人-機(jī)-環(huán)境中的在線安全監(jiān)控策略研究

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(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所，杭州 310012)

引 言

施工升降機(jī)是建筑工地垂直通道上運(yùn)載人員和貨物的建筑設(shè)備。當(dāng)前對(duì)建筑工地的施工升降機(jī)的監(jiān)管仍處于監(jiān)管方式較落后、監(jiān)管無(wú)法全面覆蓋和靠人力監(jiān)管的現(xiàn)狀，存在無(wú)法有效監(jiān)管到位的問(wèn)題。因監(jiān)管方式的滯后、失控、不全面和缺失等原因?qū)е轮卮蟀踩a(chǎn)事故頻發(fā)[1-2]，造成了重大的社會(huì)影響和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

通過(guò)對(duì)施工升降機(jī)安全事故的分析、總結(jié)，施工升降機(jī)事故原因可以概括為三個(gè)方面：人的不安全行為、機(jī)的不安全狀態(tài)和環(huán)境的不安全因素。本文建立了從 “人的行為”、“機(jī)的狀態(tài)”和“環(huán)境因素”三個(gè)方面集合的施工升降機(jī)安全監(jiān)控模型，提出了一種將“人的不安全行為”和“機(jī)的不安全狀態(tài)”列為重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象的施工升降機(jī)在線安全監(jiān)管策略。該策略采用在線安全監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，形成大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)體系和新的管理模式，預(yù)防施工升降機(jī)安全事故，提高原有的施工升降機(jī)系統(tǒng)的安全性和可靠性，提高建筑工地現(xiàn)場(chǎng)“人的不安全行為”、“機(jī)的不安全狀態(tài)”和“環(huán)境的不安全因素”的綜合安全管理水平。

1 施工升降機(jī)安全監(jiān)控模型

施工升降機(jī)監(jiān)控模型可簡(jiǎn)化為人-機(jī)-環(huán)境模型，如圖1所示。

圖1 施工升降機(jī)安全監(jiān)控模型

由人、機(jī)、環(huán)境三大要素組成的升降機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)模型，系統(tǒng)中的“人”包括施工升降機(jī)駕駛?cè)藛T、管理人員和維修保養(yǎng)人員；“機(jī)”是指人所操控管理的施工升降機(jī)的總稱；“環(huán)境”是指人和施工升降機(jī)共處的特定工作環(huán)境。它們是相互作用、相互影響，組成特定功能的復(fù)雜集合體，稱為傳統(tǒng)的監(jiān)控模型[3]。

采用的在線安全管理系統(tǒng)屬于后裝系統(tǒng)，對(duì)原有的施工升降機(jī)設(shè)備無(wú)須進(jìn)行改造，也不改變?cè)械目刂?管理的流程。其實(shí)質(zhì)是加強(qiáng)對(duì)人和機(jī)的監(jiān)控，提高傳統(tǒng)的監(jiān)控模型的安全性和可靠性，同時(shí)提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，記錄了系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)，存儲(chǔ)了大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為形成新的監(jiān)控服務(wù)模式提供了數(shù)據(jù)支撐。

2 施工升降機(jī)在線安全監(jiān)控系統(tǒng)

目前的升降機(jī)安全監(jiān)控管理[4]是一個(gè)人工的系統(tǒng)，沒(méi)有使用到信息化的設(shè)備，針對(duì)施工升降機(jī)的使用流程主要涉及的環(huán)節(jié)如圖2所示。

圖2 施工升降機(jī)使用流程

現(xiàn)有的施工升降機(jī)也已經(jīng)采取了一些有效的安全防護(hù)手段，但對(duì)現(xiàn)有的安全防護(hù)設(shè)施、計(jì)量維保、監(jiān)督檢查等卻沒(méi)有相應(yīng)的信息化監(jiān)控手段，人工檢查雖然能夠在一定程度上避免安全防護(hù)設(shè)施損壞、維保不到位等問(wèn)題的發(fā)生，但實(shí)時(shí)性不夠、覆蓋面不寬，無(wú)法達(dá)到有效監(jiān)控的目的。

針對(duì)圖2的業(yè)務(wù)流程，建立施工升降機(jī)在線安全監(jiān)控系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 施工升降機(jī)在線安全監(jiān)控系統(tǒng)

以工地為單位，在每個(gè)施工升降機(jī)中安裝在線監(jiān)控設(shè)備。在線監(jiān)控設(shè)備通過(guò)2G/3G/4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。租賃/維保單位、施工單位、安監(jiān)部門(mén)、工地安全員以及手機(jī)移動(dòng)客戶按照權(quán)限訪問(wèn)相應(yīng)的業(yè)務(wù)單元，開(kāi)展相關(guān)工作。

3 在線安全監(jiān)控策略

參考文獻(xiàn)[5]詳細(xì)分析和設(shè)計(jì)了升降機(jī)吊籠的重量信號(hào)采集模塊、加速度采集模塊、樓層呼叫接收模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、遠(yuǎn)程通信模塊等各部分功能電路。詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的重量、加速度信號(hào)數(shù)據(jù)采集、處理和修正的方法、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)存、遠(yuǎn)程通信的實(shí)現(xiàn)等。參考文獻(xiàn)[6]主要針對(duì)施工升降化載員、載重兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)。參考文獻(xiàn)[7]圍繞溫度信號(hào)采集部分、水平傾斜角度采集部分、電氣控制回路狀態(tài)采集部分、人機(jī)交互環(huán)境設(shè)計(jì)、樓層呼叫功能設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程通信部分設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面展開(kāi)。參考文獻(xiàn)[8]的維修保養(yǎng)閉環(huán)管理功能主要將吊籠升降結(jié)束瞬間采集、上報(bào)施工升降機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障數(shù)據(jù)，以短消息的方式將遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的指令轉(zhuǎn)發(fā)至維保人員手機(jī)。維保人員執(zhí)行維保指令后通過(guò)觸摸屏向遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)反饋維保落實(shí)信息。

上述參考文獻(xiàn)[5-7]中提到的系統(tǒng)，對(duì)施工升降機(jī)的監(jiān)管對(duì)象重點(diǎn)仍在“機(jī)的不安全因素”，沒(méi)有加強(qiáng)對(duì)人的監(jiān)管。參考文獻(xiàn)[8]對(duì)“人的不安全行為”和“機(jī)的不安全狀態(tài)”都進(jìn)行了有益的研究，采用指紋識(shí)別[9]的方式識(shí)別駕駛?cè)藛T，但對(duì)事故多發(fā)、易發(fā)的施工升降機(jī)安裝、加高、拆卸階段的監(jiān)管沒(méi)有涉及。

因此本文提出一種將“人的不安全行為”和“機(jī)的不安全狀態(tài)”列為重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象的施工升降機(jī)在線安全監(jiān)管策略。該策略如圖4所示。

圖4 施工升降機(jī)在線安全監(jiān)管策略

圖6 維保流程

該策略將與施工升降機(jī)有關(guān)聯(lián)的駕駛員、工地安全員、租賃公司人員、維保人員全部納入到系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)管，有效地管控“人的不安全行為”。同時(shí)將“機(jī)的不安全狀態(tài)”也納入監(jiān)管。該策略的要點(diǎn)在于生物特征識(shí)別[10]的實(shí)名制管理業(yè)務(wù)流程。生物特征識(shí)別流程如圖5所示。通過(guò)實(shí)時(shí)比對(duì)司機(jī)的生物特征信息，排除非法司機(jī)和非法操作施工升降機(jī)的現(xiàn)象，達(dá)到在線監(jiān)管施工升降機(jī)的目的。

圖5 生物特征識(shí)別過(guò)程

生物特征識(shí)別有指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別以及上述幾種的復(fù)合識(shí)別。各地的監(jiān)管應(yīng)用因地制宜，因此采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口接入，分不同的數(shù)據(jù)庫(kù)管理各種生物特征，從而利于推廣和綜合使用。

升降機(jī)的使用過(guò)程中，維保是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，但維保作假現(xiàn)象比較普遍，難于監(jiān)管。本系統(tǒng)建立維保管理模塊，保障升降機(jī)的維保工作落到實(shí)處。施工升降機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)備安裝的時(shí)間和使用的情況，定期向維保單位發(fā)送維保提醒。維保人員則需要持證到現(xiàn)場(chǎng)維保，維保結(jié)束后，需要在監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行登記。登記后，維保的結(jié)果會(huì)發(fā)送給項(xiàng)目部的管理人員，項(xiàng)目部的人員核實(shí)后，一次維保過(guò)程完成。維保流程如圖6所示。

同時(shí)，加節(jié)加高、拆卸和轉(zhuǎn)場(chǎng)也納入監(jiān)管中。當(dāng)安裝人員把升降機(jī)安裝完畢、加節(jié)加高和轉(zhuǎn)場(chǎng)后，需要在此系統(tǒng)中確認(rèn)。由于維保人員需要持證到現(xiàn)場(chǎng)維保，同時(shí)維保記錄實(shí)時(shí)在系統(tǒng)中能夠體現(xiàn)，大大減少維保作假的可能。維保過(guò)程中出現(xiàn)異常狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)鎖車，需派人到現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)通過(guò)后才能開(kāi)車。安裝、加節(jié)加高、拆卸和轉(zhuǎn)場(chǎng)過(guò)程中，系統(tǒng)嚴(yán)禁施工升降機(jī)運(yùn)行，保證安全。

4 在線安全監(jiān)控設(shè)備

為實(shí)現(xiàn)上述的在線安全監(jiān)控策略，研發(fā)了安裝于施工升降機(jī)的在線安全監(jiān)控設(shè)備。圖7為施工升降機(jī)在線安全監(jiān)控設(shè)備示意圖。

圖7 施工升降機(jī)在線安全監(jiān)控設(shè)備功能框圖

監(jiān)控設(shè)備可實(shí)現(xiàn)以下功能：駕駛員專人專崗管理、身份識(shí)別(生物特征識(shí)別/刷卡)、防墜器的檢定管理、整機(jī)復(fù)檢的管理、安裝和維保管理、安全員管理、駕駛員在位檢測(cè)、防墜器在位檢測(cè)、人數(shù)識(shí)別模塊、防沖頂保護(hù)、運(yùn)行速度、運(yùn)行高度、頂升高度設(shè)置、可設(shè)定范圍的頂層底層預(yù)警和報(bào)警、吊籠載荷稱重、風(fēng)速顯示、傾角顯示、樓層呼叫、樓層顯示、光電及語(yǔ)音報(bào)警、遠(yuǎn)程傳輸、支持遠(yuǎn)程參數(shù)的查看和配置、升降機(jī)狀態(tài)(進(jìn)料門(mén)、出料門(mén)、上下限位、天窗斷繩等保護(hù)開(kāi)關(guān)、上下行)、自檢功能、可判別外部供電和蓄電池供電、實(shí)時(shí)檢測(cè)電源電壓，具有過(guò)壓、低壓保護(hù)功能、可檢測(cè)鉛酸蓄電池的壽命，提醒維保人員更換蓄電池。

5 監(jiān)控管理平臺(tái)

遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)由應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器以及Web瀏覽器組成[12]。在線安全監(jiān)管設(shè)備通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)通信，發(fā)送施工升降機(jī)的工作狀態(tài)信息、人員信息到遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)，接收遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)的遠(yuǎn)程控制指令。用戶通過(guò)登錄遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)查詢、管理和控制施工升降機(jī)的狀態(tài)。根據(jù)功能需求，施工升降機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)為使用者提供了互動(dòng)管理界面。

6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)在線安全監(jiān)控策略，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備安裝在杭州市某建筑企業(yè)施工升降機(jī)吊籠內(nèi)，如圖8所示。

圖8(a)是由控制主板和各功能模塊組合而成的主機(jī)設(shè)備。圖8(b)是監(jiān)控設(shè)備的顯示器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，因施工升降機(jī)頻繁的通斷電，還必須要有不間斷電源箱，如圖8(c)。圖8(d)是虹膜和人臉復(fù)合識(shí)別系統(tǒng)。圖9為系統(tǒng)安裝在升降機(jī)司機(jī)內(nèi)的顯示器。

圖8 施工升降機(jī)在線安全監(jiān)控設(shè)備

圖10為平臺(tái)的登錄界面。圖11為系統(tǒng)首頁(yè)的界面。圖12為系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)模擬施工升降機(jī)運(yùn)行的界面。

系統(tǒng)使用結(jié)果表明：工地現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備能夠正確采集司機(jī)、安全員和維保人員的生物特征信息，采集施工升降機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息與故障數(shù)據(jù)，保持與應(yīng)用服務(wù)器正常通訊，具備遠(yuǎn)程鎖車/遠(yuǎn)程解鎖的功能；應(yīng)用服務(wù)器能夠正確解析、存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端上報(bào)的數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地發(fā)送和接收維保指令；管理人員能夠通過(guò)網(wǎng)站對(duì)所屬施工升降機(jī)的維保情況進(jìn)行有效監(jiān)管。該系統(tǒng)還包含當(dāng)前政府監(jiān)管部分的業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)了工地安監(jiān)的信息化和智能化。

圖9 系統(tǒng)顯示器

圖10 平臺(tái)登錄界面

圖11 運(yùn)行界面

圖12 施工升降機(jī)動(dòng)畫(huà)

結(jié) 語(yǔ)

本文從人-機(jī)-環(huán)境方面建立了施工升降機(jī)安全監(jiān)控模型，提出了一種將“人的不安全行為”和“機(jī)的不安全狀態(tài)”列為重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象的施工升降機(jī)在線安全監(jiān)管策略及系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了在線安全監(jiān)控系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)的總體架構(gòu)，闡明了系統(tǒng)的硬件設(shè)備和軟件流程，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。系統(tǒng)針對(duì)當(dāng)前普遍存在的駕駛員識(shí)別不利于現(xiàn)場(chǎng)快速調(diào)查取證和人員排查的情況，采用生物識(shí)別技術(shù)統(tǒng)一接口提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和兼容性。同時(shí)對(duì)事故多發(fā)、易發(fā)的施工升降機(jī)安裝、加高、拆卸階段的問(wèn)題，進(jìn)行了深入研究并納入監(jiān)管。

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