜及網絡線纜必須采用線管進行保護;

4)同一區域內的攝像頭線纜及網線匯聚接入到就近的接線箱內,接線箱內安裝空氣開關、12 V電源、交換機等設備;

5)導管架上的接入交換機通過網絡線纜接入到集裝箱內的核心交換機上,并通過部署在集裝箱內的工作電腦及顯示器進行展現。

2.3.2 有限空間設備的安裝

1) 有限空間設備采用可移動的攝像頭和氣體監測報警裝置,工人作業時放入現場,記錄過程和監測作業環境危害氣體變化,當出現異常時發出報警,作業狀況通過網絡發送到后臺,通過后臺可監控現場的施工狀態,實現對進出人員和作業過程環境的雙監控;

2)氣體監測報警裝置部署在不影響施工作業人員工作的附近,可以有效實時監測工作區域的環境,可移動的攝像頭部署在稍遠的區域,將施工人員的工作狀態及氣體監測報警裝置同時進行監控。

3 總結

1)POE供電距離嚴格不能超過100 m,如果網線質量或距離過遠問題導致不能正常供電建議用POE供電模塊中繼。

2)有線接入設備如果距離接入交換機距離超過100 m建議使用光纖接發器。

3)安裝AP前一定統計記錄好每一個位置的AP的MAC地址,安裝完成后在AC里面進行備注,并將相鄰AP的信道按1/6/11隔開。