工程建設數字化安全管控平臺研究與實踐

郭曉松，向 明

（三峽高科信息技術有限責任公司，湖北 宜昌 443000）

黨中央、國務院高度重視安全生產工作，并就安全生產工作作出了一系列重大決策部署，國資委和國家能源局也出臺了一系列規范性文件，旨在建立安全管理機制，提高安全信息化發展水平，強化安全生產基礎保障。開展安全風險管控與隱患排查治理是企業安全生產重要內容，也是預防事故最有效的方法。

企業安全管理普遍存在安全生產責任制落實不到位、安全管理痕跡不規范、各系統存在信息孤島和數據利用率低等問題。三峽集團長江環保工程項目建設具有工程規模大、地域分散、建設周期短、環保和社會責任方面要求較高及項目干系人多等特點，所以利用信息系統提升環保集團工程項目建設安全生產管控能力，建設一個以信息采集為基礎、以投資控制為手段、以多項目并行管理為目標的長江大保護工程項目管理系統具有重要的現實意義。

三峽集團正立足新發展階段，完整、準確、全面貫徹新發展理念，構建新發展格局，推動高質量發展，奮力實施清潔能源和長江生態環保“兩翼齊飛”，通過持續在安全管理信息化上的投入，自主掌握核心技術，鍛煉專業化團隊，建設了三峽集團長江環保工程項目管理系統安全管理子系統、三峽發展智慧EPC 安全管理系統。安全管理系統自2020 年投入試運行已穩定運行3 年，隨著逐步推廣至全區域項目點，用戶數與業務數穩步上升，已具備向其他業務板塊轉化輸出安全管理信息化解決方案的成熟條件。

1 構建安全管控平臺的理論及關鍵技術

1.1 理論基礎

安全管控平臺的建設過程涉及到不同工況、不同使用者群體的差異，需要滿足建設期各方各崗位角色對現場安全管理人員的管理行為、日常工作的信息化數字化管控要求，因此，構建工程建設數字化安全管控平臺不僅需要了解工程建設背景，還需要了解相關的安全管理理論。常見的安全管理理論主要包括博德事故致因理論、軌跡交叉理論[1]。

博德事故致因理論認為安全管理是事故因果連鎖理論中的最重要因素之一；為了從根本上預防事故需要查清安全事故的根本原因，并有針對性地制定相應對策[2]；人的身心缺陷、感官差異等都會導致對危險的感知能力降低，從而引起安全事故，工作環境也會對安全事故帶來一定程度的影響，只有找到安全事故的根本原因，才能有效防止后續安全事故的發生。事故的直接原因是根本原因的征兆，一般表現為不安全行為或不安全狀態。

軌跡交叉理論認為人和物的因素在安全事故原因中同樣重要，如果人的不安全行為或物的不安全狀態在同一時空有交叉，那么就可能會產生安全事故。按照這一理論，在工程建設中只需要采取安全管理措施使人的不安全行為和物的不安全狀態不在同一時空同時出現就能夠有效避免安全事故的出現。

冰山理論認為死亡事故、嚴重傷害事件以及不安全行為組成了一個像冰山一樣的三角形，能被直接看到的行為或表現方式只是顯露在表面的很小一部分，絕大部分都隱藏在水下。以一件事故的發生為例，每件事故發生所造成的直接損失只是所有損失中很小的一部分，間接損失更加巨大；比如事故發生后直接損失可能包括死亡、傷害、醫療費用等，但是間接損失還包括設備或生產線的損害、工藝中斷、調查費用、聲譽損失以及質量下降等。

1.2 關鍵技術

本文實現的工程建設數字化安全管控平臺擬結合圖像識別技術、語音輸入技術、移動定位技術等，實現工程現場隱患識別及監控預警管理功能，可以智能識別施工人員的不安全行為并進行預警，及時發現、規避風險，全面實現施工現場的安全管理。工程建設數字化安全管控平臺涉及的關鍵技術包括[3]：①圖像識別技術。借助圖像識別技術辨識施工現場的危險源，實現風險辨識評估管控工作的標準化、流程化、規范化；將識別到的照片和隱患標準庫中的已定義隱患進行對比，即可智能分析輸出隱患類別、隱患描述等信息；數字化安全管控平臺與AI 智能攝像頭對接，系統集成隱患圖片、隱患描述、上報時間等相關信息，自動推送至相關責任人進行審核，審核通過后的隱患信息再推送至相關整改責任人、驗收責任人進行整改、驗收。②數字水印技術。加強安全隱患意識管理，為圖像識別得到的隱患圖片添加數字水印，在圖片中包含項目信息、項目負責人以及安全隱患描述等，從而方便用戶快速查詢了解風險隱患狀態。③語音識別技術。為提高數字化安全管控平臺智能化新特性，提高工作效率和安全管控平臺的使用體驗，實現語音輸入，方便施工現場作業人員對現場作業面存在的隱患進行管控和上報，并完成上報內容的快速轉換、內容提取，快速填報施工任務，記錄巡檢工作要點和相關指導意見，輸出現場記錄。④QR Code 技術。將QR、移動技術用于安全管控平臺登錄、工程建設隱患管理，掃碼實現一鍵式快捷登錄，隨時掌握工程建設風險詳情、隱患治理狀態、安全注意事項等內容。

2 數字化安全管控平臺設計與實現

2.1 需求及可行性分析

為了提高工作效率，充分發揮系統指導、督促和規范人員履職盡責的作用，輔助管理人員實現安全管理的標準化和規范化，本項目依托工程建設安全管理業務，遵循以規范參建、運營各方多崗位多角色安全管理行為的核心建設目標，從在建和運營項目各自特點、不同角色、不同崗位人員業務工作出發，以現場工作為重點，充分利用行業先進信息化數字化手段構建統一的數字化安全管控平臺，客觀提示、記錄崗位工作任務和角色管理行為。

建設數字化安全管控平臺目的是在相關法律法規的指導下協調參建、運營各方，并根據各方的職責范圍劃分不同的系統權限，從而使得不同人員在平臺上得到不同的安全管理記錄，以免造成安全管理職責不清晰和出現問題后相互推諉的情況。

2.2 工程建設數字化安全管控平臺設計

工程建設數字化安全管控平臺的設計目標主要包括：借助圖像及語音識別技術、QR Code 技術等加強安全培訓教育和考核評估工作、識別工程建設現場的不安全行為和不安全狀態，對不安全行為和狀態進行預警和監督，以確保工程建設過程中相關人員都能達到安全培訓考核標準。

為提高數字化安全管控平臺使用的普適性及便利性，設計過程中需要遵循一定原則：①全員參與原則。安全管控不僅僅是一線操作人員及管理人員的事情，而是需要全員參與。在工程建設過程中任何微小的風險或隱患、不經意的細節都可能會引發安全事故，只有全員參與到日常安全管控活動中才會及時發現并排除風險隱患。②主動性原則。安全管控不是被動地發現隱患后才去處理，而是積極主動地發現隱患、預防隱患，將隱患扼殺在萌芽中才是數字化安全管控的最終目的。③全過程管控原則。工程建設施工一般劃分為多個階段，不同階段的風險隱患程度不同，如果在工程建設后期對安全管控有所懈怠就極易產生安全事故。

針對以上目標和原則，本文設計的工程建設數字化安全管控平臺采用主流的前后分離框架（Springboot+Mybatis+Antd），WEB 端通過Ant-design-vue、Webpack 技術實現[4]，移動端采用Uniapp 語言平臺開發，使用微信公眾服務平臺提供公眾號作為統一入口，以微信小程序作為載體實現集團內部和外部單位同時使用，可以使用微信小程序或掃碼實現一鍵登錄，方便Android 和iOS 設備無縫接入，保證了跨平臺、多場景的可用性。安全管控平臺前端采用Nginx 實現負載均衡，保證應用場景的高并發、高可用性，通過GateWay統一網關實現路由的轉發以此完成數據交互，采用sentinel 實現對微服務的負載均衡及流量控制，從多個維度保護微服務的穩定性。安全管控平臺后端應用部署采用docker 承載微服務，并使用Nacos 來注冊、管理微服務；集成Grafana、Skywaiking 提供各種系統監控，實時跟蹤安全管控平臺的運行情況。數據持久化采用Mysql，通過配置主從關系實現數據的熱備份，支撐更大的數據并發量，均衡分擔數據流量，實現負載均衡。

工程建設安全管控平臺通過微服務形式部署在公網環境，采用Redis 作為緩存數據庫，提高數據庫的讀寫效率；微服務間采用消息進行通信，借助rabbitMQ消息中間件實現消息數據的生產和消費；整個安全管控云平臺采用Spring Cloud 微服務架構實現服務之間的解耦，以達到平臺的高可用、高并發、高性能，并利用Quartz 對調度任務進行管理。基于三峽集團統一技術棧構建“微服務”架構，實現安全管理業務中臺與數據中臺建設：業務中臺包含權限中心、賬戶中心、配置中心、預警中心和積分中心等，數據中臺包含風險庫、隱患庫、資料庫和地圖數據庫等服務。應用層獲取用戶操作業務轉發給業務層實現用戶與業務之間交互，再通過GeteWay 統一網關來對不同應用場景的終端設備請求進行轉發和分配，達到跨平臺應用，多層級、多崗位、多業務，夯實各崗位人員履職履責，實現對項目安全隱患和風險的管理和預防。工程建設安全管控平臺的邏輯架構如圖1 所示。

圖1 工程建設安全管控平臺

結合工程建設安全管控的實踐經驗，將工程建設數字化安全管控平臺分為以下業務功能模塊[5]：①安全視圖。實現安全風險預警、安全風險主動管控等功能，實時量化并展示安全風險，實現安全風險的智能預警診斷；在線監控人、物、環、管等方面的安全風險，由被動管理走向主動管控，真正實現安全事件全可控。②安全風險管控。風險管控是對作業面上可能存在的危險源進行預防管制的過程，在施工作業前就進行危險源辨識，降低事故發生率，保障現場作業人員的生命安全，實現風險辨識評估管控工作的標準化和規范化，并通過作業風險分級管控功能，將風險管控落實到日常作業中，實現風險常態化管控和風險分級管控。③隱患排查治理。隱患排查是項目現場作業人員對現場作業面存在的隱患進行管控、消除的過程，隱患上報后需要把隱患內容指派給整改責任人對發現的隱患進行整改。及時發現工程建設現場的隱患并進行整改，可以預防項目發生事故的風險，規范現場作業人員的施工操作，為安全施工保駕護航。④施工任務管理。支持項目現場施工任務申請，確保施工任務執行的規范性；實現危險作業許可的在線申請、審核審批，規范作業過程管控。⑤安全巡查。實現工程建設項目的管理人員在線進行安全巡查，并上傳巡查記錄。平臺會統計各單位各崗位人員的安全巡查記錄，并自動形成臺帳，從而輔助上級單位實時掌握各下屬單位各崗位人員的安全巡查履職情況，有效保證項目施工現場關鍵人員的安全履職。⑥安全曝光臺。將施工現場的違章作業、冒險作業等違反安全規程的行為在“曝光臺”上進行展示。⑦安全知識庫。支持查閱、上傳與安全生產有關法律法規、規章制度、操作規程和風險辨識標準等，提高安全生產管理水平。

為了確保工程建設數字化安全管控平臺的功能完備性、安全性以及高可靠性等需要對系統進行功能及性能測試，分析測試結果是否存在錯誤以及是否滿足用戶需求。以安全巡查功能為例，為驗證其功能的正確有效性，設計安全巡查測試用例見表1。

表1 安全巡查功能測試用例

查閱巡查臺帳的測試界面如圖2 所示。

圖2 查閱巡查臺帳界面

從巡查臺帳的測試結果可以看出，安全巡查功能具備新增巡查、查看巡查、上傳巡查記錄以及查閱巡查臺帳等基本功能，并且展現在界面中的安全巡查項目檢查單位、被檢查單位、檢查時間和人員以及檢查結果圖，能夠滿足安全巡查需求。

在移動端進行性能測試時使用Autotest 工具，此工具可以讀取移動端的耗電量、內存使用情況、CPU 使用情況和加載時間等進行測試。經過測試發現，在使用數字化安全管控平臺的過程中，CPU 使用最高不超過40%，內存使用最高不超過10%，頁面加載時間在2 s內，長時間使用不會出現應用卡頓情況，用戶使用具有良好的體驗。使用LoadRunner 對數字化安全管控平臺的管理端進行性能測試，經過10 多個小時的持續性測試發現，平臺處理數據的性能保持較好的穩定性和可靠性，并發處理及響應時間都滿足項目需求。

3 結束語

本文對工程建設數字化安全管控平臺進行研究，首先介紹了構建安全管控平臺的理論基礎及關鍵技術，并在此基礎上設計并實現了數字化安全管控平臺，分析了安全管控平臺的主要業務功能模塊；然后以安全巡查功能為例，對主要功能進行了測試。安全管控平臺構建了完善的安全管理標準知識庫，實現了便捷的登錄方式，保證安全管理的標準化和規范化。

三峽集團長江環保工程項目管理系統安全管理子系統自應用以來，已應用于集團下6 大區域公司44 個項目點，累計記錄安全行為數據76 萬條，累計開展安全檢查18 萬次，記錄班前會6 萬次，整治安全隱患3萬余條，為三峽集團統一構建面向多組織層級，多項目的安全管理平臺提供了堅實的保障。