橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)人員及車輛的風(fēng)險(xiǎn)智能管理探討

摘要 經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，科技水平不斷革新，智能化技術(shù)在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)智能技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)橋梁工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理，確保橋梁工程的順利施工，能有效防范施工風(fēng)險(xiǎn)并降低損失。基于此，該文提出橋梁施工中風(fēng)險(xiǎn)智能化管理的三種手段。一是應(yīng)用超寬帶（UWB）定位技術(shù)進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作人員與車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控。二是借助Web端BIM模型獲取車輛和人員位置數(shù)據(jù)，并加以展示。三是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)人員處于危險(xiǎn)狀態(tài)，通過(guò)預(yù)警程序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并啟動(dòng)振動(dòng)鳴叫設(shè)備給予現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警。

關(guān)鍵詞 公路橋梁；風(fēng)險(xiǎn)管理；智能化；UWB定位

中圖分類號(hào) U445.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）05-0011-03

0 引言

橋梁項(xiàng)目施工中，影響工程質(zhì)量的因素眾多，雖然針對(duì)橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，然而相關(guān)各項(xiàng)工作都需要通過(guò)人工監(jiān)控來(lái)完成，使得工程中的風(fēng)險(xiǎn)管理難以有效地進(jìn)行。因此，需要找到有效的方法來(lái)進(jìn)行高效風(fēng)險(xiǎn)管理，以控制工程質(zhì)量。因此，該文基于智能化管理，提出了橋梁項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)控制的策略。

1 工程概況

某橋梁項(xiàng)目服役時(shí)間長(zhǎng)，主橋橋面板裂縫明顯，人行道和行車道局部混凝土脫離。該橋梁為國(guó)家級(jí)經(jīng)典建筑，具備劃時(shí)代意義和時(shí)代特色，需要針對(duì)病害特點(diǎn)加以維修。該文以大橋維修養(yǎng)護(hù)為基礎(chǔ)，提出了適合大橋的施工風(fēng)險(xiǎn)智能控制的策略，并對(duì)該方案的運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行了分析。

2 橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)智能化管理原理及數(shù)據(jù)采集

2.1 智能化管理原理

該橋梁維修施工中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員安全帽張貼標(biāo)簽并通過(guò)超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，記錄標(biāo)簽位置數(shù)據(jù)后將其傳送至系統(tǒng)程序加以評(píng)估。預(yù)警程序根據(jù)接收的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，如發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽有潛在風(fēng)險(xiǎn)，啟動(dòng)標(biāo)簽振動(dòng)或鳴叫系統(tǒng)，將對(duì)應(yīng)信息輸送至危險(xiǎn)源接口。通過(guò)系統(tǒng)智能化管理借助三維模型讀取位置和狀態(tài)信息，經(jīng)過(guò)模型展示后識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)并預(yù)警[1]。橋梁施工和維修中風(fēng)險(xiǎn)智能化管理流程如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集過(guò)程

施工現(xiàn)場(chǎng)人員、車輛均張貼定位標(biāo)簽加以區(qū)分，施工作業(yè)時(shí)智能化系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并獲取標(biāo)簽坐標(biāo)位置，將數(shù)據(jù)信息傳輸至UWB系統(tǒng)。

（1）UWB技術(shù)的作用原理與藍(lán)牙和Wi-Fi等類似，具備數(shù)據(jù)傳輸能力強(qiáng)、能耗低和安全性突出的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多址調(diào)制。基于UWB的定位技術(shù)已在多領(lǐng)域中推廣，消防員定位、礦井作業(yè)人員定位、監(jiān)獄管理、施工定位及搜救定位等均應(yīng)用該技術(shù)取得了突出成果。

（2）UWB技術(shù)的定位原理如圖2所示。UWB系統(tǒng)包括基站、定位標(biāo)簽和系統(tǒng)平臺(tái)三部分，傳統(tǒng)定位系統(tǒng)由基站發(fā)射信號(hào)，對(duì)定位標(biāo)簽位置進(jìn)行檢測(cè)。而該系統(tǒng)下標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)射信號(hào)由系統(tǒng)平臺(tái)獲取其數(shù)據(jù)分析標(biāo)簽所處狀態(tài)及位置，定位效率明顯提升，管理智能化顯著改善[2]。

（3）定位標(biāo)簽可接受基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，還具備振動(dòng)或鳴叫功能，遇突發(fā)狀況或處于危險(xiǎn)階段時(shí)，可接受系統(tǒng)平臺(tái)指令。系統(tǒng)處理平臺(tái)可提供定位引擎和監(jiān)控功能，通過(guò)獲取被監(jiān)控目標(biāo)的位置信息，自動(dòng)計(jì)算定位距離。監(jiān)控軟件根據(jù)獲取的距離值進(jìn)行換算，明確目標(biāo)詳細(xì)位置。

3 實(shí)時(shí)BIM模型

利用3D建模對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了在線仿真，并將現(xiàn)場(chǎng)人員、車輛位置信息和移動(dòng)狀況反饋給用戶。通過(guò)UWB系統(tǒng)接收位置數(shù)據(jù)將其狀態(tài)發(fā)送至預(yù)警程序，通過(guò)與設(shè)定值比對(duì)確定其安全狀態(tài)。BIM模型應(yīng)用后讀取目標(biāo)位置信息，對(duì)標(biāo)簽運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行在線繪制與儲(chǔ)存，確定其狀態(tài)情況。

通過(guò)系統(tǒng)提取將標(biāo)簽信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)提取數(shù)據(jù)詳情并加以修改。采取GET或POST方式借助Http連接調(diào)用數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)信息的精確控制。UWB定位系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)位置信息的精確讀取，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)將信息傳送至危險(xiǎn)源接口，BMI模型讀取坐標(biāo)信息后將指令下發(fā)至定位標(biāo)簽，更新目標(biāo)位置信息并啟動(dòng)報(bào)警裝置，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)展現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[3]。

4 預(yù)警軟件

通過(guò)UWB系統(tǒng)采集定位標(biāo)簽傳送的位置信息，明確被監(jiān)控對(duì)象的坐標(biāo)位置，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至預(yù)警程序，由危險(xiǎn)源接口分析處置詳細(xì)信息。

（1）預(yù)警程序進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過(guò)提取定位標(biāo)簽位置信息判斷是否處于風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)評(píng)估后傳送至危險(xiǎn)源接口，獲取現(xiàn)場(chǎng)工人與車輛的具體位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)水平。

（2）該橋梁項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)維修過(guò)程中的常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)事件如下：①人車相撞；②防護(hù)不到位；③現(xiàn)場(chǎng)施工無(wú)安全人員或監(jiān)督員在場(chǎng)；④高空作業(yè)靠近易墜落區(qū)域；⑤易燃區(qū)或易觸電區(qū)動(dòng)火作業(yè)。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)人員流動(dòng)性大且車輛眾多，需對(duì)人員、車輛編號(hào)加以區(qū)分，通過(guò)程序識(shí)別不同標(biāo)簽反映其運(yùn)行狀態(tài)。可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員類型分類，不同類型和施工區(qū)域給予不同標(biāo)簽號(hào)，確保施工場(chǎng)所的每個(gè)人員和車輛均有定位標(biāo)簽標(biāo)記，通過(guò)定位標(biāo)簽獲取其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及安全水平[4]。

（4）UWB系統(tǒng)通過(guò)路由器與風(fēng)險(xiǎn)源預(yù)警程序連接，并借助局域網(wǎng)通過(guò)UWB獲取被測(cè)量目標(biāo)的定位，將提取的數(shù)據(jù)傳送至端口，通過(guò)數(shù)據(jù)采集協(xié)議提取狀態(tài)數(shù)據(jù)。5566端將采集的數(shù)據(jù)傳遞給預(yù)警程序，預(yù)警程序分析潛在風(fēng)險(xiǎn)，如果定位標(biāo)簽存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)啟動(dòng)位于定位標(biāo)簽的振動(dòng)或鳴叫裝置進(jìn)行預(yù)警，并將相關(guān)信息傳輸至危險(xiǎn)源接口，由危險(xiǎn)源接口顯示標(biāo)簽風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

（5）預(yù)警程序具備數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)接收、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等功能。利用Windows socket函數(shù)接收來(lái)自定位標(biāo)簽發(fā)送的信號(hào)數(shù)據(jù)，并將其存放于字符數(shù)組，區(qū)別采集時(shí)間、位置、標(biāo)簽號(hào)等基本信息。通過(guò)WGS84三維系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)信息，確定其經(jīng)緯度與高程坐標(biāo)，實(shí)時(shí)分析目標(biāo)位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，預(yù)警程序提取數(shù)據(jù)后，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯亲鴺?biāo)便于后續(xù)處置[5]。

（6）常見(jiàn)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)源預(yù)警方式有兩種：①施工區(qū)域內(nèi)人員距離值大于特定數(shù)據(jù)，啟動(dòng)定位標(biāo)簽的預(yù)警裝置；②定位標(biāo)簽獲取位置信息，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示其將與汽車相撞時(shí)發(fā)出預(yù)警。系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)狀況時(shí)啟動(dòng)振動(dòng)或鳴叫程序，發(fā)揮預(yù)警作用，或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)危險(xiǎn)源接口提取的標(biāo)簽號(hào)狀態(tài)值進(jìn)行修改。標(biāo)簽號(hào)狀態(tài)屬性被調(diào)整為DStaus時(shí)，在三維模型中以顏色變化的方式顯現(xiàn)，提醒工作人員及時(shí)關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)狀況，避免風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生。

（7）預(yù)警算法的詳細(xì)流程如圖3所示。預(yù)警程序獲取UWB系統(tǒng)提交的數(shù)據(jù)，通過(guò)定位標(biāo)簽反饋的信息準(zhǔn)確判斷被監(jiān)控對(duì)象的位置，根據(jù)定位標(biāo)簽的不同在對(duì)應(yīng)數(shù)組中判斷，根據(jù)事故發(fā)生的情況，對(duì)事故發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行了分析，并對(duì)事故發(fā)生的危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)估。如果計(jì)算結(jié)果超出了允許范圍，則表示工人可能存在風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)警程序啟動(dòng)定位標(biāo)簽的振動(dòng)或鳴叫設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員作出預(yù)警提醒，并在相應(yīng)的標(biāo)簽上調(diào)節(jié)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)源界面的狀況，Web段BIM模型將風(fēng)險(xiǎn)源的狀況及時(shí)地讀出并作出反饋[6]。

5 車庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

該次車庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)涵蓋了上述兩種預(yù)警方式，詳見(jiàn)表1。試驗(yàn)環(huán)節(jié)需要應(yīng)用的標(biāo)簽如表1所示，易燃區(qū)域的位置坐標(biāo)詳見(jiàn)表1，試驗(yàn)開(kāi)始階段所有定位標(biāo)簽的初始值均設(shè)定為1。

（1）現(xiàn)場(chǎng)巖石的過(guò)程中，主要通過(guò)人的運(yùn)動(dòng)模擬現(xiàn)場(chǎng)情況，借助標(biāo)簽的位置變化由系統(tǒng)獲取坐標(biāo)值狀態(tài)，并將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至危險(xiǎn)源接口處，通過(guò)三維展示對(duì)定位標(biāo)簽的坐標(biāo)位置及時(shí)更新，反映出模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[7]。

（2）現(xiàn)場(chǎng)模擬情形1：動(dòng)火作業(yè)與汽車相近，碰撞前2 s預(yù)警程序發(fā)出警報(bào)，并引發(fā)標(biāo)簽振動(dòng)，通過(guò)系統(tǒng)程序進(jìn)行狀態(tài)值的變更，將動(dòng)火作業(yè)狀態(tài)DStatus從狀態(tài)1調(diào)整為2。這種情況下車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)下，無(wú)人車相撞風(fēng)險(xiǎn)，或人和車處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下，兩者之間的相對(duì)距離無(wú)變化，無(wú)需對(duì)人和車做出預(yù)警[8]。

（3）現(xiàn)場(chǎng)模擬情形2：動(dòng)火作業(yè)人員接近易燃區(qū)域，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，距離小于1 m時(shí)由預(yù)警程序發(fā)出預(yù)警信號(hào)，動(dòng)火作業(yè)人員狀態(tài)從DStatus調(diào)整為4。如果動(dòng)火作業(yè)人員與易燃區(qū)域的距離超過(guò)10 m則撤銷警報(bào)警示，將動(dòng)火作業(yè)人員的狀態(tài)值調(diào)整為3，安全人員的DStatus值調(diào)整為3[9]。

5.1 情況1演示

現(xiàn)場(chǎng)兩名工作人員進(jìn)行模擬，一人手持3號(hào)標(biāo)簽，一人手持4號(hào)標(biāo)簽，分別模擬行人和汽車。兩個(gè)標(biāo)簽接近前2 s，預(yù)警程序開(kāi)始報(bào)警，并引發(fā)標(biāo)簽鳴叫，若撞擊危險(xiǎn)解除則停止鳴叫。在三維模型中同樣顯現(xiàn)該情形，人和車的模型均采用綠色標(biāo)志，人和車存在2 s后碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，車輛顏色變?yōu)辄S色，風(fēng)險(xiǎn)解除后方可恢復(fù)。

5.2 情況2演示

施工現(xiàn)場(chǎng)兩名工作人員，一人手持4號(hào)標(biāo)簽，一人手拿6個(gè)牌子，分別模仿著消防工人和安全員，接近可燃物的地方，距離小于1 m時(shí)，預(yù)警程序引發(fā)振動(dòng)，振動(dòng)區(qū)域限定在動(dòng)火作業(yè)人員距離易燃區(qū)域1 m內(nèi)，超過(guò)該距離限制后預(yù)警振動(dòng)自動(dòng)解除。安全員遠(yuǎn)離施工區(qū)域，當(dāng)距離超過(guò)10 m時(shí)，預(yù)警程序引發(fā)6號(hào)標(biāo)簽振動(dòng)，當(dāng)安全員距離易燃區(qū)域距離10 m以內(nèi)時(shí)，停止預(yù)警振動(dòng)。該情形下動(dòng)火作業(yè)人員和安全員靠近和遠(yuǎn)離易燃區(qū)域的三維模型表現(xiàn)如下：初始狀態(tài)，動(dòng)火作業(yè)人員指示燈和安全人員指示燈均為綠色，當(dāng)動(dòng)火作業(yè)人員距離易燃區(qū)域1 m范圍內(nèi)時(shí)，動(dòng)火作業(yè)人員指示燈變?yōu)榧t色，當(dāng)動(dòng)火作業(yè)人員遠(yuǎn)離易燃區(qū)域超過(guò)1 m之后，動(dòng)火作業(yè)人員綠色指示燈亮起。

6 結(jié)論

綜上所述，該文基于智能技術(shù)，對(duì)大橋施工風(fēng)險(xiǎn)管理方式展開(kāi)研究，利用 UWB系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行了實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)位置標(biāo)簽的監(jiān)督，并將位置信息及時(shí)傳送到預(yù)警程序和危險(xiǎn)源接口，通過(guò)對(duì)接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析和綜合判斷，及時(shí)預(yù)警，并在定位標(biāo)簽產(chǎn)生振動(dòng)或鳴叫。WEB端三維模型根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況模擬再現(xiàn)，通過(guò)對(duì)顏色變化的區(qū)別反映施工區(qū)域安全水平[10]。通過(guò)在地下車庫(kù)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明，該文所提出的以智能技術(shù)為基礎(chǔ)的大橋施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理方案，具有較高可行性，可為相關(guān)工程項(xiàng)目實(shí)施提供技術(shù)參考。

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