作業過程智能安全管控系統在公伯峽水電站的應用研究

馬曉君，谷東永

（1.青海黃河上游水電開發有限責任公司，青海 西寧 810000；2.北京中水科水電科技開發有限責任公司，北京 100038）

通過系統性地全面分析公伯峽水電站安全生產業務特點，以及安全事故的發生機理，從作業安全風險預控角度出發，以作業過程的安全措施貫徹落實為主線，以互聯網+、物聯網、5G、人工智能等技術為支撐，以智能門禁、智能視頻、人員定位、物聯設備、智能穿戴、三維可視化為技術推力，將HSE監督管理工作融入到整體安全管控系統，旨在通過“技防”手段解決生產過程風險預控能力不足、安全措施落實困難、安全監管困難等問題，實現公伯峽水電站作業全過程、全方位、預防性的智能化安全管控。

1 公伯峽水電站作業過程智能安全管控新技術

“公伯峽水電站作業過程智能安全管控”通過科技創新實現作業過程的智能化、本質安全管理。其應用的新技術有移動互聯網、泛在物聯網、三維建模、無線定位、WIFI網絡、智能穿戴，以下是其應用場景和工作原理。

（1）移動互聯網應用：

應用場景——作業人員攜帶智能終端進行工作票、操作票、定期作業、交接班等業務的審批流轉、多媒體數據采集和搜索查詢，突破地域限制隨時隨地辦公，有效提高作業效率；

工作原理——移動終端（手機、平板、安全帽等）提供數據采集、數據輸入、顯示終端服務，這些數據通過4G、WIFI網絡實時與服務器連接交互，實現作業過程安全管理業務的智能化“統一管理體系、同一數據源、同一數據交互網絡、多端數據采集、多端數據智能發布”。

（2）泛在物聯網應用：

應用場景——應用于操作防誤、鎖控管理、安全工器具及臨時地線管理，防止不按工作票、操作票的規定內容和順序執行作業，防止誤入區域、設備間隔，防止臨時地線錯拆錯掛漏拆漏掛，防止工器具存取無記錄及管理困難；

工作原理——作業管理平臺通過智能兩票、標準化作業建立起作業安全業務和現場設備操作的關聯，對作業過程進行智能化、強制性管控，其中智能鎖具和閉鎖裝置部署于設備操操作機構、控制回路、柜門、房間門、臨時地線、工器具零部件，后臺服務器對智能鎖具和閉鎖裝置進行統一編碼和邏輯、操作管理。

（3）三維建模應用：

應用場景——三維模型應用于公伯峽水電站虛擬可視化場景的搭建，融入人員、設備、作業過程等因素，包含作業現場的人員、設備、環境動態模型的構建和動態數據的展示，為管理人員提供可視化的監督、管理、查詢交互界面，為培訓人員提供虛擬的安全培訓環境；

工作原理——根據作業現場實景，經過構建白模、材質紋理、模型減面、動畫分割、遮擋剔除、場景烘焙等過程建立三維可視化虛擬模型，并與現場動態數據結合，形成數字孿生的監視、仿真培訓場景。

（4）無線定位應用：

應用場景——應用于對室內的作業人員位置、活動軌跡在線監測，擴展功能有虛擬電子圍欄、停留時間計算等，在防止誤入非作業區域、進入危險區域和對作業人員動態可視化管理方面有重要意義；

工作原理——基于UWB技術的TDOA三角定位法，定位過程“定位標簽發出UWB信號→基站接收UWB信號→主站匯集UWB數據并轉發→計算服務器進行數據解算”。

（5）5G/WIFI網絡、智能穿戴應用：

應用場景——在用戶指定的關鍵區域部署5G/WIFI基站，達到信號穩定覆蓋效果，智能安全帽通過5G/WIFI網絡實時傳輸作業人員和管理人員的視頻、語音數據，進行遠程安全管理和技術支持；智能安全帽支持語音和視頻數據采集和存儲，拾音器、攝像機、通信模塊嵌入于安全帽內部結構。

2 作業過程智能安全管控現場應用方案

公伯峽水電站作業過程智能安全管控系統按照業務功能分為智能化的兩票管理、工器具及地線管理、操作防誤及智能鎖控管理、定期作業及交接班管理、無線人員定位管理、智能穿戴及WIFI網絡管理、智能人員安全培訓管理、與ERP及工業電視接口共八個子系統，四層網絡架構——過程層、間隔層、站控層、展示層，實現數據的采集、傳輸、處理、展示，軟硬件結合對作業過程人的不安全行為進行智能化、強制性、全過程、全方位管控。

圖1 現場作業管控流程圖

2.1 作業管控子系統

（1）工作票及檢修管理：功能完善、性能穩定的工作票系統會提高業務處理的準確性和效率，有效地執行工作票制度。工作票流轉網絡化可以大大提高流轉、審核的效率，發現錯誤后能夠及時更正，降低工作人員勞動強度，提高工作票填寫的準確率，優化管理工作，提高工作效率。

（2）操作票及防誤閉鎖：通過對操作票進行電子化管理，與監控視頻一體化集成，與三維可視化集成，實現了開票方式多樣化、防誤管控智能化、操作審批流程化、操作過程規范化、操作結果安全化。

（3）智能工器具管理：通過對所有工器具及應急器材身份的唯一標識及信息登記，實現安全工器具全生命周期的電子化、規范化管理；采用無線傳感技術，對工器具入/出庫、時間等信息實現完整記錄；工器具過檢驗期或超生命周期，自動提醒；工器具與設備操作相關聯，與兩票等業務模塊信息共享，防止誤用工器具造成安全事故。

（4）定期標準化作業：按照設備定期工作的標準，自動生成定期工作的任務和工作內容，并及時提醒責任人，與移動APP相配合，使得電廠定期工作及時、高效地完成。

（5）交接班與日志：交接班管理模塊對交接班過程進行規范管理，按交接班管理制定自定義報表格式，通過管控平臺相應模塊自動獲取交接班的數據信息和具體內容，實現交接內容電子化、流程化和規范化。

2.2 人員管控子系統

（1）系統可實時的提供工作區域內人員的數量、位置、分布情況和每個人員任意時刻所在的位置及各時間段活動軌跡的顯示，清楚、直觀的反映現場工作人員的工作狀況，并為生產現場的安全管理工作提供可靠的數據依據。

（2）實現現場工作人員實時位置可視化，進行主動式定位與識別，根據監控管理人員需要，通過可視化圖形界面，提供指定位置現場工作人員姓名、職位、權限等擴展信息顯示。

（3）可以直接根據人員姓名、工號等信息來查詢該人員在某段時間內的歷史軌跡，支持同時顯示多人歷史軌跡。

（4）可以設定重點區域允許停留的人員數量和時間，根據定位系統上傳的數據監控區域內人員的數量、權限、停留時間等，當人員超員或停留時間超時系統發出告警信號，避免在特定工作現場人員超員或超時停留可能引發的危險。

（5）智能安全帽作為現場作業的前端設備，從作業人員的視角展示、記錄作業過程、記錄巡檢過程，實現施工現場可視化管理，可將作業實況影像資料保存歸檔，實現遠程監督與遠程作業指導。

（6）從后臺通過遠程呼叫功能隨時接入安全帽前端，同步觀看當前施工作業現場實況，實現作業可視化。

2.3 移動APP子系統

通過APP軟件的應用，可以幫助工作人員方便快捷地辦理相關的流程業務，使得流程運作更加有效和協調。

（1）工作票移動審批：按工作票的流程和權限查看和審批工作票。

（2）操作票移動審批：按操作票的流程和權限查看和審批操作票。

（3）移動掃碼識別

具有二維碼掃描功能，應用于設備臺賬識別、人員識別（上崗工牌、安全帽）、巡檢到位（設備）、設備操作順序識別（操作票、工作票）等。

（4）信息查詢

1）工作票信息：按照管控平臺定義的權限（崗位、部門和專業等），查看工作票信息。

2）操作票信息：按照管控平臺定義的權限（崗位、部門和專業等）查看操作票信息。

3）管理運行人員可通過權限對生產作業相關的工器具、地線、電子圍欄、門禁等信息在線查詢。

3 效益總結分析

作業過程安全管控系統為水電企業提供全方位、全過程的安全解決方案，消除生產事故于萌芽，使安全生產由“人防”向“技防”轉變、由點向面提升、由靜態管理變為動態管理、變事故分析為過程管控、變應急管控為事前預防。不僅能夠提高發電經濟效益，而且其帶來的社會效益、安全效益、生產效益也同樣可觀。

經濟效益：安全生產投入所產生的效益體現在生產過程和發電量上，保證生產的安全、連續、高效、可靠進行。這種投入所帶來的效益就是大大縮短檢修時間、提高監控效率，降低機組故障率和故障損失，減少作業人員配置和工作強度，從而提高發電量、降低企業生產過程中發生安全生產設備事故和人身傷亡的概率，而提高生產效率、保證作業安全是企業保持可持續發展和生產效益的前提條件。

社會效益：安全生產管控系統將對生產過程中人的不安全行為、設備的不安全狀態、環境的不安全因素、管理的漏洞等動態因素實現主動性、預防性、全方位、全過程的集約化、本質安全生產管控，優化管理、落實安全、提高生產效率，為電廠的安全高效生產提供可靠的技術手段，將在保障電廠生產安全和效率方面起到重要作用，建立發電行業“安全生產管理”的標桿企業，具有行業影響力和社會效益。

安全效益：雖然安全產出是間接地反映出來，但其“守住生命的紅線，促進安全發展”的效果是客觀存在的。一旦發生安全事故，更換設備、事故處理等又會極大影響正常發電，間接造成經濟損失。

生產效益：當前公伯峽水電站的工作票、操作票、巡檢、交接班等日常工作存在效率低、易出錯、審批時間長、統計困難等問題。項目應用數據分析、物聯網、互聯網、移動APP等技術將使“兩票”辦理效率提升50%，設備巡檢效率提升50%，三維可視化監控使運行值班人員工作效率提升60%。