基于信息技術的數(shù)字安全管理系統(tǒng)在公路工程中的應用研究

朱子翔

（浙江交工集團股份有限公司，浙江杭州 310051）

0 引言

近年來，我國安全生產事故總體上有所下降，但事故數(shù)量、死亡人數(shù)有所上升（圖1）。過去積累的傳統(tǒng)風險并沒有完全消除，新的風險還在不斷涌現(xiàn)，在快速發(fā)展的新階段、新理念、新格局之中，對現(xiàn)階段的安全生產提出了更高的要求，安全生產工作仍處于爬坡過坎期[1]。

圖1 房屋市政工程生產安全事故統(tǒng)計

在公路工程中，由于工程建設具有施工周期長、線路多、施工面廣、現(xiàn)場環(huán)境復雜、影響因素多等特點[2-3]，使得安全管理工作復雜困難：各企業(yè)很難快速掌握各項目安全狀況，對風險隱患進行分級管控，做到有針對性地實時動態(tài)管控；安全技術交底不直觀，一線施工人員理解記憶難；現(xiàn)場人員對風險隱患認識不深刻、不全面，安全意識薄弱；施工現(xiàn)場安全防護標準化程度不高，容易存在安全隱患；一線人員需要進行復雜繁瑣的數(shù)據(jù)填報工作，工作效率低。

當前我國大力發(fā)展信息化技術，為適應時代變化，創(chuàng)新采用信息化管理手段，研發(fā)一套基于信息技術的數(shù)字安全管理系統(tǒng)，以滿足項目及企業(yè)需求，解決現(xiàn)有安全管理中存在的問題。

1 數(shù)字安全的提出

1.1 數(shù)字安全概念

數(shù)字安全是當代社會發(fā)展的產物，以“用最低成本實現(xiàn)安全事故零發(fā)生”為目標，以“以人為本，生命至上為核心的工程安全管理理論體系”為基礎，利用“云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、人工智能、BIM”等各種數(shù)字技術為支撐[1]，貫穿工程建設全過程，連接安全生產全要素，從而創(chuàng)新安全監(jiān)管體系，構建一個符合新時代發(fā)展的安全監(jiān)管模式。

1.2 數(shù)字安全的特征

1.2.1 數(shù)字化

利用信息技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲存、處理和反饋，打通不同參與方、不同層級的數(shù)據(jù)連接，避免信息孤島。提高信息傳遞的效率，確保數(shù)據(jù)的準確性，使安全生產工作線上無紙化辦公，數(shù)字信息化管理。

1.2.2 實時性

通過將工程項目主體、人員、施工機械、各種監(jiān)測監(jiān)控設備等進行集成連接，對施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時監(jiān)測采集，保證數(shù)據(jù)的實時性、準確性和有效性，實現(xiàn)動態(tài)實時監(jiān)管，提高安全監(jiān)管效率。

1.2.3 智能化

利用人工智能對數(shù)據(jù)信息進行深度認知學習，運用技術與算法邏輯進行探索，智能交互，建立各種數(shù)據(jù)分析模型，智能評估、預測和決策，提高安全管理科學分析和決策能力。

2 數(shù)字安全管理系統(tǒng)的應用

在公路工程建設過程中，充分利用信息化，研發(fā)建立一套“BIM+安全信息化”的數(shù)字安全管理系統(tǒng)，對工程項目實時監(jiān)測，使管理者對項目安全狀況與后期安全發(fā)展趨勢清晰明了。通過系統(tǒng)實時辨別風險隱患，對風險分級管控，基于大數(shù)據(jù)進行安全管理決策，減少人為因素對安全管理的影響，確保項目工程安全全程可管控。

系統(tǒng)設計采用目前先進的SOA（面向服務的體系結構）架構，通過接口和協(xié)議整合各類相關系統(tǒng)，基于各種服務組件，多層、分布式部署，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，集中存儲項目建設過程中產生的各類數(shù)據(jù)信息。

整個系統(tǒng)架構從邏輯上分為數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)服務層、核心框架層、模型平臺層、應用層、網(wǎng)絡層和展現(xiàn)層，以通用性、穩(wěn)定性定層次，同一層次以功能劃分，以上層服務為導向，逐級設計，逐步細化平臺組件的顆粒度。

（1）數(shù)據(jù)源采用主流常用的數(shù)據(jù)庫，包括關系數(shù)據(jù)庫MySQL、鍵/值數(shù)據(jù)庫Redis、搜索引擎ElasticSearch、文檔數(shù)據(jù)庫MongoDB[4]。

（2）數(shù)據(jù)服務層由風險隱患數(shù)據(jù)庫、可視化技術交底數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫等各種數(shù)據(jù)庫組成。

（3）核心框架層則包括了各類服務組件：數(shù)據(jù)可視化組件、BIM+GIS 圖形引擎組件等。

（4）模型平臺層分為3 個模型：BIM 模型、數(shù)據(jù)模型、業(yè)務模型。BIM 模型對應的平臺關系是進行BIM 模型輕量化展示等管理，數(shù)據(jù)模型對應平臺關系包括大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、決策輔助等[5]，而業(yè)務模型對應的平臺關系則是系統(tǒng)管理。

（5）應用層是整個系統(tǒng)的功能應用，分為4 個類型：系統(tǒng)管理，項目數(shù)據(jù)錄入的入口；BI 數(shù)據(jù)看板，各類數(shù)據(jù)可視化展示；現(xiàn)場管理模塊，現(xiàn)場安全管理相關功能應用；資料庫模塊，相關資料文件數(shù)據(jù)的存儲、搜索與查詢。

（6）網(wǎng)絡層是系統(tǒng)網(wǎng)絡部署形式，主要采用HTTPS 協(xié)議和Nginx/WSGI 反向代理。

（7）展現(xiàn)層則是系統(tǒng)在使用客戶中的展現(xiàn)形式，主要采用市場最受歡迎的主流形式：網(wǎng)頁端、手機移動端、大屏展示端。

2.1 安全風險評估電子沙盤

通過進行安全風險評定，展現(xiàn)各施工階段不同等級安全風險情況，有效管控區(qū)域安全風險[6]。實時展示全線不同等級風險分布情況，體現(xiàn)風險等級、風險類型、風險位置，并對風險情況進行描述，同步展示每一條風險點對應的風險管控措施及風險預控措施等。安全風險評估電子沙盤可以實現(xiàn)分層級、多項目同時管控。

2.1.1 集團、子分公司層級

集團、子分公司層級電子沙盤看板能夠展現(xiàn)集團或子分公司所有在建并錄入系統(tǒng)中的項目的安全風險信息總體情況，包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)總覽、風險源等級統(tǒng)計、風險源占比統(tǒng)計、風險情況應對概覽及當月重點關注風險源列表等，并且可以查看各項目所在地理位置的分布圖（圖2）。通過分布圖可以快速知曉各項目具體所在位置以及各區(qū)域項目分布情況，查詢相關項目的工程概況、風險源管控情況、各時間階段不同等級風險分布情況等信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多項目同時監(jiān)管。

圖2 安全風險評估電子沙盤

2.1.2 項目部層級

項目部層級則實現(xiàn)了單項目的安全監(jiān)管，在地圖中展現(xiàn)項目路線整體走向以及各單位工程路線所在具體位置，可以查看項目整體概況信息，包括項目類型、項目負責人、項目造價、項目建設周期、建設單位、設計單位、監(jiān)理單位、施工單位以及項目簡介等具體信息，幫助管理者快速了解項目信息。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計看板中可以快速查看該項目的風險源信息總覽，包括風險源統(tǒng)計概況、風險源等級統(tǒng)計概況、風險源占比統(tǒng)計概況。風險源統(tǒng)計概況中將要施工風險源數(shù)量根據(jù)施工計劃統(tǒng)計下個月將要施工的工程存在的風險源數(shù)量（圖3）。

圖3 項目安全風險電子沙盤

查看未管控風險源可以快速定位風險源的準確地理位置，以及每個風險源的具體信息，幫助管理人員精準管控。所有風險源隨工程施工進展及現(xiàn)場巡檢管控情況動態(tài)實時變化，實現(xiàn)風險源的動態(tài)管理。同時將風險清單、措施清單、責任清單相關聯(lián)，在風險源列表中可以詳細查看所有風險源的具體信息，包括風險等級、風險類型、事故類型、對應的責任人、風險源相關的資料附件、對應的措施清單以及風險源在地圖上的準確地理位置（圖4）。風險源根據(jù)風險等級可分為低風險源、一般風險源、較大風險源、重大風險源，按不同顏色在具體線路位置上進行標注[7]，方便管理人員對每個風險源進行快速精準定位。通過現(xiàn)場安全巡檢數(shù)據(jù)填報，可以實時查看每個風險源對應的措施是否防控到位，對于未防控到位的風險源，系統(tǒng)會根據(jù)施工計劃提前將安全作業(yè)任務等信息發(fā)送至相關責任人手機中，提醒相關人員注意。

圖4 風險源詳細信息

2.2 可視化安全技術交底庫

傳統(tǒng)技術交底采用文字交底、會議交底、口頭交底等形式[8]，交底內容表達不直觀、不形象，很難表達清楚一些重難點、復雜點，造成一線施工人員對交底的內容理解不夠透徹。并且傳統(tǒng)的交底形式較為枯燥，施工人員對交底內容印象不深刻，時間長后容易逐漸遺忘。且施工現(xiàn)場人員變動頻繁，對于新進場的人員需要重新技術交底，交底工作量大。

可視化安全技術交底庫將交底形式進行創(chuàng)新（圖5），采用可視化的動畫視頻的形式進行技術交底，能夠生動形象、直觀地表現(xiàn)交底內容，有助于施工人員對技術交底內容的理解。同時動畫視頻的形式表現(xiàn)內容豐富多彩，能加深施工人員對交底內容的印象，避免遺忘過快。尤其是對于新進場的施工人員，通過觀看視頻進行交底，既能快速理解掌握交底內容，同時也能減少頻繁交底的工作量，使交底更高效。

圖5 可視化安全技術交底庫

2.3 安全設施標準庫

施工現(xiàn)場安全防護標準化是保證施工現(xiàn)場安全的關鍵，防護不標準很容易造成安全隱患。施工現(xiàn)場安全防護往往沒有標準化的參照對象，因此在防護時很容易因為人為疏忽造成安全防護標準化不高，埋下安全隱患。此外，安全管理人員在現(xiàn)場巡檢時因為個人專業(yè)知識水平不同，對不標準的安全防護巡檢能力也不同，尤其是剛入職的新員工，相關專業(yè)知識不足，在巡檢時因為沒有對比標準，對于防護是否標準很難判斷，因此易忽視不標準的安全防護。

安全設施標準庫利用BIM 技術創(chuàng)建標準化的三維模型，1：1還原標準的安全防護，包括防護設置距離、尺寸，警示標志設置類型、位置等。經(jīng)過輕量化處理后，使BIM 三維模型能夠在移動端查看。施工人員在現(xiàn)場防護時參照相應的三維模型進行防護設置，安全管理人員在安全巡檢時以三維模型作為檢查對比標準，將模型中的構件與現(xiàn)場實際防護一一進行對比，對不標準的地方能夠快速發(fā)現(xiàn)，避免遺漏，使安全防護更標準。

2.4 隱患排查與治理

安全巡檢時對隱患部位進行拍攝，下發(fā)整改單，責任人進行整改，整改完成后安全員進行復查，自動生成臺賬和整改單[9-10]。整個過程利用手機小程序或APP 實現(xiàn)移動端操作，避免了電腦端繁瑣的數(shù)據(jù)填報工作。

在系統(tǒng)中錄入問題清單、隱患清單等，在現(xiàn)場巡檢拍照后直接選擇相應的問題或隱患，系統(tǒng)自動關聯(lián)對應的整改意見。對于清單中沒有的問題或隱患，可以自定義編輯，編輯過后相關的問題或隱患及對應的整改意見會自動存入數(shù)據(jù)庫中，方便下次遇到同類問題或隱患時可以直接選擇，盡可能減少施工人員工作量。

利用手機定位結合電子沙盤中的路線位置信息或BIM 模型，在現(xiàn)場手機填報時，當問題或隱患需要關聯(lián)構件時，可根據(jù)手機定位自動檢測出定位附近的所有構件信息，巡檢人員只需在檢測出的構件中選擇相應構件即可。

在數(shù)據(jù)看板中，將填報的問題或隱患根據(jù)問題（隱患）等級、未整改、已整改等進行統(tǒng)計，對于延期未整改的問題（隱患），系統(tǒng)會進行警報預警，同時將整改提醒發(fā)送至相關責任人的手機中，提醒其及時進行問題（隱患）整改。

2.5 應急中心

建立應急中心，對每個項目的應急預案、應急倉庫、應急物資、應急人員等進行統(tǒng)一管理。在電子沙盤中顯示每個應急倉庫的位置，同時將應急預案、應急物資、應急人員錄入到系統(tǒng)中。在手機程序中設置一鍵報警功能，當現(xiàn)場施工人員發(fā)生事故時可以快速報警，安全指揮中心會第一時間報警警示，并根據(jù)報警手機定位在地圖上顯示事故發(fā)生地點，幫助管理人員快速定位事故地點、了解事故詳情。同時系統(tǒng)還會將相關事故信息傳遞給距離事故點最近的應急倉庫和應急人員，使應急人員和物資能第一時間到達事故現(xiàn)場，節(jié)省救.時間。此外，系統(tǒng)還會將應急預案、應急措施等相關應急信息發(fā)送至遇險人員的手機中，遇險人員可以根據(jù)應急措施在應急人員和物資到來之前進行應急自救，避免遇到二次傷害，盡可能保證自身安全。

對應急倉庫中的應急物資進行登記統(tǒng)計，包括應急物資的種類、數(shù)量、使用有效期等，每次物資使用后物資信息都會實時更新。對于數(shù)量少于規(guī)定數(shù)量、使用有效期臨近需要更換的物資，系統(tǒng)會進行警示，提醒管理人員及時補充、更換應急物資，保證應急物資的充足性和有效性。

對每次應急活動記錄備案，實現(xiàn)應急資源可管理、應急事件可追溯、搶險過程可指揮、事后評估有依據(jù)。

2.6 安全監(jiān)控中心

利用各種監(jiān)測傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、攝像頭、可穿戴設備、無人機等實現(xiàn)施工現(xiàn)場風險隱患實時監(jiān)控，同時通過定位做到人員、設備的監(jiān)控，在監(jiān)控大屏中實時顯示監(jiān)控信息，包括視頻監(jiān)控畫面、監(jiān)測傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)、人員設備位置信息等。對傳感器監(jiān)測超過安全閾值的數(shù)據(jù)信息進行警報預警，提醒管理人員做好相應的預防措施。對安全隱患做到提前發(fā)現(xiàn)、提前預警、提前防控，避免風險轉化成隱患、隱患轉化成事故。

3 結語

數(shù)字安全是未來工程建設安全行業(yè)的發(fā)展趨勢，公路工程行業(yè)數(shù)字化發(fā)展相對較晚，尚處在起步階段，在當前新發(fā)展階段、新發(fā)展理念、新發(fā)展格局形勢下，安全管理數(shù)字轉型刻不容緩?；谛畔⒓夹g的數(shù)字安全管理系統(tǒng)在公路工程中的實際應用，為公路工程安全數(shù)字化管理提供了參考和方向，為公路工程安全管理數(shù)字轉型積累了經(jīng)驗，有助于實現(xiàn)以數(shù)字技術引領公路工程安全可持續(xù)健康發(fā)展，解決安全管理難題，保證每一個項目的安全。