基于微信的大型水電工程安全隱患排查治理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用*

林 鵬，王英龍，汪志林，楊建業(yè)，龔遠(yuǎn)平

(1. 清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；2.中國長江三峽集團(tuán)公司，北京 100038)

0 引言

中國是當(dāng)前世界上在建大型水電工程最多的國家，大型水電工程深處高山峽谷，地質(zhì)條件復(fù)雜，總體布置復(fù)雜，施工強(qiáng)度大，施工設(shè)備交叉作業(yè)頻繁，相互干擾大，安全隱患影響因素多，建設(shè)過程易出現(xiàn)安全事故，甚至重特大事故，如2004年9月27日，金溪電站二期圍堰施工使水流態(tài)勢發(fā)生急劇變化導(dǎo)致客船在嘉陵江上翻沉，2007年8月10日，大發(fā)電站工地，因連降暴雨發(fā)生山體滑坡泥石流災(zāi)害。因此，如何辨識事故隱患并采取措施進(jìn)行實(shí)時控制是確保水電工程施工安全的重要保障。

據(jù)統(tǒng)計，在生產(chǎn)活動中，由于人的不安全行為而造成的傷亡事故數(shù)量占到了總數(shù)70%～90%[1-4]。隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)發(fā)展，水電工程施工現(xiàn)場盡管能采集海量的安全數(shù)據(jù)，但多為原始和非實(shí)時數(shù)據(jù)，具有模糊信息、盲信息以及不完全信息等特點(diǎn)。如何辨識風(fēng)險、隱患并有針對性地采取有效控制措施，目前還缺乏有效的融合挖掘方法和技術(shù)。要改變水電施工多源大數(shù)據(jù)信息挖掘和分析難題，探索重大水電工程施工不安全行為多源信息挖掘方法與控制技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者從3個層次開展基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。

1)研究重大水電工程施工安全生產(chǎn)多源信息的耦合機(jī)制和影響因素；如Johnson等[5]通過對136個管理人員的訪談?wù){(diào)查，使用結(jié)構(gòu)方程模型和因素分析方法，對員工安全提升行為中各種影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)證研究；Brown等[6]研究表明，危險、安全文化、生產(chǎn)壓力影響安全效果和員工態(tài)度，從而會導(dǎo)致員工的不安全行為。國內(nèi)一些學(xué)者也對水利水電施工過程中的不安全行為的識別[7]、分類、分級評價[8-9]等開展了系列研究。

2)提出重大水電工程施工不安全行為的多源信息采集分析方法；如海因里希曾提出事故金字塔法則[10]，是涉及不安全行為信息挖掘的早期經(jīng)驗(yàn)方法；丁烈云等[11]開展了基于圖示語言的施工工人不安全行為識別、規(guī)律及其矯正研究，在地下工程施工安全管理中取得了非常好的應(yīng)用效果； Cooper[12]通過構(gòu)建人的不安全行為影響因素模型，實(shí)證研究了安全氛圍、危險水平、工作壓力、冒險程度、阻力大小這些因素對員工不安全行為的不同影響作用特征。

3)研發(fā)重大水電工程施工安全生產(chǎn)的多源信息監(jiān)測預(yù)警控制技術(shù)。如目前基于視頻圖像和基于傳感器的實(shí)時監(jiān)控技術(shù)為重大水電工程施工不安全行為提供了技術(shù)保障，但需要一個統(tǒng)一的框架來進(jìn)行智能數(shù)據(jù)分析(IDA)[13]。人工監(jiān)控方法存在消耗大量的人力資源，易疲勞、報警精確度差、誤報和漏報現(xiàn)象多、報警響應(yīng)時間長、錄像數(shù)據(jù)分析困難等弊端。通過采用實(shí)時位置識別監(jiān)控預(yù)警技術(shù)[14]，采集工人特定的行為特征，對不安全行為進(jìn)行識別的判斷是近幾年研究的熱點(diǎn)。

當(dāng)前大型水電工程施工安全生產(chǎn)信息采集和安全風(fēng)險控制，存在2個關(guān)鍵的問題：一是多源信息識別、表征和定位問題，隱患上報時間長，過程繁瑣；二是相應(yīng)的工作流程重構(gòu)問題，傳統(tǒng)的現(xiàn)場安全管理往往責(zé)任落實(shí)不明確，管理制度執(zhí)行效率低，逐層傳達(dá)時效力遞減，施工人員安全意識淡薄等問題。目前這2個問題在水電施工現(xiàn)場都沒有很好解決。文本基于大型水電工程中安全生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)，提出微安全隱患管理機(jī)制，并研發(fā)基于微信的交互軟件系統(tǒng)，并用采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析利用。

1 微安全隱患管理概念

1.1 微安全隱患管理概念

目前，在水電工程施工現(xiàn)場安全隱患管理工作中，由于各地方、各單位信息化應(yīng)用水平不一，常出現(xiàn)手工記錄整理存檔保管不便，數(shù)據(jù)易失真；基于PC的安全信息管理系統(tǒng)，現(xiàn)場作業(yè)條件下實(shí)時使用不便；基于手機(jī)APP，存在適配機(jī)型困難、版本管理復(fù)雜、用戶培訓(xùn)任務(wù)重、使用效率低等問題。

騰訊公司推出微信后，在水電施工現(xiàn)場安全管理人員通過建立微信安全群，有利于提高現(xiàn)場安全隱患發(fā)現(xiàn)，識別效率，但存在隱患信息缺乏系統(tǒng)規(guī)范整理和深入挖掘分析利用，無法自動準(zhǔn)確提供責(zé)任落實(shí)推送服務(wù)。微安全隱患管理的概念就是通過利用微信快速交互的系統(tǒng)特點(diǎn)，在施工現(xiàn)場實(shí)時發(fā)現(xiàn)安全隱患，并且針對隱患，實(shí)時、規(guī)范的給出描述和整改要求，推送給相關(guān)的責(zé)任個人、單位，并且跟蹤整改。實(shí)現(xiàn)安全隱患排查實(shí)時、交互、精益、快捷、扁平化，在此基礎(chǔ)上研發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)，進(jìn)行規(guī)范化管理，從而形成在施工現(xiàn)場，每一個人既是建設(shè)者也是安全隱患的發(fā)現(xiàn)者，安全整改的監(jiān)督者，真正做到人人都是安全員。

1.2 微安全隱患管理機(jī)制

微安全隱患管理機(jī)制(圖1)認(rèn)為工程施工建設(shè)事故的發(fā)生過程是一個反應(yīng)鏈過程中導(dǎo)致的小概率事件，這個反應(yīng)鏈上任一環(huán)節(jié)得到實(shí)時交互閉環(huán)控制，就可以很好地遏制事故的發(fā)生。微安全隱患管理的機(jī)制包含3個方面：精益，實(shí)時采集，對水電工程中的隱患排查治理精確到具體的執(zhí)行、計劃和監(jiān)督者以及隱患發(fā)生的位置，以符合施工建設(shè)精細(xì)安全管理要求；快捷，反饋驅(qū)動，隱患提出上報與整改執(zhí)行者、監(jiān)督者實(shí)現(xiàn)交互實(shí)時反饋機(jī)制，避免在隱患排查的錯誤方向上越走越遠(yuǎn)，消除人力物力浪費(fèi)，通過反饋不斷找到正確的控制策略；扁平，閉環(huán)控制，在安全隱患控制方面從發(fā)現(xiàn)、識別、整改到數(shù)據(jù)挖掘利用一體化持續(xù)循環(huán)，扁平化閉環(huán)管理控制，使安全隱患排查治理得到真正落實(shí)。

圖1 微安全隱患管理機(jī)制示意Fig.1 Schematic of Wesafety management mechanism

通過研發(fā)創(chuàng)建的基于微信的安全隱患排查治理平臺 Wesafety[15]，采用扁平化交互閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)(圖2)及時發(fā)現(xiàn)隱患并采取有效措施從根本上治理，建立起公開透明的責(zé)任落實(shí)和追查機(jī)制，大大降低了施工建設(shè)過程中事故發(fā)生的可能性，保證施工順利進(jìn)行，相比以往的施工管理制度，具有及時性，有效性，公開性等特點(diǎn)。

圖2 微安全扁平化交互流程Fig.2 Wesafety flow chart

2 微安全系統(tǒng)平臺

2.1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

如圖2將整個微安全管理分為上報識別、治理整改、評價分析、反饋利用4個象限上報識別：隱患發(fā)現(xiàn)者通過Wesafety客戶端上報的施工現(xiàn)場的安全隱患信息，云端服務(wù)器解析所述安全隱患信息，以識別所述安全隱患信息的類型和來源，并將解析后的安全隱患信息推送給監(jiān)理人員和管理人員的Wesafety客戶端，監(jiān)理人員收到隱患信息后，根據(jù)信息所描述的類型、位置要素等進(jìn)行排查；治理整改,監(jiān)理人員通過排查，經(jīng)過二次確認(rèn)后確立隱患整改方案上傳云端至指定施工人員，云端服務(wù)器解析信息后同時傳送給施工人員Wesafety客戶端，施工人員接到整改要求后按照整改方案對隱患進(jìn)行整改；評價分析,施工人員將整改治理過后的隱患信息上傳至云端，云端解析后將隱患整改信息推送至管理人員Wesafety客戶端，管理人員對隱患進(jìn)行評價，進(jìn)行評價及選擇性閉合，隱患閉合后，相應(yīng)權(quán)限的業(yè)務(wù)人員可對隱患進(jìn)行分析評價；反饋分析,隨著隱患發(fā)現(xiàn)，整改治理，閉合不斷循環(huán)，治理整改隱患數(shù)量累積，云端服務(wù)器通過對大量隱患數(shù)據(jù)分析利用，統(tǒng)計相應(yīng)指標(biāo)，為日后安全管理工作提供指導(dǎo)。整個流程實(shí)現(xiàn)了人與人，人與物的深層交流，從不同角度、維度不斷落實(shí)隱患治理情況，形成“大環(huán)套小環(huán)”的交互閉環(huán)監(jiān)管象限模式。整個微安全系統(tǒng)邏輯如圖3，包含人機(jī)交互接口和后端云服務(wù)系統(tǒng)，人機(jī)交互接口提供使用者和系統(tǒng)使用的界面，后端云服務(wù)系統(tǒng)為人機(jī)交互接口提供系統(tǒng)服務(wù)。后端云服務(wù)系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集模塊、 數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)處理中心、用戶管理模塊、云推送模塊、數(shù)據(jù)分析和挖掘模塊等。系統(tǒng)中信息數(shù)據(jù)流如下：

1)系統(tǒng)識別上報人，通過系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)的信息(微信-用戶)表，通過微信號識別到用戶。

2)系統(tǒng)識別整改信息，對于整改時間，整改內(nèi)容，進(jìn)行整理分類，然后查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)，得到該隱患相應(yīng)的責(zé)任人列表，調(diào)用微信接口，推送給上一步驟中整理出來的責(zé)任人列表；對于推送未成功的消息列表，加入到延時推送列表，再次嘗試推送；連續(xù)推送3次失敗，不再嘗試推送，系統(tǒng)通知系統(tǒng)管理員進(jìn)行處理。

3)隱患閉合，發(fā)起人根據(jù)整改信息的結(jié)果進(jìn)行評判，對該隱患進(jìn)行閉合處理，從而結(jié)束一個隱患的閉環(huán)處理。

2.2 系統(tǒng)界面與特征

Wesafety隱患排查治理平臺包括“隱患上報”、“隱患處理”和“我的安全”三大功能模塊(圖4)?！半[患上報”包括隱患錄入功能、本單位的隱患信息及使用者的隱患信息查詢功能； “隱患處理”包括動態(tài)查詢、處理中心及趨勢分析3大功能；“我的安全”包括安全教育、群發(fā)通知、考勤簽到、系統(tǒng)反饋、系統(tǒng)幫助等功能。

整個隱患系統(tǒng)具有去中心化、開放性、及時性、信息不可篡改以及實(shí)名性5大特征，使其在復(fù)雜現(xiàn)場安全管理具有天然優(yōu)勢，可以降低安全隱患整改和管理成本，減少對安全隱患排查治理的不信任，讓現(xiàn)場安全隱患處理更加透明便利。

3 工程實(shí)踐

3.1 系統(tǒng)構(gòu)架解析實(shí)例

微安全系統(tǒng)在某水電站實(shí)踐中應(yīng)用解析過程如下：

1)如圖5所示，2016年1月2日中午某施工局王工發(fā)現(xiàn)2號排水洞出口有部分巖石破碎條件，希望得到支護(hù)，防止變形。

2)利用Wesafety客戶端編輯該隱患的圖片、位置、整改要求、整改期限、接收人數(shù)等上報至云服務(wù)端。

3)云服務(wù)端通過數(shù)據(jù)解析將該隱患的詳細(xì)內(nèi)容發(fā)送到相關(guān)責(zé)任人的Wesafety客戶端。

4)相關(guān)責(zé)任人呂工接到微信通知后，準(zhǔn)備隱患排查整改，組織現(xiàn)場實(shí)地考察后，組織上報。

圖3 微安全邏輯架構(gòu)Fig.3 Wesafety logical framework

圖4 Wesafety系統(tǒng)主要界面Fig.4 Wesafety main windows

圖5 安全隱患排查治理實(shí)例解析Fig.5 Case analysis of investigation and management of hidden danger

5)由設(shè)計代表處于1月7日下發(fā)工程設(shè)計更改通知，包括具體的變更原因、變更內(nèi)容、相關(guān)圖紙和主要工程量變更等相關(guān)要求通過Wesafety客戶端上報至云服務(wù)器。

6)隨后，王工收到了云服務(wù)器發(fā)來的整改信息，確認(rèn)整改落實(shí)，將整個隱患閉合。從以上實(shí)例可以看出Wesafety的架構(gòu)簡潔明了，建立了問題發(fā)現(xiàn)者與隱患負(fù)責(zé)人的有效溝通。解決問題能力強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)隱患后建立了相關(guān)責(zé)任人的直接聯(lián)系，方便隱患排查落實(shí)，省去了較為繁瑣的中間過程。由于平臺的公開性，相關(guān)負(fù)責(zé)人受到領(lǐng)導(dǎo)和管理層的扁平化管理，在接到推送通知后負(fù)責(zé)人會采取相應(yīng)的措施對隱患及時處理，避免安全事故，公開整改結(jié)果，各方人員實(shí)時追蹤整改質(zhì)量，形成有效監(jiān)管，便于提高安全管理效率。

3.2 應(yīng)用實(shí)例效果分析

某水電站為世界級巨型水電站，工程規(guī)模巨大，施工工期長，人員、設(shè)備流動性強(qiáng)，高風(fēng)險作業(yè)項(xiàng)目點(diǎn)多面廣，環(huán)境復(fù)雜多變，安全隱患種類繁多且高發(fā)頻繁。一旦出現(xiàn)大的安全事故，不但帶來重大的直接經(jīng)濟(jì)損失，也會影響工程施工進(jìn)度。本系統(tǒng)[15]自2015年9月正式上線以來，截止2017年3月5日已累計使用單位20余家，活躍用戶400余人，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場隱患共計24 675條，整改閉合24 545條。系統(tǒng)有效使用比例達(dá)到97.7%。

截至2017年3月5日，某水電站平臺共收到24 675條上報隱患，并收到25 662次隱患整改信息，平均每條上報隱患進(jìn)行1.04次整改。隱患整改時間縮減：從2015年9月份運(yùn)行至2017年2月，各月從發(fā)現(xiàn)隱患到隱患整改所需平均時間分別為3.34，2.52，2.21 d等效率逐漸提升，并維持在2.5 d左右(圖6)。從表1可知整改及時率和月隱患排查率分別提高30%，31%，事故傷亡率降低62.5%。效果明顯的原因：Wesafety逐步得到參建各方人員的認(rèn)可，加快了隱患排查治理工作效率；隱患實(shí)時公開對相關(guān)負(fù)責(zé)人形成無形的壓力，相關(guān)負(fù)責(zé)人對隱患排查治理整改主動性加強(qiáng)；安全意識加強(qiáng)，管理理念發(fā)生轉(zhuǎn)變，參建各方，特別是施工方是隱患發(fā)現(xiàn)和整改的主力軍，并逐步形成以“安全為了我，我要抓安全”為主題的管理層與員工良性互動的安全管理理念。

圖6 某水電站安全隱患統(tǒng)計分析Fig.6 Hidden danger analysis of a hydropower project

通過平臺數(shù)據(jù)分析：排名前三的隱患為觸電、高空墜落和物體打擊，分別占22%，19%，14%。建設(shè)現(xiàn)場業(yè)主根據(jù)隱患數(shù)據(jù)分析，總結(jié)信息所反饋重要隱患常見類型和易發(fā)生的時間、地點(diǎn)，制定了規(guī)章制度，規(guī)范安全管理辦法，從制度層面源頭上杜絕安全隱患發(fā)生，防患于未然。

表1 某水電站應(yīng)用效果分析

4 結(jié)論

1)提出了微安全隱患管理概念和實(shí)時交互閉環(huán)控制的微安全機(jī)制，形成了精益、快捷、扁平管理模式，開發(fā)了微安全Wesafety軟件系統(tǒng)，具有去中心化、開放性、及時性、信息不可篡改以及實(shí)名性等5大特征。

2)通過應(yīng)用實(shí)踐顯示上報效率顯著提升，大大降低安全隱患整改和管理成本；減少對安全隱患排查治理的不信任，讓現(xiàn)場安全隱患處理更加透明便利，建立了很好的責(zé)任落實(shí)機(jī)制，從而提升了現(xiàn)場隱患排查治理整改質(zhì)量和效率。

3)通過對大量的隱患數(shù)據(jù)和整改方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘可知，實(shí)現(xiàn)有針對性的預(yù)警、安全績效評估及對安全管理工作流程優(yōu)化重構(gòu)，為將來的隱患排查治理工作提供了方法論。

[1] 林澤炎. 工業(yè)事故發(fā)生規(guī)律及其對策探討[J]. 中國勞動, 1995(3):3.

LIN ZeYan. Discussion on the law of industrial accidents and its countermeasures [J]. China Labor, 1995(3):3.

[2] 周剛, 程衛(wèi)民, 諸葛福民,等. 人因失誤與人不安全行為相關(guān)原理的分析與探討[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報, 2008, 18(3):10-14.

ZHOU Gang, CHENG Weimin, ZHUGE Fumin, et al. Analysis and discussion of the correction between human error and unsafe behavior[J]. China safety science journal, 2008, 18(3): 10-14.

[3] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局調(diào)度統(tǒng)計司. [EB/OL][2005-2016].www.Chinasafety.goc.cn.

[4] Qian Q H, Lin P. Safety risk management of underground engineering in China: Progress, challenges and strategies[J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,2016, 423-442.

[5] Johnson S E, Hall A. The prediction of safe lifting behavior: An application of the theory of planned behavior[J]. Journal of Safety Research, 2005, 36(1):63-73.

[6] Brown K A, Willis P G, Prussia G E. Predicting safe employee behavior in the steel industry: Development and test of a sociotechnical model[J]. Journal of Operations Management, 2000, 18(4):445-465.

[7] 朱淵岳,付學(xué)華,李克榮,等.改進(jìn)LEC法在水利水電工程建設(shè)期危險源評價中的應(yīng)用. 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù), 2009,5(4):51-54.

ZHU Yuanyue, FU Xuehua, LI Kerong, et al. Application of improved LEC method to hazard assessment in construction period of hydraulic engineering project[J]. Journal of Safety Science and Technology, 2009,5(4):51-54.

[8] 楊文濤，朱淵岳，萬志鴻. 水電工程地下洞室施工作業(yè)職業(yè)危害及控制[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù), 2011,7(9):126-129.

YANG Wentao, ZHU Yuanyue, WAN Hongzhi. Occupational hazards analysis and control on underground construction of hydropower engineering [J]. Journal of Safety Science and Technology, 2011,7(9):126-129.

[9] 孫紹榮, 齊麗萍. 行為控制機(jī)制與行為管理制度的數(shù)學(xué)模型新進(jìn)展[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報, 2004, 26(1):47-52.

SUN Shaorong, QI Liping. Developments of mathematical models of behavior control mechanism and behavior management system[J]. journal of University of Shanghai for Science and Technology, 2004, 26(1):47-52.

[10] Heinrich H W, Petersen D, Roos N. Industrial accident prevention[M]. New York: McGraw-Hill, 1950.

[11] Ding L Y, Guo S Y. A Big Data-Based Workers Behavior Observation in China Metro Construction[A]. Creative Construction Conference[C], 2015.

[12] M.D.,Cooper Ph.D.Towards a Model of Safety Culture[J]. Safety Science,2000(36):111-136.

[13] El-Gohary N M, El-Diraby T E. Domain ontology for processes in infrastructure and construction [J]. Journal of Construction Engineering and Management, 2010.

[14] Lin P, Li Q, Fan Q, et al. A real-time location-based services system using WiFi fingerprinting algorithm for safety risk assessment of workers in tunnels [J]. Mathematical Problems in Engineering, 2014.

[15] 林鵬,高向友,汪志林. 基于微信的大型土木工程施工安全隱患管理方法及系統(tǒng)[P]. 中國專利：CN 201510845843.62015-11-27.