地铁施工现场智能安全管控系统

FA/AR

XXX 地铁施工现场智能安全管控系统 FA/AR-06-2016

2016年6月12日

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一、 地铁施工现场安全施工的重要性

随着国民经济的飞速发展，城市公共交通日显涌堵。地铁具有用地集约、能耗低、安全、正点、舒适等特点，是解决城市公共交通问题的必然选择。目前，各大中城市都掀起了地铁建设的高潮，地铁工程施工存在施工空间小、空气不流通、粉尘噪声严重超标、各专业交岔作业、且基本都是高空作业等制约地铁施工安全的因素。如何控制好地铁施工安全风险，搞好地铁施工的安全管理，是每个地铁施工管理者深思的课题。

地铁建设的造价高、运营管理相对复杂，所以各地对地铁的建设都十分重视，不敢掉以轻心。

目前的远程信息管理系统往往只是对行政和技术文件的管理，而无法实时地获取施工信息，更不能对施工现场和施工人员的信息有一个全面、及时、准确的掌握，从而导致很多事故的发生。为此各级政府高度重视工程建设安全施工问题，并采取一系列措施不断加强安全施工工作。如何改变目前地铁施工过程安全监管落后的管理模式，实现管理的现代化、信息化、智能化，成为管理者研究的重要课题。

因此，能够实现灾害预防、事故救助、信息化管理等先进的管理手段将是地铁安全建设的必然选择。XXX 地铁施工现场智能安全管控系统，为地铁的安全建设提供了崭新的安全管理理念和强有力的保证。

二、 地铁施工安全事故产生的原因

我们都知道，安全事故的发生往往是由人的不安全行为、物的不安全状态和环境的不安全因素构成的。这三方面的因素在地铁施工现场比比皆是，这些因素如果不进行预防和治理，经过量的积累就会出现质的飞越，出现安全事故：

1. 人的不安全行为

部分地铁施工因为人为因素而直发的安全事故十分普遍。操作人员在进行操作作业过程中，任意对安全操作规程进行删改，或者发生误操作问题，以及进行设备检修时都可能引发安全事故。

2. 物的不安全状态

物涵盖施工和施工设备、各种劳动工具，以及施工物料等劳动对象。人通过管理制度作用于物，物的状态也影响着人和环境的变化。在地铁施工实践中，目前的科技手段还无法完全规避所有的安全风险。

3. 环境的不安全因素

时间和空间的变化，工作与生活环境，季节与气象条件变化，乃至突发的自然灾害，都属于环境要素的范畴。人和物（设备、设施）始终处于环境之中，环境要素的变化不仅会改变物（设备、设施）的运行条件，而且也会造成作业人员的身体和情绪变化。随着环境的变化，人要及时适应，设备要调整状态，管理制度要延伸修订，否则会导致操作失误和设备失控。

4. 管理的安全漏洞

管理制度是长期实践经验和教训的总结，也是管理理念的载体，每一条制度都是用血的教训换来的。制度的科学性直接对其它要素的安全状态产生影响，人和物的安全要靠制度来保障。安全管理的有效性依赖于制度的执行力，任何管理缺陷、操作者的侥幸心理和冒险行为等都可能导致事故的发生。

三、 目前地铁施工安全现状

1. 安全隐患高

地铁项目施工由于受施工场地施工环境和复杂多变的地质条件等的限制，其独有的性质和特点决定了该行业是一个高风险的行业，安全管理的过程非常复杂，管理难度很大。地铁是未来城市轨道交通发展的方向，由于施工工人大量来自农村，文化素质普遍偏低，现场各种不安全的因素较多，并且存在重大危险源，因此安全管理工作对我们提出了更高的要求，是一项长期艰巨的任务。

如何加强安全施工的防范措施，如何正确处理安全与施工、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行地铁施工安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，这不但对事故的救援还是事前防控都是一个非常迫切要解决的问题。

2. 难定人 地铁项目不同于一般的建筑工程，通常都由若干个子单位工程组成，施工区域跨度大。这导致了施工过程中人员的流动性大，人员实际位置无法实时掌握，到岗时间无法准确获知，效率很难得到提升。

● 无法对地铁施工人员的工作轨迹实时监控

● 很难对基坑、隧道内各类人员进行分类、分区域管理

● 很难判定到岗、串岗、脱岗

● 很难及时准确判定人员的受困位置

● 很难确定、通知遇险人员撤退路线

3. 难巡检

危险源是风险的根源，危险转化为事故的可能性及事故后果的严重性共同决定了风险的大小。目前，在施工现场应用较多的危险源辨识方法有安全检查表等，但传统的巡检情况完全取决于巡检人员的个人经验和责任心：

● 巡检到位确认方式不科学，易被修改且无电子化管理；

● 巡检结果无法监督和保障；

● 巡检过程中，漏检、错检时有发生；

● 现场发生异常时，无法直接快速的对现场作业进行指导；

● 纸面作业繁杂耗时，记录难以辨认，数据无法有效分析；

● 难以对历史记录进行追溯和审核；

● 难以在巡检中实现预测性维护，进而对具有潜在问题的设备或状况制定特殊的应对

策略。

如何改变目前地铁施工对现场工作人员、资产落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化已成为所有地铁施工管理者关心的问题。

四、 地铁施工安全的防范策略

1. 防范要素

地铁施工系统复杂，各方面的不可控因素很多，如果在工作中处处按照标准、规程作业，正确处理施工过程中人、物、管理制度、环境四个要素的关系，就能够把安全风险降至最低，使不发生事故成为必然，实现施工作业的本质安全。

2. 防范策略

1） 对人的不安全行为进行全程管控

通过人员定位管控、操作员辅助巡检、外协人员管理（安全档案等）、特种作业人员管理等塑造本质安全的人。 无论是管理人员还是作业人员，无论在何种作业环境和条件下，人人都能按规程操作，杜绝违章，并且充分认识到与个体和群体相关的设备状态、环境状况，主动执行相应的安全制度和机制，确保人的安全可靠性。

2） 对物的不安全状态进行监测监

通过危险源管理、车辆定位管理、关键装置要害部位监控、盾构机及关键设备监测等打造本质安全的物。

使任何设备、设施都能以良好的状态运转，不带故障，确保物的安全可靠性。

3） 对作业环境进行监测监控

通过网络视频监控、基坑、隧道内环境在线检测、重大危险源监控等创造本质安全环境。 通过辨识、评估和控制存在于施工作业中的所有危险源，降低现场作业环境的各种风险，不因时间、空间的变化而发生重大事故，形成人与其它要素相互补充、相互制约的安全管理系统，确保环境的安全可靠性。

4） 提升安全管控水平

通过统一报警管理、应急管理与指挥联动、电子地图展示系统、疏散逃生指引以及便携式巡检仪等智能终端应用来弥补管理缺陷（管理漏洞、纠正措施），建设本质安全管理制度。

通过对安全施工管理制度的严格执行，杜绝管理失误、指挥失误和操作失误，从而实现地铁施工零缺陷、零事故。

五、 项目的目的和意义

为使管理人员能及时准确掌握地铁施工现场人员的定位和轨迹跟踪信息，保证现场作业人员的安全，应对各类突发事件，提高地铁施工安全管理水平，建立地铁施工现场智能安全管控系统：

1、提高地铁施工现场人员安全可视化管理，通过先进技术手段和措施, 保证了现场人员的行为可控、位置可视。

2、提高地铁施工现场人员各项操作的规范化和标准化，通过先进技术手段和措施, 保证现场人员的各项操作有序可查。

3、通过空间分布来表现现场人员的活动范围和位置轨迹，提高管理人员对施工现场的快速反应和全局把控能力。

4、通过使用多种先进技术手段来加强“人员”的现场安全管理，提升安全管理方法的科技手段和现代化水平，提高地铁施工的安全管理水平。

5、所用Alliswell 技术走在国内地铁施工安全管控最前列，为地铁施工现场人员安全行为可视化管理做有益尝试和示范应用。

在此背景下推动面向作业现场人员的安全管控系统，建立一整套完备的具有智能监控管

理、报警、现场人员的实时定位、追踪等功能的人员定位系统，必将大幅度的提升工作安全性和管理效率, 降低安全隐患、减少安全事故的发生，同时还可以与现有的系统有效的集成并进行多方面功能扩展, 完善整个监控管理系统的功能，有效地增强系统的安全性，真正意义上实现现场工作人员的实时安全监控，对减少或避免重大事故和重大环境污染事件的发生意义深远，对安全、环境与健康管理系统发展与完善起到巨大的推动作用。

六、 目前的定位技术现状

1. 目前的定位技术现状

与户外环境相比，地铁基坑、隧道内环境要复杂的多，由于 GPS 技术在无法直视天空的坏境中几乎无法工作。为此，针对不同的施工现场定位需求存在着多种解决方案，他们主要采用的技术手段包括以下几种：

1.1 Wi-Fi 技术

Wi-Fi 定位应用采用在区域内安置无线分站，根据待定位 Wi-Fi 设备的信号特征，结合无线分站的拓扑结构，综合确定待定位 Wi-Fi 设备的坐标。Wi-Fi 定位技术便于利用现有的无线设备实现定位功能，但由于 Wi-Fi 的安全性较差且 Wi-Fi 设备功耗较高，因此，不利于终端设备的长期携带和大规模应用。

1.2 射频识别技术

它是利用电磁感应原理，通过无线激发近距离无线标签，实现信息读取的技术。射频识别距离从几厘米到十几米。RFID 用于人员定位的典型应用来自人员考勤系统的拓展，主要进行人员是否存在于某个区域的辨识，不能做到实时跟踪，并且定位应用还没有标准的网络体系。

1.3 CCS 和UWB

即线性调频扩频技术，是一种利用脉冲压缩技术实现的脉冲载波通信，该通信脉冲能量集中抗干扰和多径效应能力很强，对建筑穿透能力强定位精度在 1~3m。由于工作机理问题使得其跟踪曲线抖动现象明显，应用中尚未取得较理想通信距离。尽管围绕微雷达技术和 UWB 技术的研究使定位精度能达到厘米级，由于其系统成本非常高应用还难以推广。

根据地铁施工的定位需求和精度要求，从精确度、适用性、可靠性综合考虑，推荐采用区域+精确定位技术，即Alliswell 定位子站定位技术。

2. 未来的发展趋势

在信息化技术和自动化技术迅速发展的今天，大型隧道局的信息化统一管理、自动化施工的持续进行以及利用物联网技术预知、防范、杜绝安全事故的发生是趋势所向。同时，通过对各类地铁施工事故案例分析，大多存在人为因素。因此，管控住人的“不安全行为”是一切安全管理工作的基础，地铁施工现场人员定位和管理是重中之重。

目前地铁施工现场人员定位系统在国外的一些现场都得到了很好的应用，大大提高了地铁施工现场作业的安全环境，并且极大程度地降低管理成本。

七、 系统特色

1. 简单

办法简单：采用Alliswell 区域+精确定位，实现按需定位。

安装简单：无线方式，可根据实际需求部署，而不必考虑传输线路的铺设。

架构简单：多功能合一、多网合一，一网一站一平台，解决地铁施工现场所有安全管控问题。

2. 稳定

性能稳定：实测200张标识卡同时放在测试车后备箱中，80Km/h通过，0漏卡；

运行稳定：亚洲最大单体金矿人员定位项目，2900人， 2013年起至今稳定运行0漏卡。

3. 可靠

传输可靠：有线部分采用自愈工业环网，保证断线不断网；无线部分16个信道，每个信道带宽256K ，10个字节涵盖所有参数，大大提高并发可靠性。

数据可靠；通讯故障时，数据存储在多功能分站中，通信恢复时，分站内的数据可以自动回传到控制中心；

4. 实用

按需定位，根据场景不同采用不同的定位精度（3-200米），不同区域采用不同的定位方式，使定位更实用。

5. 免干扰

不干扰其他无线，也不被其他无线干扰；

传输采用2.4G 频段，和无线仪表433M 、无线对讲900M 等不在一个频段；

16信道支持信道自定义，如果出现同频信号时，可自主调整避免碰撞；

经过多个作业现场测试，不影响这些无线系统的正常工作。

八、 系统给客户带来的好处

1. 省钱---提高工作效率

采用本系统可储存和识别专职巡检人员的所有身份信息，并对其在某个工作区的进出时间准确记录保存，方便于管理人员统计和抽查监督，真正达到有理可循，有据可查的效果，极大程度上提升了人的安全管理效率。

2. 省力---提高巡检人员管理水平

告别传统“填表”巡检工作方式，规范巡检人员工作方法、标准化科学统一管理，保障人和设备的自动化、规范化、标准化施工和运行，从而提高人员素质和管理水平。

3. 省心----提高施工安全性

通过对地铁施工安全事故分析得出地铁施工事故多存在人为因素。因此“管好”人是避免地铁施工安全事故的首要任务。且地铁施工人员数量较多，且分工明确、专人专职、杜绝串岗现象出现，避免监管不到位是安管工作的重中之重。

4. 省时----提高快速反应性

管理人员能够方便快捷的掌握现场施工人员、设备的分布状况和每个人员和设备的运动轨迹，便于进行更加快捷、合理地调度管理以及安全监控管理。当有事故发生时，救援人员可根据该系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措

施，提高应急救援工作的效率。

九、 系统主要功能

系统管理平台主要由人员定位子系统、作业人员管理子系统、环境监测子系统和辅助巡检子系统组成，各子系统功能描述如下：

1. 人员定位子系统

对进入基坑的人员进行定位，且对基坑、隧道进行区域划分，安全等级管控，实现数据实时、稳定的回传，为调度人员提供准确的指挥调度信息，并且可对人员轨迹分析自定义的生成报表。

在安全集合点，通过零漏卡率的标识卡和定位子站、分站的实时通信，可确认是否所有员工都进入安全集合点。

功能详见《地铁施工现场人员定位系统说明》

2. 作业人员管理子系统

根据《特种作业人员安全技术培训考核管理办法》和《特种设备作业人员监督管理办法》，在施工劳动过程中容易发生伤亡事故，对操作人员本人对他人和周围设施的安全有重大危害的作业称为特种作业，从事特种作业的人员称为特种作业人员。

2.1 人员非法闯入（串岗）管理

对地铁施工现场人员按工种和工作区域进行分类，当无权限的非本岗职工进入危险工作区域时，通过报警提示，对非法闯入员工进行警告记录。

非法卡在系统界面显示并报警。非法卡是指XXX 制作的，非本工地人员卡信息或发放到个人但未录入系统的卡。

2.2 作业人员管理

该系统通过对地铁施工现场特种作业人员岗位核定，建立健全特种作业人员的管理档案，实现地铁施工现场特种作业人员的施工作业活动进行安全监督和指导，使管理人员快速明确：这些人在干什么？这些人在哪里？这些人谁负责？这些人和谁在一起等。

功能详见《地铁施工作业人员管理系统说明》

3. 环境监测子系统

环境监测系统能够实时显示各个监测点的环境数据，如H 2S 、CO 等。能够对环境监测点的历史数据进行查询。

功能详见《环境监测管理系统说明》

4. 辅助巡检子系统

1）、简化巡检过程，提高巡检质量和巡检效率；

2）、确保系统安全性、稳定性和实时性；

3）、自动生成巡检事件内容，自动上报设备巡检事件（需便携式巡检仪支持）；

4）、使用Alliswell 无线定位技术，确保巡检到位识别；

5）、使用Alliswell 技术，录制和保存巡检轨迹；

7）、规范巡检过程；

8）、保存巡检过程中设备运行数据和巡检数据，以便于以后分析决策；

9）、运用设备性能参数的预警功能，自动发现异常（需便携式巡检仪支持）；

10）、灵活派遣巡检任务；

11）、灵活查询巡检结果，灵活展现巡检事件报表。

以上各子系统均有非法卡报警功能，非法卡在系统界面显示并报警。非法卡是指XXX 制作的，非本工地人员卡信息或发放到个人但未录入系统的卡。

功能详见《地铁施工现场辅助巡检管理系统说明》

十、 系统说明

1. 简介

该系统融合无线射频、Wi-Fi 、工业环网、单片机控制、物联网技术，通过在地铁基坑、施工隧道等特殊的环境里运用一种安全、可靠的自动识别系统来区分、识别、跟踪和定位工作人员，保护内部工作人员和管理来访人员，并将信息系统中每个人的信息和现实中的每一个人动态的联系起来，主动识别并自动按照设定的规则进行报警。

人员定位系统和施工现场现有的监控系统结合，可以真正意义上实现危险区域管理信息化。

2. 系统组成

系统主要由地铁施工现场智能安全管控平台、XXX 多功能基站、XXX 智能广播分站、XXX 无线定位子站、标识卡腰卡/胸卡、便携式巡检仪等组成。

3. 地铁基坑定位实现办法

当工人在基坑内，通过Alliswell 技术来实现定位。利用定位子站和多功能基站配合，实现低成本的基坑内及楼层间的精确定位，使作业区域定位更迅速而精确地运行。

4. 地铁隧道区域实现办法

在隧道分阶段根据需要安装多功能基站，实现现场数据采集、数据存储、数据转发；通过工业环网将现场采集的数据远程传输至控制中心，实现隧道内人员定位、视频实时监控、实时工况诊断、瓦斯监控、广播报警等功能。

具体如下：

1、开挖阶段现场数据采集与控制

开挖阶段监测监控系统部署示意图

现场主要采集的数据包括人员定位、瓦斯浓度等，远程控制主要包括读取采集数据、读取基站状态、基站自动复位、视频监控等。

2、支护阶段现场数据采集与控制

支护阶段监测监控系统部署示意图

现场主要采集的数据包括人员定位、视频信息等，远程控制主要包括读取采集数据、读取基站状态、基站自动复位、视频监控等。

5. 关键产品

A. XXX 多功能基站（分站）

采用工业以太网技术，支持分站之间、分站与数据中心间网络通信（分站为环网通信）。分站信号采用2.4G 通讯技术，抗干扰能力强。

主要设备参数见《XXX 多功能基站规格书》、《XXX 多功能分站规格书》

B. XXX 定位子站

采用Alliswell 技术，配合智能定位分站完成人员精确定位。

主要设备参数见《XXX 定位子站规格书》。

C. 人员标识卡（胸卡/腰卡）

标识卡是根据人员管理、人员安全施工要求而研制的人机身份感知卡，与XXX 基站/分站配合，广泛用于地铁隧道、矿山、化工厂、水电站等各类大型作业现场人机定位、作业人员管理等安全管理系统。

可以通过增加内嵌超高频标签来支持其他非接触性超高频IC 卡读卡设备，实现一卡通功能。

D. XXX 智能锂电池UPS

当市电出现故障时，为XXX 智能分站提供不少于3小时的后备电源。

主要设备参数见《XXX 智能锂电池UPS 规格书》。

E. XXX 地铁施工现场智能安全管控系统软件

对人员位置、报警状态进行实时监控。并对人员的相关数据统计和分析。

采用先进全新系统底层设计架构，全面面向企业级服务，操作使用更加安全、更加稳定、更加便捷。

1、基础信息管理（F01）

基础信息管理包括对用户的管理、权限的分配、人机基础信息的管理，以及对设备和地图信息的管理。

2、人员定位子系统（F02）

人员定位功能是人员管理系统的核心功能，包括人员实时总图、人员轨迹回放、人员实时列表、人员历史查询、人员考勤查询、超员报警、危险区域报警、人员主动报警查询、下发报警撤离功能。

当人员信息没有录入系统时，实时总图上也能够显示定位信息显示为卡号。

3、作业人员管理子系统（F03）

作业人员管理功能为本系统扩展增加子系统。

根据《特种作业人员安全技术培训考核管理办法》和《特种设备作业人员监督管理办法》，在施工劳动过程中容易发生伤亡事故，对操作人员本人对他人和周围设施的安全有重大危害的作业称为特种作业，从事特种作业的人员称为特种作业人员。

该系统通过对整个工地特种作业人员岗位核定，建立健全特种作业人员的管理档案，实现作业现场特种作业人员的施工作业活动进行安全监督和指导，使管理人员快速明确：这些人在干什么？这些人在哪里？这些人谁负责？这些人和谁在一起等。

4、环境监测子系统（F04）

环境监测为本软件系统扩展增加子系统。

环境监测模块, 能够实时显示各个监测点的环境数据, 像H2S 、CO

等。能够对环境监测

点的历史数据进行查询。

5、辅助巡检子系统（F05）

巡检功能为本系统扩展增加子系统。

巡检管理功能为安全管控管理工作的重要组成部分，主要用于完成对地铁施工过程中出现的违反安全施工的情况以及日常对设备和环境巡检情况进行统计、上报以及处理，实现对安全施工的可靠有效的控制。

6、设备控制子系统（F06）

设备控制功能为本系统扩展增加子系统。

设备控制功能为远程控制设备的开停，以及历史数据进行记录，像远程控制风机、水泵的开停。

另外系统具有操作日志记录功能，日志以txt 的形式记录登陆用户的重要操作和系统的运行状态。对登陆用户的重要的操作项目、操作时间等自动记录在操作日志中，便于规范值班人员的日常操作。

其他功能详见《地铁施工现场智能安全管控系统说明》

十一、 主要产品清单

详见《地铁施工现场智能安全管控系统产品清单》