工程建設數(shù)字化安全管控平臺研究與實踐

郭曉松，向 明

（三峽高科信息技術有限責任公司，湖北 宜昌 443000）

黨中央、國務院高度重視安全生產(chǎn)工作，并就安全生產(chǎn)工作作出了一系列重大決策部署，國資委和國家能源局也出臺了一系列規(guī)范性文件，旨在建立安全管理機制，提高安全信息化發(fā)展水平，強化安全生產(chǎn)基礎保障。開展安全風險管控與隱患排查治理是企業(yè)安全生產(chǎn)重要內(nèi)容，也是預防事故最有效的方法。

企業(yè)安全管理普遍存在安全生產(chǎn)責任制落實不到位、安全管理痕跡不規(guī)范、各系統(tǒng)存在信息孤島和數(shù)據(jù)利用率低等問題。三峽集團長江環(huán)保工程項目建設具有工程規(guī)模大、地域分散、建設周期短、環(huán)保和社會責任方面要求較高及項目干系人多等特點，所以利用信息系統(tǒng)提升環(huán)保集團工程項目建設安全生產(chǎn)管控能力，建設一個以信息采集為基礎、以投資控制為手段、以多項目并行管理為目標的長江大保護工程項目管理系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。

三峽集團正立足新發(fā)展階段，完整、準確、全面貫徹新發(fā)展理念，構建新發(fā)展格局，推動高質(zhì)量發(fā)展，奮力實施清潔能源和長江生態(tài)環(huán)保“兩翼齊飛”，通過持續(xù)在安全管理信息化上的投入，自主掌握核心技術，鍛煉專業(yè)化團隊，建設了三峽集團長江環(huán)保工程項目管理系統(tǒng)安全管理子系統(tǒng)、三峽發(fā)展智慧EPC 安全管理系統(tǒng)。安全管理系統(tǒng)自2020 年投入試運行已穩(wěn)定運行3 年，隨著逐步推廣至全區(qū)域項目點，用戶數(shù)與業(yè)務數(shù)穩(wěn)步上升，已具備向其他業(yè)務板塊轉(zhuǎn)化輸出安全管理信息化解決方案的成熟條件。

1 構建安全管控平臺的理論及關鍵技術

1.1 理論基礎

安全管控平臺的建設過程涉及到不同工況、不同使用者群體的差異，需要滿足建設期各方各崗位角色對現(xiàn)場安全管理人員的管理行為、日常工作的信息化數(shù)字化管控要求，因此，構建工程建設數(shù)字化安全管控平臺不僅需要了解工程建設背景，還需要了解相關的安全管理理論。常見的安全管理理論主要包括博德事故致因理論、軌跡交叉理論[1]。

博德事故致因理論認為安全管理是事故因果連鎖理論中的最重要因素之一；為了從根本上預防事故需要查清安全事故的根本原因，并有針對性地制定相應對策[2]；人的身心缺陷、感官差異等都會導致對危險的感知能力降低，從而引起安全事故，工作環(huán)境也會對安全事故帶來一定程度的影響，只有找到安全事故的根本原因，才能有效防止后續(xù)安全事故的發(fā)生。事故的直接原因是根本原因的征兆，一般表現(xiàn)為不安全行為或不安全狀態(tài)。

軌跡交叉理論認為人和物的因素在安全事故原因中同樣重要，如果人的不安全行為或物的不安全狀態(tài)在同一時空有交叉，那么就可能會產(chǎn)生安全事故。按照這一理論，在工程建設中只需要采取安全管理措施使人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)不在同一時空同時出現(xiàn)就能夠有效避免安全事故的出現(xiàn)。

冰山理論認為死亡事故、嚴重傷害事件以及不安全行為組成了一個像冰山一樣的三角形，能被直接看到的行為或表現(xiàn)方式只是顯露在表面的很小一部分，絕大部分都隱藏在水下。以一件事故的發(fā)生為例，每件事故發(fā)生所造成的直接損失只是所有損失中很小的一部分，間接損失更加巨大；比如事故發(fā)生后直接損失可能包括死亡、傷害、醫(yī)療費用等，但是間接損失還包括設備或生產(chǎn)線的損害、工藝中斷、調(diào)查費用、聲譽損失以及質(zhì)量下降等。

1.2 關鍵技術

本文實現(xiàn)的工程建設數(shù)字化安全管控平臺擬結合圖像識別技術、語音輸入技術、移動定位技術等，實現(xiàn)工程現(xiàn)場隱患識別及監(jiān)控預警管理功能，可以智能識別施工人員的不安全行為并進行預警，及時發(fā)現(xiàn)、規(guī)避風險，全面實現(xiàn)施工現(xiàn)場的安全管理。工程建設數(shù)字化安全管控平臺涉及的關鍵技術包括[3]：①圖像識別技術。借助圖像識別技術辨識施工現(xiàn)場的危險源，實現(xiàn)風險辨識評估管控工作的標準化、流程化、規(guī)范化；將識別到的照片和隱患標準庫中的已定義隱患進行對比，即可智能分析輸出隱患類別、隱患描述等信息；數(shù)字化安全管控平臺與AI 智能攝像頭對接，系統(tǒng)集成隱患圖片、隱患描述、上報時間等相關信息，自動推送至相關責任人進行審核，審核通過后的隱患信息再推送至相關整改責任人、驗收責任人進行整改、驗收。②數(shù)字水印技術。加強安全隱患意識管理，為圖像識別得到的隱患圖片添加數(shù)字水印，在圖片中包含項目信息、項目負責人以及安全隱患描述等，從而方便用戶快速查詢了解風險隱患狀態(tài)。③語音識別技術。為提高數(shù)字化安全管控平臺智能化新特性，提高工作效率和安全管控平臺的使用體驗，實現(xiàn)語音輸入，方便施工現(xiàn)場作業(yè)人員對現(xiàn)場作業(yè)面存在的隱患進行管控和上報，并完成上報內(nèi)容的快速轉(zhuǎn)換、內(nèi)容提取，快速填報施工任務，記錄巡檢工作要點和相關指導意見，輸出現(xiàn)場記錄。④QR Code 技術。將QR、移動技術用于安全管控平臺登錄、工程建設隱患管理，掃碼實現(xiàn)一鍵式快捷登錄，隨時掌握工程建設風險詳情、隱患治理狀態(tài)、安全注意事項等內(nèi)容。

2 數(shù)字化安全管控平臺設計與實現(xiàn)

2.1 需求及可行性分析

為了提高工作效率，充分發(fā)揮系統(tǒng)指導、督促和規(guī)范人員履職盡責的作用，輔助管理人員實現(xiàn)安全管理的標準化和規(guī)范化，本項目依托工程建設安全管理業(yè)務，遵循以規(guī)范參建、運營各方多崗位多角色安全管理行為的核心建設目標，從在建和運營項目各自特點、不同角色、不同崗位人員業(yè)務工作出發(fā)，以現(xiàn)場工作為重點，充分利用行業(yè)先進信息化數(shù)字化手段構建統(tǒng)一的數(shù)字化安全管控平臺，客觀提示、記錄崗位工作任務和角色管理行為。

建設數(shù)字化安全管控平臺目的是在相關法律法規(guī)的指導下協(xié)調(diào)參建、運營各方，并根據(jù)各方的職責范圍劃分不同的系統(tǒng)權限，從而使得不同人員在平臺上得到不同的安全管理記錄，以免造成安全管理職責不清晰和出現(xiàn)問題后相互推諉的情況。

2.2 工程建設數(shù)字化安全管控平臺設計

工程建設數(shù)字化安全管控平臺的設計目標主要包括：借助圖像及語音識別技術、QR Code 技術等加強安全培訓教育和考核評估工作、識別工程建設現(xiàn)場的不安全行為和不安全狀態(tài)，對不安全行為和狀態(tài)進行預警和監(jiān)督，以確保工程建設過程中相關人員都能達到安全培訓考核標準。

為提高數(shù)字化安全管控平臺使用的普適性及便利性，設計過程中需要遵循一定原則：①全員參與原則。安全管控不僅僅是一線操作人員及管理人員的事情，而是需要全員參與。在工程建設過程中任何微小的風險或隱患、不經(jīng)意的細節(jié)都可能會引發(fā)安全事故，只有全員參與到日常安全管控活動中才會及時發(fā)現(xiàn)并排除風險隱患。②主動性原則。安全管控不是被動地發(fā)現(xiàn)隱患后才去處理，而是積極主動地發(fā)現(xiàn)隱患、預防隱患，將隱患扼殺在萌芽中才是數(shù)字化安全管控的最終目的。③全過程管控原則。工程建設施工一般劃分為多個階段，不同階段的風險隱患程度不同，如果在工程建設后期對安全管控有所懈怠就極易產(chǎn)生安全事故。

針對以上目標和原則，本文設計的工程建設數(shù)字化安全管控平臺采用主流的前后分離框架（Springboot+Mybatis+Antd），WEB 端通過Ant-design-vue、Webpack 技術實現(xiàn)[4]，移動端采用Uniapp 語言平臺開發(fā)，使用微信公眾服務平臺提供公眾號作為統(tǒng)一入口，以微信小程序作為載體實現(xiàn)集團內(nèi)部和外部單位同時使用，可以使用微信小程序或掃碼實現(xiàn)一鍵登錄，方便Android 和iOS 設備無縫接入，保證了跨平臺、多場景的可用性。安全管控平臺前端采用Nginx 實現(xiàn)負載均衡，保證應用場景的高并發(fā)、高可用性，通過GateWay統(tǒng)一網(wǎng)關實現(xiàn)路由的轉(zhuǎn)發(fā)以此完成數(shù)據(jù)交互，采用sentinel 實現(xiàn)對微服務的負載均衡及流量控制，從多個維度保護微服務的穩(wěn)定性。安全管控平臺后端應用部署采用docker 承載微服務，并使用Nacos 來注冊、管理微服務；集成Grafana、Skywaiking 提供各種系統(tǒng)監(jiān)控，實時跟蹤安全管控平臺的運行情況。數(shù)據(jù)持久化采用Mysql，通過配置主從關系實現(xiàn)數(shù)據(jù)的熱備份，支撐更大的數(shù)據(jù)并發(fā)量，均衡分擔數(shù)據(jù)流量，實現(xiàn)負載均衡。

工程建設安全管控平臺通過微服務形式部署在公網(wǎng)環(huán)境，采用Redis 作為緩存數(shù)據(jù)庫，提高數(shù)據(jù)庫的讀寫效率；微服務間采用消息進行通信，借助rabbitMQ消息中間件實現(xiàn)消息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和消費；整個安全管控云平臺采用Spring Cloud 微服務架構實現(xiàn)服務之間的解耦，以達到平臺的高可用、高并發(fā)、高性能，并利用Quartz 對調(diào)度任務進行管理。基于三峽集團統(tǒng)一技術棧構建“微服務”架構，實現(xiàn)安全管理業(yè)務中臺與數(shù)據(jù)中臺建設：業(yè)務中臺包含權限中心、賬戶中心、配置中心、預警中心和積分中心等，數(shù)據(jù)中臺包含風險庫、隱患庫、資料庫和地圖數(shù)據(jù)庫等服務。應用層獲取用戶操作業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務層實現(xiàn)用戶與業(yè)務之間交互，再通過GeteWay 統(tǒng)一網(wǎng)關來對不同應用場景的終端設備請求進行轉(zhuǎn)發(fā)和分配，達到跨平臺應用，多層級、多崗位、多業(yè)務，夯實各崗位人員履職履責，實現(xiàn)對項目安全隱患和風險的管理和預防。工程建設安全管控平臺的邏輯架構如圖1 所示。

圖1 工程建設安全管控平臺

結合工程建設安全管控的實踐經(jīng)驗，將工程建設數(shù)字化安全管控平臺分為以下業(yè)務功能模塊[5]：①安全視圖。實現(xiàn)安全風險預警、安全風險主動管控等功能，實時量化并展示安全風險，實現(xiàn)安全風險的智能預警診斷；在線監(jiān)控人、物、環(huán)、管等方面的安全風險，由被動管理走向主動管控，真正實現(xiàn)安全事件全可控。②安全風險管控。風險管控是對作業(yè)面上可能存在的危險源進行預防管制的過程，在施工作業(yè)前就進行危險源辨識，降低事故發(fā)生率，保障現(xiàn)場作業(yè)人員的生命安全，實現(xiàn)風險辨識評估管控工作的標準化和規(guī)范化，并通過作業(yè)風險分級管控功能，將風險管控落實到日常作業(yè)中，實現(xiàn)風險常態(tài)化管控和風險分級管控。③隱患排查治理。隱患排查是項目現(xiàn)場作業(yè)人員對現(xiàn)場作業(yè)面存在的隱患進行管控、消除的過程，隱患上報后需要把隱患內(nèi)容指派給整改責任人對發(fā)現(xiàn)的隱患進行整改。及時發(fā)現(xiàn)工程建設現(xiàn)場的隱患并進行整改，可以預防項目發(fā)生事故的風險，規(guī)范現(xiàn)場作業(yè)人員的施工操作，為安全施工保駕護航。④施工任務管理。支持項目現(xiàn)場施工任務申請，確保施工任務執(zhí)行的規(guī)范性；實現(xiàn)危險作業(yè)許可的在線申請、審核審批，規(guī)范作業(yè)過程管控。⑤安全巡查。實現(xiàn)工程建設項目的管理人員在線進行安全巡查，并上傳巡查記錄。平臺會統(tǒng)計各單位各崗位人員的安全巡查記錄，并自動形成臺帳，從而輔助上級單位實時掌握各下屬單位各崗位人員的安全巡查履職情況，有效保證項目施工現(xiàn)場關鍵人員的安全履職。⑥安全曝光臺。將施工現(xiàn)場的違章作業(yè)、冒險作業(yè)等違反安全規(guī)程的行為在“曝光臺”上進行展示。⑦安全知識庫。支持查閱、上傳與安全生產(chǎn)有關法律法規(guī)、規(guī)章制度、操作規(guī)程和風險辨識標準等，提高安全生產(chǎn)管理水平。

為了確保工程建設數(shù)字化安全管控平臺的功能完備性、安全性以及高可靠性等需要對系統(tǒng)進行功能及性能測試，分析測試結果是否存在錯誤以及是否滿足用戶需求。以安全巡查功能為例，為驗證其功能的正確有效性，設計安全巡查測試用例見表1。

表1 安全巡查功能測試用例

查閱巡查臺帳的測試界面如圖2 所示。

圖2 查閱巡查臺帳界面

從巡查臺帳的測試結果可以看出，安全巡查功能具備新增巡查、查看巡查、上傳巡查記錄以及查閱巡查臺帳等基本功能，并且展現(xiàn)在界面中的安全巡查項目檢查單位、被檢查單位、檢查時間和人員以及檢查結果圖，能夠滿足安全巡查需求。

在移動端進行性能測試時使用Autotest 工具，此工具可以讀取移動端的耗電量、內(nèi)存使用情況、CPU 使用情況和加載時間等進行測試。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，在使用數(shù)字化安全管控平臺的過程中，CPU 使用最高不超過40%，內(nèi)存使用最高不超過10%，頁面加載時間在2 s內(nèi)，長時間使用不會出現(xiàn)應用卡頓情況，用戶使用具有良好的體驗。使用LoadRunner 對數(shù)字化安全管控平臺的管理端進行性能測試，經(jīng)過10 多個小時的持續(xù)性測試發(fā)現(xiàn)，平臺處理數(shù)據(jù)的性能保持較好的穩(wěn)定性和可靠性，并發(fā)處理及響應時間都滿足項目需求。

3 結束語

本文對工程建設數(shù)字化安全管控平臺進行研究，首先介紹了構建安全管控平臺的理論基礎及關鍵技術，并在此基礎上設計并實現(xiàn)了數(shù)字化安全管控平臺，分析了安全管控平臺的主要業(yè)務功能模塊；然后以安全巡查功能為例，對主要功能進行了測試。安全管控平臺構建了完善的安全管理標準知識庫，實現(xiàn)了便捷的登錄方式，保證安全管理的標準化和規(guī)范化。

三峽集團長江環(huán)保工程項目管理系統(tǒng)安全管理子系統(tǒng)自應用以來，已應用于集團下6 大區(qū)域公司44 個項目點，累計記錄安全行為數(shù)據(jù)76 萬條，累計開展安全檢查18 萬次，記錄班前會6 萬次，整治安全隱患3萬余條，為三峽集團統(tǒng)一構建面向多組織層級，多項目的安全管理平臺提供了堅實的保障。