淺談導(dǎo)管架建造項目安全管理智能化

李杰

(海洋石油工程(青島)有限公司,山東 青島 266520)

新世紀(jì)以來,我國海洋工程快速發(fā)展,海洋工程大多依托導(dǎo)管架進(jìn)行采油工作。導(dǎo)管架建造過程中存在大量有限空間,安全風(fēng)險較高,管理難度較大,推動物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能(AI)、5G 等新 一代信息技術(shù)與導(dǎo)管架建造工程中的安全風(fēng)險管控深度融合,充分利用人工智能,推行建造安全管理智能化,能夠降低導(dǎo)管架建造過程中的安全管理難度,還能有效減少人力資源成本,具有重要意義。

1 安全管理智能化需求分析

1.1 無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)

為施工現(xiàn)場搭建無線網(wǎng)絡(luò),提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),以滿足監(jiān)控等涉及網(wǎng)絡(luò)需求設(shè)備聯(lián)網(wǎng),同時在網(wǎng)絡(luò)搭建中部署12 V低壓電源,為現(xiàn)場的一些低壓設(shè)備提供供電服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度進(jìn)行修改,原則上網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)不能阻礙生產(chǎn),采用有線+無線的網(wǎng)絡(luò)形式,純無線的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也可以接受,但網(wǎng)絡(luò)的帶寬能夠支撐施工現(xiàn)場的無線網(wǎng)絡(luò)需求。主干有線網(wǎng)絡(luò)帶寬不低于千兆級別,通過6類屏蔽線進(jìn)行部署?，F(xiàn)場應(yīng)考慮防水功能,配置接線箱,并提供12 V電源輸出,為監(jiān)控等提供12 V低壓直流電。WIFI設(shè)備單點接入設(shè)備不低于20臺,網(wǎng)速≥100 M,具備戶外使用要求?，F(xiàn)場非防水設(shè)備采用接線箱進(jìn)行放置,并固定牢固和防水。網(wǎng)絡(luò)安全可控,原則上網(wǎng)絡(luò)信號都匯總到現(xiàn)場集裝箱內(nèi)。通過AC控制器、路由器及交換機(jī)完成有線網(wǎng)絡(luò)的搭設(shè)。無線網(wǎng)絡(luò)可自由組合,控制相互干擾問題。

1.2 人員定位服務(wù)

項目所需的硬件設(shè)備及軟件必須運(yùn)行可靠和兼容性好,能夠在終端電腦設(shè)備運(yùn)行,需根據(jù)甲方的時間情況制定可行的設(shè)計和安裝方案。投標(biāo)人參與本項目投標(biāo)的定位系統(tǒng)若非自己生產(chǎn),應(yīng)取得相關(guān)產(chǎn)品授權(quán)資格,軟件系統(tǒng)涉及的法律問題及授權(quán)由乙方負(fù)責(zé)。關(guān)于現(xiàn)場部署問題,使用電子圍欄技術(shù),需滿足現(xiàn)場的服務(wù)需求。

人員定位管理系統(tǒng)硬件包括但不限于工控主機(jī)、打印機(jī)、身份閱讀器、定位卡、信標(biāo)點、基站、UPS等設(shè)備,原則上員工可通過定位卡實現(xiàn)門禁和人員定位功能,最終實現(xiàn)如下效果:人員進(jìn)出通過電子圍欄進(jìn)入項目場地,一旦進(jìn)入后系統(tǒng)將對人員進(jìn)行位置定位和追蹤,系統(tǒng)后臺實時顯示現(xiàn)場的人員數(shù)量,通過定位系統(tǒng)界面可以看到3D效果的人員分布情況和指定人員歷史和現(xiàn)在位置查詢,當(dāng)需要幫助時可通過定位卡實現(xiàn)一鍵呼叫功能;對于有限空間等高風(fēng)險區(qū)域,可實現(xiàn)禁區(qū)管理,只有授權(quán)人員才可進(jìn)入,當(dāng)無權(quán)人員進(jìn)入后后臺將報警;在電梯/高風(fēng)險平臺/通道等處安裝信標(biāo)點,可以后臺跟蹤人員分布情況。

1)電子圍欄系統(tǒng)要求在網(wǎng)絡(luò)/電源中斷時也可正常運(yùn)行,記錄人員數(shù)據(jù);當(dāng)聯(lián)網(wǎng)后后臺數(shù)據(jù)自動同步,更新數(shù)據(jù)。

2)系統(tǒng)終端可以顯示各單位的人員數(shù)量、工作時間、滯留報警等數(shù)據(jù),支持歷史數(shù)據(jù)的查詢和導(dǎo)出功能。

3)人員定位系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),支持人員的位置查詢、一鍵報警、軌跡追蹤等功能,系統(tǒng)運(yùn)行能力不低于定位卡數(shù)量。

4)定位系統(tǒng)采用信標(biāo)點—定位卡—基站的部署方案,其中信標(biāo)點要求體積小,無需外部電源,安裝方便,工作時間≥6個月。

5)在施工現(xiàn)場,系統(tǒng)方案要確保定位數(shù)據(jù)在后臺記錄的完整性,不得出現(xiàn)丟失情況,例如無信標(biāo)點覆蓋區(qū)域。

6)支持禁區(qū)管理和報警功能,授權(quán)人員進(jìn)入監(jiān)控,可實現(xiàn)人員超數(shù)報警等功能。

7)支持設(shè)備管理,對于設(shè)備存在故障、離線或者低電量時可提供警報支持。

8)人員位置信息可3D圖像進(jìn)行顯示,由乙方負(fù)責(zé)地圖的構(gòu)建和導(dǎo)入。供應(yīng)商負(fù)責(zé)提供系統(tǒng)運(yùn)行所需要的服務(wù)器等設(shè)施。

1.3 監(jiān)控與應(yīng)急管理系統(tǒng)

1.3.1 監(jiān)控服務(wù)

1)優(yōu)先考慮無線監(jiān)控方案,內(nèi)置存儲128 G;

2)無線監(jiān)控可順利通過網(wǎng)絡(luò)接入后臺系統(tǒng);

3)監(jiān)控設(shè)備具備防水功能,12 V電源供電或者POE供電;

4)后臺軟件可對視頻監(jiān)控進(jìn)行畫面切換、控制、視頻導(dǎo)出、回放等操作;

5)原則上施工現(xiàn)場全覆蓋,重點區(qū)域必須覆蓋;

6)監(jiān)控系統(tǒng)接入到人員定位系統(tǒng)界面中,實現(xiàn)視頻聯(lián)動查看、通信異常報警等。

1.3.2 有限空間作業(yè)監(jiān)控+測氧測爆服務(wù)

1)產(chǎn)品采用防爆設(shè)計并取得相關(guān)證書;

2)產(chǎn)品采用電池供電模式,電池工作時間≥8 h;

3)無線視頻傳輸,支持可燃+氧氣+有毒氣探測報警功能;

4)通過4G網(wǎng)絡(luò)或WIFI網(wǎng)絡(luò)連接到后臺系統(tǒng),后臺系統(tǒng)接入人員定位系統(tǒng)界面中;

5)后臺系統(tǒng)可遠(yuǎn)程進(jìn)行管理和查看。

2 安全管理智能化的實施

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)

1)無線全覆蓋,隨時隨地暢游網(wǎng)絡(luò),采用TP-LINK AC-AP無線解決方案,實現(xiàn)無線全覆蓋。 無縫漫游,無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)用戶移動時,可以快速切換關(guān)聯(lián)到最合適的AP下,實時辦公、娛樂不掉線。

2)統(tǒng)一配置,集中管理:TP-LINK AC(無線控制器)可以自動發(fā)現(xiàn)所有接入網(wǎng)絡(luò)中的TP-LINK AP,實現(xiàn)AP零配置接入;所有配置均由AC下發(fā)至AP。既可批量編輯,也可具體設(shè)置某個AP的信道、發(fā)射功率、限制客戶端數(shù)量、LED燈狀態(tài)等內(nèi)容;同時還可管理不同802.1Q VLAN下的AP。

3)數(shù)據(jù)隔離,保障網(wǎng)絡(luò)安全:所有交換機(jī)支持端口隔離,只能與上聯(lián)接口通信。TP-LINK無線AP均支持多SSID,不同人員接入不同的無線網(wǎng)絡(luò)。支持SSID間隔離,AP內(nèi)部隔離,支持SSID與VLAN綁定,全力保障網(wǎng)絡(luò)安全。

4)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備維護(hù)簡單:AP零配置、即插即用,通過AC統(tǒng)一升級所有AP的軟件,極大降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作量。AP內(nèi)置獨立硬件保護(hù)電路,發(fā)生故障時會自動重啟,降低維護(hù)難度。

2.1.1 機(jī)柜(機(jī)箱)的安裝部署

1)設(shè)備安裝位置應(yīng)符合工程設(shè)計平面圖以及現(xiàn)場實際情況的要求;

2)機(jī)柜前后留有足夠的空間便于設(shè)備的安裝、布線以及后期的調(diào)試和維護(hù);

3)壁掛式機(jī)柜安裝時底部距地面距離宜在1.2～1.5 m之間;

4)機(jī)柜安裝方式應(yīng)不損壞導(dǎo)管架鋼結(jié)構(gòu)性能,不能對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞。

2.1.2 室外AP的安裝部署

1)安裝AP之前,準(zhǔn)確記錄AP的MAC地址或其他有效編號;

2)AP的安裝位置便于網(wǎng)線、電源線、饋線的布線,便于維護(hù)和更換;AP的安裝位置距離地面的高度不應(yīng)小于1.5 m;

3)在安裝AP設(shè)備時,要考慮以太網(wǎng)交換機(jī)跟AP之間的距離限制,AP跟以太網(wǎng)交換機(jī)距離不能超過100 m;

4)使用自帶天線的AP,需要注意天線位置和天線方向性等,AP周圍2 m內(nèi)不得有大的金屬體阻擋。

2.1.3 電源的安裝部署

1)AP設(shè)備的供電可以采用網(wǎng)線POE供電和交流電源供電兩種方式,一般采用POE供電;

2)POE交換機(jī)及AP室外安裝時,應(yīng)做好防雨防潮措施,防止設(shè)備進(jìn)水受潮導(dǎo)致?lián)p壞。

2.2 人員定位服務(wù)

定位系統(tǒng)根據(jù)項目需要分為打卡定位(見圖1)、粗定位和精準(zhǔn)定位(見圖2)三個方面,定位信息將通過有線、無線網(wǎng)絡(luò)傳送到管理平臺,顯示在看板或者PC電腦3D界面上。系統(tǒng)設(shè)計:在施工平臺布設(shè)采集器通信基站,通過網(wǎng)絡(luò)接入存儲中心服務(wù)器平臺,實現(xiàn)全場人員實時定位。場地作業(yè)人員智能定位終端,通過自有融合算法+藍(lán)牙定位,結(jié)合場地電子地圖,實現(xiàn)人員無感定位。

圖1 讀卡器布置圖

圖2 粗定位和精準(zhǔn)定位

1)打卡定位主要通過智能終端設(shè)備讀寫采集器讀卡器,通過NFC讀卡檢測智能終端ID號,實時將智能卡的出入讀卡點的數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺進(jìn)行精準(zhǔn)采集統(tǒng)計,主要適用于出入受限空間、關(guān)鍵打卡點以及關(guān)鍵區(qū)域。

2)粗定位主要適用于施工柵欄通道、走廊的定位,智能終端經(jīng)過采集器信號“弱——強(qiáng)——弱”監(jiān)測區(qū)域,采集器將檢測識別到終端ID號按照一定的頻率發(fā)送到平臺,顯示在工地看板或者PC管理界面上,誤差保持在米級程度。

2.2.1 定位基站的安裝部署

定位基站設(shè)備的供電采用內(nèi)部電池+外部電源供電模式進(jìn)行工作,在定位基站持續(xù)工作的情況下,內(nèi)部電池工作時長大于7 d,外加24 V外部電源供電的情況下能夠減少設(shè)備的維護(hù)工作;定位基站安裝方式:根據(jù)現(xiàn)場實際情況,采用磁吸+抱箍的安裝方式。

2.2.2 采集器的安裝部署

采集器設(shè)備的供電采用內(nèi)部電池供電模式進(jìn)行工作,在采集器持續(xù)工作的情況下,內(nèi)部電池工作時長大于6個月;采集器安裝方式:根據(jù)現(xiàn)場實際情況,采用磁吸+抱箍的安裝方式。

2.2.3 定位卡的安裝部署

定位卡設(shè)備的供電采用內(nèi)部電池供電模式進(jìn)行工作,在定位卡持續(xù)工作的情況下,內(nèi)部電池工作時長大于6個月;定位卡安裝方式:管理人員對定位卡進(jìn)行錄入信息并授權(quán),現(xiàn)場作業(yè)人員攜帶定位卡進(jìn)入施工現(xiàn)場,部署在施工現(xiàn)場的采集器采集到定位卡信息并將信息通過基站上傳到后臺,后臺通過服務(wù)器進(jìn)行解析后展示到平臺。

2.3 監(jiān)控與應(yīng)急管理服務(wù)

在無網(wǎng)、無電的有限空間里,定位基站、定位終端均采用電池供電的模式,且二者通過自組網(wǎng)的模式,以SUB-1G頻率將信號傳輸?shù)绞彝獾耐ㄐ呕?能有效減少鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備對信號的屏蔽,保證信號能通過基站傳送到后臺。在受限空間出入口安裝采集基站及NFC讀卡器,作業(yè)人員攜帶定位終端進(jìn)入受限空間作業(yè)時,經(jīng)過受限空間入口處進(jìn)行打卡,信號通過WIFI傳輸?shù)胶笈_,后臺管理平臺可以顯示進(jìn)入受限空間作業(yè)人員信息、進(jìn)入時間等。

作業(yè)人員通過刷卡進(jìn)入有限空間后去往施工現(xiàn)場,部署在受限空間內(nèi)的采集器監(jiān)測到智能終端信息,確認(rèn)該作業(yè)人員已進(jìn)入受限空間,并與門口NFC刷卡器作業(yè)人員進(jìn)入信息進(jìn)行匹對,如出現(xiàn)信息不匹對,則表示作業(yè)人員進(jìn)入受限空間前未完成NFC刷卡工作,后臺系統(tǒng)會將此情況視為違規(guī)作業(yè),發(fā)出警告提醒現(xiàn)場管理人員注意,打卡定位效果圖見圖3。

圖3 打卡定位效果圖

作業(yè)人員在受限空間作業(yè)時,人員定位終端、視頻監(jiān)控及氣體采集設(shè)備全程監(jiān)控作業(yè)人員的作業(yè)情況和空氣環(huán)境指標(biāo),并將數(shù)據(jù)通過SUB-1G技術(shù)傳送到后臺。現(xiàn)場作業(yè)完成后,作業(yè)人員攜帶作業(yè)工具及相關(guān)設(shè)備離開作業(yè)區(qū)域,受限空間內(nèi)定位采集基站會采集到作業(yè)人員坐標(biāo)變化情況,同時將數(shù)據(jù)同步傳送到后臺。作業(yè)人員走出受限空間,在出入口的NFC讀卡器進(jìn)行刷卡后離開受限空間。

2.3.1 攝像頭的安裝

1) 確定攝像頭的安裝位置,包括通道處、走廊、有限空間入口區(qū)域;

2) 攝像頭采用抱箍安裝方式進(jìn)行安裝固定,而不采用常規(guī)的螺絲固定的方式進(jìn)行安裝,有效避免了對導(dǎo)管架的損壞;

3)攝像頭采用有線+無線的方式進(jìn)行安裝連接,采用有線方式進(jìn)行安裝的,供電線纜及網(wǎng)絡(luò)線纜必須采用線管進(jìn)行保護(hù);

4)同一區(qū)域內(nèi)的攝像頭線纜及網(wǎng)線匯聚接入到就近的接線箱內(nèi),接線箱內(nèi)安裝空氣開關(guān)、12 V電源、交換機(jī)等設(shè)備;

5)導(dǎo)管架上的接入交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)線纜接入到集裝箱內(nèi)的核心交換機(jī)上,并通過部署在集裝箱內(nèi)的工作電腦及顯示器進(jìn)行展現(xiàn)。

2.3.2 有限空間設(shè)備的安裝

1) 有限空間設(shè)備采用可移動的攝像頭和氣體監(jiān)測報警裝置,工人作業(yè)時放入現(xiàn)場,記錄過程和監(jiān)測作業(yè)環(huán)境危害氣體變化,當(dāng)出現(xiàn)異常時發(fā)出報警,作業(yè)狀況通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后臺,通過后臺可監(jiān)控現(xiàn)場的施工狀態(tài),實現(xiàn)對進(jìn)出人員和作業(yè)過程環(huán)境的雙監(jiān)控;

2)氣體監(jiān)測報警裝置部署在不影響施工作業(yè)人員工作的附近,可以有效實時監(jiān)測工作區(qū)域的環(huán)境,可移動的攝像頭部署在稍遠(yuǎn)的區(qū)域,將施工人員的工作狀態(tài)及氣體監(jiān)測報警裝置同時進(jìn)行監(jiān)控。

3 總結(jié)

1)POE供電距離嚴(yán)格不能超過100 m,如果網(wǎng)線質(zhì)量或距離過遠(yuǎn)問題導(dǎo)致不能正常供電建議用POE供電模塊中繼。

2)有線接入設(shè)備如果距離接入交換機(jī)距離超過100 m建議使用光纖接發(fā)器。

3)安裝AP前一定統(tǒng)計記錄好每一個位置的AP的MAC地址,安裝完成后在AC里面進(jìn)行備注,并將相鄰AP的信道按1/6/11隔開。