基于智慧工地的牽引變電所施工安全管理研究

王海洋

(中國土木工程集團有限公司 北京 100038)

1 牽引變電所施工安全管理現狀

在2018年的統計中，全國鐵路完成了8 028億元的固定資產投資，其中建有新線4 683 km，占總投資58.3%。全國鐵路電氣化里程92 000 km，電化率達到70.0%。在我國新建的高鐵、國家鐵路、地方鐵路中，以電力牽引機車為主，在對既有的鐵路改造過程中，也是將內燃機車牽引改為電力供電牽引，所以，未來將建設越來越多的鐵路牽引變電所，以保證鐵路機車的動力來源。

目前，牽引變電所施工多采取先室外后室內，部分采用平行作業施工方式，室內設備與室外設備同時展開安裝，合理地利用區域、人力、施工機器具，最大限度地開展施工工序作業。施工主要包括基礎施工、建筑施工、構架安裝、主變壓器安裝、室外高壓設備及軟母線安裝、室內設備及硬母線安裝、電纜施工等工作內容[1]，涉及到模板支護、高空作業、夜間施工、特種車輛駕駛、起重吊裝、金屬切割、設備裝卸搬運、焊接、電力調試、大型設備運輸等多項安全管理方面的重點關注內容。施工單位在施工組織設計中詳細陳述擬采取的安全防護體系及措施，要求現場設置專職安全管理人員及主管安全領導，并熟悉和遵守相關具體安全管理規定。但是，現場實際情況缺乏有效的技術手段與措施[2]，不能實現及時預防、發現、阻止安全事故的目的，無法全部滿足施工組織設計中各項與安全相關的要求。

2 牽引變電所施工中存在的安全問題分析

根據以往項目的施工經驗，牽引變電所施工現場普遍存在著人員、環境、管理等方面的安全問題[3]，具體內容見表1。

表1 現場安全問題分類

一般情況下，施工組織設計中含有詳細的施工安全技術措施，包括進入施工現場應遵守的安全規定，交叉作業[4]的防護，用電安全，現場消防措施，對設備、材料擺放要求等，通過具體列明的技術措施進行安全技術交底，并進行安全生產檢查監督。但經過實踐驗證，以上措施并沒有達到排除安全隱患、減少安全事故發生的目的。由于專業從事牽引變電所施工的工人從安全管理文檔中獲取安全警示的主觀意識不強，同時，現場工人長時間的工作經驗積累，已形成一套自己的并不安全的“安全法則”，最終導致上述措施僅成為管理者、監督者在安全準則與評判標準方面的檔案資料，并沒有真正達到使現場工人安全作業、施工安全進行的目的。安全技術措施中包含的內容條目越詳細，現場工人越不在意，現場安全事故仍有發生，沒有起到停止或減少安全事故的作用。

3 基于智慧工地數據平臺的安全保障

3.1 智慧工地簡介

隨著互聯網技術在傳統建筑行業中的跨界發展，“互聯網+”理念與傳統建設工程領域的深度融合，智慧工地的概念悄然而起，這是社會信息技術高度發展的必然產物。智慧工地圍繞施工現場生產進度、重要機械、主要材料、人員管理、安全文明施工等方面，充分利用物聯網、智能感知、云計算、人工智能、大數據、虛擬現實等新一代高科技信息技術，對施工現場進行全方位、智能化的交互與高效管理。隨著牽引變電所施工中設備越來越精密，安裝工藝越來越復雜，施工環境要求越來越高，安全隱患越來越多樣化，以智慧工地為基礎的數據平臺為施工安全提供了技術條件與有效保障。

3.2 智慧施工工地大數據平臺系統架構

針對牽引變電所施工時諸多的現場安全隱患問題，考慮高效利用安全支出成本，為了減少或消除施工過程中的事故，保障施工人員健康安全，相關財產免受損失[5]，利用物聯網、智能感知、云計算、人工智能、大數據、5G等高科技信息技術和產品，部署針對牽引變電所施工的具有針對性的智慧施工工地大數據平臺，使其具有現場工人狀態數據分析、環境安全隱患實時監測、已完工程異常形變報警等直接安全防護功能，最后形成上有安全組織管理制度，下有具體針對性監測報警技術措施的全面安全保障系統[6]。系統架構見圖1[7]。

牽引變電所施工是一種特殊的、復雜的生產過程，風險隱患無處不在，其中被稱為“五大傷害”的高處墜落、觸電事故、物體打擊、機械傷害、坍塌事故多有發生，中毒和火災事故也占事故中一定比例。施工地點較為偏僻，工程任務重、周期長，人員自我安全與保護意識普遍較差，遇到突發情況時缺乏應對經驗。

圖1 智慧施工工地大數據平臺系統架構

智慧施工工地大數據平臺是結合牽引變電所現場施工因素，以監測、識別、診斷、評價、告知的安全施工保障體系為前提的系統平臺[8]，分5層部署。

(1)技術層:智慧施工工地大數據平臺綜合應用智能感知、數據傳輸、數據接入與組網、物聯網、大數據、人工智能、云計算、人臉識別、模式識別、車輛識別等新一代高新信息技術，全面支撐隨時、隨地、隨人、隨進度的全方位安全預警防護平臺。

(2)終端層:利用先進的智能傳感檢測設備，包括攝像頭、溫濕度計、有害氣體檢測儀、特種氣體檢測儀、空氣質量檢測系統、門禁設備、電子圍欄、對講廣播、RFID標簽、手機應用、紅外成像設備等，根據施工現場情況分時分區布置，達到對人、對物、對環境的綜合監測。

(3)傳輸層:采用TCP/IP、4G、5G、射頻識別RFID、ZigBee等信息技術傳輸[9]。

(4)平臺層:智慧施工工地大數據平臺集中對施工現場采集的數據進行分析、挖掘、整合、存儲與管理，支撐應用系統數據展示、安全事件分析及診斷告知。

(5)應用層:結合牽引變電所現場施工實際情況，部署應急調度系統、遠程控制系統、設備管理系統、視頻安防系統、電子巡更系統、界限標識系統、室外全景系統、室內全景系統、環境監測系統、現場人員熱力分布系統、出入口及周界管理系統、工程關鍵部位觀測系統，從內部與外部兩個維度對牽引變電所現場施工的人、物、環境、部分工程等進行多方位監測，實現就地識別并告警通知輕微安全問題，通過大數據平臺挖掘整理數據并警告嚴重安全問題的目標。為了安全管理人員可以對歷史及實時數據進行分析，增加數據查詢系統以便歷史數據查詢、篩選等操作。自檢系統則是智慧施工工地大數據平臺正常運行的安全保障，通過自檢系統可定期檢測各個數據來源終端、模塊的通訊與數據是否正常，避免系統崩潰、通訊失敗等問題對安全隱患的識別結果造成干擾與錯漏。

3.3 智慧施工工地大數據平臺安全功能

通過智慧施工工地大數據平臺的部署，主要實現對現場施工環境、工人、工器具及部分工程4個方面的安全管理監督功能。

(1)對現場施工工人的安全隱患監測

出勤數據是現場人力管理最重要的基礎，如果無法準確獲知項目中參加作業的人數，現場安全隱患就無處不在。通過先進的門禁識別系統和身份數字登記，對每天施工現場的人員出入情況進行統計完成基本的人員數據收集，并在此基礎上對施工作業人員進行安全監督管理，必要時可通過人員聚集熱力圖分析實時聚集情況以便進行風險防控。具體安全隱患監測點見表2。

表2 針對現場施工工人安全隱患監測點

(2)對現場施工工器具及機電設備的安全隱患監測

施工工器具及機電設備的管理是施工高效進行的保障，不規范的停放與使用都會對未知第三者產生機械傷害的危險。同時，如發現現場高價值的機電設備被破壞與盜竊行為，也會對后續的施工產生工期與質量影響，甚至現場出現危險時無法有效調用重型機械耽誤救援的情況。具體安全隱患監測點見表3。

(3)對現場施工環境的安全隱患監測

由于項目現場存在諸多起重、設備安裝及交叉作業，所以對現場施工環境要求可視及可告警成為必需。項目是以進度為主線，以安全為前提，只有將現場環境中處于危險初期的安全隱患排查出來并告知相關人員，才能保證項目順利進行。具體安全隱患監測點見表4。

表4 針對現場施工環境安全隱患監測點

(4)對在建工程與已完工程的安全隱患監測

鑒于牽引變電所建設項目工期較長，地區環境條件變化明顯，對重要設備應采取重點監測手段，以保證設備及供配電系統的完整性、安全性，直至項目竣工驗收。目前項目涉及的重要構件設備包括門型架構、變壓器、隔離開關、避雷器及六氟化硫全封閉組合電器(GIS)等，并要求對其基礎[14]沉降進行集中檢測，及時發現已安裝設備的異常狀態情況。同時，需要對施工中的基坑邊坡坡度、積水等危險隱患進行視頻監測并告警，避免發生較大或重大事故。對于項目范圍內的建筑物及構筑物，采用新型三維立體檢測設備進行持續的沉降與變形監測[15]，保證已完工程的安全穩定，為后面工序及相臨工作區域提供繼續安全工作的保障。

3.4 安全施工保障體系流程

目前各施工企業內部缺乏及時有效的安全管理反饋流程，系統性不足，缺少相關流程參照，常常導致發現安全隱患，處理工作不及時、不到位的后果，造成項目停工或事故發生。因此，針對牽引變電所施工，設計一套完整的安全保障流程具有較強的現實應用意義[16]。安全施工保障體系流程見圖2。

圖2 安全施工保障體系流程

4 結束語

現場具有全面有效的檢測技術與終端是牽引變電所安全施工的前提，通過智慧施工工地大數據平臺進行的安全施工管理模式彌補了只有制度規定，而沒有技術設備檢測監督落實的缺陷，達到安全方面“一旦發現隱患，馬上通知處理”，突破了傳統的“只有人管安全”的管理模式，為牽引變電所安全施工增添一種新的安全管理監督方式，并為同類施工項目及鐵路工程施工的精細化安全管理提供借鑒與參考。