提升高空作業安全性的智能鎖扣和監督裝置設計

黃培新 黃曉彬

（廣東電網有限責任公司潮州楓溪供電局）

0 引言

安全帶主要防止高空作業人員意外墜落。在電力系統中，高空作業項目占比較高。安全帶的規范使用十分關鍵。傳統的安全帶為五點式高空安全帶，在高空作業中，施工人員受作業空間限制及出于方便移動的考慮，會私自解開保護繩，安全隱患較大。管理人員也無法做到對高空作業人員安全帶使用情況的實時監測，存在安全管理漏洞。在此背景下，研發具有智能監督功能的高空作業鎖扣裝置，將進一步提升作業防護效果，保證電網正常施工運維。

1 電力高空作業的幾大特點

1.1 溝通交流不便

電力高空作業項目較多，作業要求較高，需要多人配合才能完成［1-2］。但高空作業環境限制明顯，作業人員不方便攜帶較多的通信裝置。常用的對講通信設備也無法正常使用，且無形中增加高空墜物風險。這也使得高空作業人員與地面監護人員不能進行高效快捷的溝通。

1.2 安全風險性較大

高空作業引發的墜落傷亡事故屢見不鮮。高空作業過程當中物體或者作業人員所擁有的能量偏大。能量釋放時會增加高空墜落風險，且高空墜落致死率較高。除此以外，高空作業風險系數高還表現為在高空作業過程中，容易發生物體打擊、坍塌等事故。

1.3 高空作業難度偏大

高空作業受作業環境限制十分明顯，作業位置要經常轉換，甚至牽扯到較多的交叉作業。狹小的工作空間導致作業人員行走、轉身比較困難。因此高空作業人員除了要具備基本的高空作業技能、意識外，還必須有良好的作業防護裝置。

2 電力系統高空作業常規安全帶使用不足

對于高空作業人員來說，安全帶是預防墜落傷亡的主要保障。電力系統中高空作業項目較多，安全帶的使用更是必不可少［3-5］。國家也對高空作業人員安全帶的使用作了具體說明。雖然我國高空作業人員墜落傷亡事故有所減少，但也不乏部分施工作業人員缺乏基本的安全作業意識，沒有及時扣好鎖扣，引發安全事故。目前電力系統中高空作業最常使用的是五點式高空安全帶。五點式安全帶具有兩個安全掛鉤，兩個掛鉤的繩子不一樣長，長的繩子固定在橫擔等不需要經常移動的位置，短的一條掛在需要經常移動的位置，方便隨時掛跟取。長的一條稱為保命繩，因為不需要經常移動。這種安全帶安全防護效果不太理想。安全繩的扣鉤，尤其連接于安全帶上的扣鉤是否鎖鉤或者是否正確鎖鉤主要靠作業人員主觀判斷。如果作業人員沒有正確鎖鉤，或忘記鎖鉤連接安全帶，或將安全繩系在不穩定的物體上，或者扣鉤扣得太低，都可能會引發墜落事故。此外，地面的監護人因為與高空作業人員作業位置相距太遠，只能采取仰視方式進行觀察監護。白天作業情形下，天空光線較為刺眼，影響監護人觀察。安全帶主繩卡扣一般位于高空作業人員腰腹部位置，也不容易被地面監護人員觀察到，導致地面監護人員無法對高空作業人員安全帶的使用情況做出準確判斷，不能及時對高空作業人員發出警告，也加大了墜落發生率。鑒于此，借助智能技術研發智能鎖扣和監督裝置具有積極意義。

3 高空作業鎖扣智能監督裝置設計亮點

高空作業鎖扣智能監督裝置在不改變安全帶原有防護性能與結構的基礎上，在保命繩與掛鉤連接處加裝高空作業鎖扣智能監督裝置，具備遠程開關控制、語音對講功能、太陽能充電、強行解鎖發出警報、特殊情況自行解鎖等功能，是一款實用性強的外置防護裝置，能有效提高高空作業的安全性，防止高空人員作弊，提高整體電網施工的管理水平。高空作業智能鎖扣監督裝置外觀圖如圖1所示，內置獨立大容量耐高溫鋰電池、集成藍牙無線通訊，采用低功耗芯片和通訊協議，能通過遠程語音實現監督交流功能；裝置實時采集安全掛鉤的使用情況，當安全掛鉤違規使用時可及時發出聲光報警，用來提醒和監督高空作業人員，地面的監督人員可在手持接收機同時接收到高空作業人員違規操作，使用集成對講機功能詢問具體原因。為了避免緊急事故發生，高空作業人員可緊急打開安全帶智能鎖扣裝置，裝置內置多個傳感器，高精度陀螺儀等，采用姿態解算等智能判斷程序，能在不改變安全帶原有結構同時增加安全防護。

圖1 高空作業智能鎖扣監督裝置外觀圖

4 高空作業鎖扣智能監督裝置使用介紹

4.1 鎖扣狀態監控及預警

智能鎖扣監督裝置將通過超寬帶定位技術定位作業人員，并準確判斷安全帶是否正確鎖扣。再通過信息渠道向高空作業管理終端發送精準的定位信息，給出安全帶實時狀態通知。一旦高空作業人員開啟安全帶，智能鎖扣監督裝置及時檢測安全帶是否處于危險區域。若處于危險區域，則進一步判斷安全帶與安全繩定位器距離是否處于預定距離范圍內。如果安全帶處于危險區域，且與安全繩定位器距離小于預定距離，系裝置會進一步檢測安全帶是否在預定時間內鎖扣。若未在規定時間內鎖扣，智能鎖扣監督裝置會及時借助通信渠道向高空作業管理終端發送定位信息，并提示報警。當位于地面的監護員接收到高空作業管理終端信息，及時借助語音系統發出預警提示。必要情況下，監護人可以通過遠程控制裝置進行遠程操作，減少電力高空作業安全隱患。

4.2 遠程控制

智能鎖扣監督裝置具備遠程控制功能，可以通過無線通信網絡連接遠程終端，通過遠程終端對裝置主系統進行遠程控制，并及時同步信息。信息同步主要包括數據上傳和讀取。遠程終端可以是手機、平板或電腦等，能夠通過無線通信網絡與智能鎖扣裝置建立穩定聯系。無線通信網絡可以是藍牙架構的局域網、基于數據網絡連接的互聯網等，通過遠程終端可以向智能鎖扣監督主系統遠程錄入預設信息以及讀取收集到的在線設備信息等，實現遠程化智能控制。高空作業時，智能鎖扣監督裝置自動上鎖。高空作業人員如果遇火災、地震等突發情況，需緊急開鎖，只需按下裝置盒子上的按鍵，地面的管理后臺就能顯示，地面監護員并立即為其遠程開鎖。

4.3 太陽能充電

智能鎖扣監督裝置使用方便，支持太陽能充電。在陽光下，智能鎖扣監督裝置內置太陽能充電器，通過光能轉換為電能并通過控制電路儲存到內置蓄電池，也可以直接把光能轉化的電能對智能鎖扣監督裝置充電。太陽能充電器在陽光下無需交流電源，直接將太陽光能轉化為直流電能，更支持隨時隨地地充電。這樣智能鎖扣監督裝置即便在使用過程中也可以充電，保證智能鎖扣監督裝置始終處于正常供電狀態。

4.4 安全監督

智能鎖扣監督裝置卡扣處安裝有小型智能高度傳感器和壓力傳感器，能夠實時記錄安全帶使用情況，可以精確判斷高空作業人員的安全帶是否正確使用。如果作業人員登高5min后，系統未監測到其正確系掛安全帶，智能安全帶就會立刻播報“雙鉤未系掛”或“單鉤未系掛”的語音提醒，管理人員的PC端和手機端上會接收到反饋信息，如圖2所示。如果3min后仍未整改，違章信息將會通過系統推送至各級管理人員處，同時將違章記錄儲存至管控系統。

圖2 智能鎖扣監督裝置終端反饋提示

4.5 語音對講通話

智能鎖扣監督裝置增設了便攜式通話設備，高空作業人員在作業時無需攜帶通訊設備即可完成與作業人員或監護人員之間的溝通和交流。當需要進行對話時，作業人員無需手動操作，可以通過語音命令代替手動操作來喚醒設備，設備喚醒后即可進行雙向通話。這種具備便攜式通話的安全帶問世使電力高處作業的溝通更高效、更方便、更安全，提高工作效率，降低工作風險，確保了高空作業人員的人身安全。

5 智能鎖扣監督裝置應用反饋

近幾年電力作業中因為違規操作不當導致的高處墜落傷亡事故，成為安全管理上的“痛點”。為了解決這一“痛點”，在高空作業中引入了智能鎖扣監督裝置。智能鎖扣監督裝置包括智能安全扣和安全繩在內的穿戴設備以及智能安全作業管理平臺兩部分。高空作業時，智能鎖扣監督裝置自動上鎖。高空作業人員如果偶遇突發情況，只需按下裝置上的控制按鍵，地面的智能安全作業管理平臺就能顯示并響應，立即為其遠程開鎖。在智能安全作業管理平臺終端控制頁面，可以清楚地看到“新增人員設備”、 “人員管理”、“開鎖請求”、“安全報警”等操作圖標。智能鎖扣監督裝置因為具備設備狀態監測、人員作業狀態監測、安全警告推送、智能巡檢、遠程授權等功能，實現了“人防”到“技防”再到“智防”的轉變，做到高空安全事前可為，事中可控，事后可追溯。從實際使用來看，高空作業安全防護效果較好。智能鎖扣監督裝置防止高空人員未固定安全掛鉤作業。如果高空作業人員作業時未掛接智能安全掛鉤，智能鎖扣監督裝置會不斷提醒高空作業人員，同時后臺會顯示智能安全掛鉤未掛接狀態，作出預警提示。高空作業人員工作前固定智能安全掛鉤時，會觸發智能鎖扣監督裝置拍照或錄制短視頻發回后臺以備平臺檢核，同時平臺會實時顯示智能安全掛鉤的掛接狀態；智能鎖扣監督裝置采用低功耗芯片和通訊協議，工作時間可持續待機一周。支持太陽能充電，避免因為電量不足而中斷作業。智能鎖扣監督裝置采用高溫鋰電池和高強度鋁合金金屬保護外殼，滿足高空作業各種環境。智能鎖扣安全監督裝置的使用也帶來了高空作業的多方面改變，一是人員管理由粗放向精細轉變；二是危險報警由被動向主動轉變；三是作業監管由現場向遠程轉變；四是現場作業由單一向交互轉變。五是安全生產由傳統向現代轉變。

6 結束語

國家明確規定基準面兩米以上的作業為高空作業，凡是高空作業都需要加強安全防護，安全帶是主要的防護裝置。傳統的高空作業安全帶智能化水平不高，防護功能有限。本文研發的實用性強的安全帶外置防護產品——智能鎖扣監督裝置，使其具備遠程開關控制、語音對講、太陽能充電、解鎖報警等功能。因此提升高空作業安全性的智能鎖扣監督裝置具有推廣應用的必要性。