接云明

（中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山西 臨汾 042100）

施工安全生產(chǎn)事關(guān)人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，各級(jí)政府機(jī)關(guān)、各級(jí)主管部門(mén)、施工企業(yè)一貫高度重視隧道安全生產(chǎn)問(wèn)題，并采取一系列措施不斷加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作。通過(guò)法律手段、管理模式等方面的不斷努力與嘗試，近幾年無(wú)論是隧道施工，還是礦山安全生產(chǎn)狀況總體上趨于穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，但由于基礎(chǔ)管理工作薄弱等種種原因，隧道施工安全狀況仍然不容樂(lè)觀。如何改變目前企業(yè)對(duì)洞內(nèi)人員落后的管理模式，如何實(shí)現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化，真正做到以人為本，也成為所有施工企業(yè)關(guān)心的問(wèn)題，因此建立以災(zāi)害預(yù)防、事故救援、電子信息化管理為主要目標(biāo)的信息化和智能化建設(shè)勢(shì)在必行。

1 傳統(tǒng)隧道施工人員管理方式

傳統(tǒng)方法采用的是“一人一本一洞口”的管理方式，即一個(gè)值班人員拿著一個(gè)記錄本在一個(gè)洞口當(dāng)“守門(mén)員”，記錄本記錄的信息根據(jù)施工單位的要求各不相同，一般會(huì)包括以下信息：姓名、單位（班組）、進(jìn)洞時(shí)間、出洞時(shí)間，有的還記錄機(jī)械、車(chē)輛進(jìn)出洞時(shí)間。這種管理方式如果記錄準(zhǔn)確，則管理人員可以掌握洞內(nèi)的施工人員數(shù)量，大概掌握洞內(nèi)作業(yè)情況。

隨著近年基礎(chǔ)建設(shè)投入的增加，隧道施工項(xiàng)目數(shù)量也大大增加，發(fā)生意外事故的數(shù)量也不斷增長(zhǎng)，給國(guó)家、集體、人民群眾造成了嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

因此，基于以上原因，施工企業(yè)有必要借助現(xiàn)代高科技手段，尤其在隧道施工過(guò)程中，建立起有效的預(yù)教、預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)防體系。

2 人員定位系統(tǒng)在隧道施工中的應(yīng)用

隧道施工是一項(xiàng)工序復(fù)雜的施工過(guò)程，各工種專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、差距大，各工序之間銜接緊密，涵蓋爆破施工、噴射混凝土施工、鋼筋焊接、鋼筋綁扎、排水系統(tǒng)施工、人員與機(jī)械配合施工等復(fù)雜過(guò)程，每一道工序都需要人力來(lái)完成，機(jī)械不能夠完全替代，因此隧道施工具有勞動(dòng)密集型特點(diǎn)。

2.1 人員定位系統(tǒng)的基本原理

人員定位系統(tǒng)最基本的功能首先是解決了施工人員位置的問(wèn)題，它的基本原理來(lái)源于衛(wèi)星定位系統(tǒng)，即通過(guò)3顆以上的衛(wèi)星就可以將物體的三維物理位置進(jìn)行定位。根據(jù)這個(gè)原理我們將范圍縮小，在一定區(qū)域內(nèi)架設(shè)幾顆“衛(wèi)星”，通常稱(chēng)為基站，那么就可以實(shí)現(xiàn)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)將人員進(jìn)行定位。

用于隧道施工的人員定位系統(tǒng)分為兩種，第一種為精確定位，即利用2臺(tái)以上基站信號(hào)將該區(qū)域完全覆蓋，達(dá)到對(duì)施工人員精確定位平面位置的目的，任何一個(gè)施工人員都可以被顯示出精確的洞內(nèi)位置；第二種為模糊定位，即將隧道劃分成若干范圍（段落），在需要定位的段落里面安裝1臺(tái)基站，這樣可以顯示出該基站范圍內(nèi)（或該段落內(nèi)）的施工人員數(shù)量、人員信息，但不能反應(yīng)出人員的精確位置。

2.2 人員定位系統(tǒng)的建立

在需要定位的區(qū)域，根據(jù)實(shí)際地理位置安裝多個(gè)基站，通過(guò)基站與傳輸接口的連接，再將總站與電腦系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)軟件與硬件結(jié)合，最終形成人員定位系統(tǒng)。

2.3 人員、機(jī)械的出入洞管理

在隧道洞口架設(shè)一臺(tái)基站，用于人員、機(jī)械的進(jìn)出洞管理。施工人員、機(jī)械需隨身佩戴一張“身份證”，通常稱(chēng)為識(shí)別卡，識(shí)別卡會(huì)隨時(shí)發(fā)出信號(hào)，每當(dāng)人員、機(jī)械經(jīng)過(guò)洞口處的基站時(shí)，無(wú)需任何操作，基站會(huì)自動(dòng)識(shí)別卡片信息，并將信息發(fā)送至數(shù)據(jù)接口，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，記錄相關(guān)進(jìn)洞信息，人員如張三，男，開(kāi)挖班，身份證號(hào)：***，進(jìn)洞時(shí)間8：36，出洞時(shí)間 11：15；機(jī)械如 4號(hào)出渣車(chē)，司機(jī)李四，車(chē)牌號(hào)：***，進(jìn)洞時(shí)間9：05，出洞時(shí)間9：43，這些信息可以通過(guò)大屏幕直觀地顯示出來(lái)，也可以通過(guò)LED顯示屏以表格的形式顯示出來(lái)，并可在電腦中永久記錄下來(lái)，以便查詢(xún)。

圖1

此系統(tǒng)還可以作為考勤之用，在選定的時(shí)間范圍內(nèi)可將施工人員進(jìn)出洞情況匯總成考勤表，作為考勤依據(jù)。

2.4 人員作業(yè)定位管理

我們?cè)谒淼朗┕ぶ校ǔ７譃橐韵氯齻€(gè)作業(yè)面，分別為掌子面施工、仰拱施工、二襯施工，這三個(gè)作業(yè)面人員相對(duì)集中，從眾多的隧道事故統(tǒng)計(jì)中可以看出，危險(xiǎn)區(qū)域依次為掌子面、仰拱與掌子面之間段落、二襯與仰拱之間段落，因此，這三個(gè)區(qū)域有人員定位的必要性。

基站識(shí)別區(qū)域理論值為空曠無(wú)障礙地帶半徑100m內(nèi)，洞內(nèi)施工環(huán)境復(fù)雜，實(shí)際可覆蓋半徑70m左右，因此對(duì)于地質(zhì)條件稍復(fù)雜的隧道而言，掌子面到二襯的距離不會(huì)超過(guò)基站的可覆蓋范圍，即140m，那么我們完全可以利用2臺(tái)基站，安裝在仰拱附近區(qū)域，實(shí)現(xiàn)這三個(gè)區(qū)域的人員精確定位。但也不能太過(guò)于靠近掌子面，以免爆破施工安全距離不足。

精確定位的主要用途在于施工過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)緊急情況，施工人員可按下芯片上的報(bào)警裝置，聲光報(bào)警系統(tǒng)即可啟動(dòng)，施工人員即可在第一時(shí)間撤離危險(xiǎn)區(qū)域，如發(fā)生隧道塌方事故，救援人員可以準(zhǔn)確知道被困人員的具體位置及分布情況，可以使救援人員進(jìn)一步了解、判斷情況，如果被困人員生還，并且有意識(shí)，那么可以不斷按下報(bào)警按鈕發(fā)出信號(hào)，使救援人員在顯示器上看到何人、何處有報(bào)警，使救援工作突出重點(diǎn)。

2.5 建立預(yù)警系統(tǒng)

通過(guò)安裝傳感器，可隨時(shí)檢測(cè)隧道內(nèi)的氧氣、有毒有害氣體濃度，如常見(jiàn)的一氧化碳、二氧化碳、甲烷（瓦斯）、硫化氫等等易燃易爆氣體，當(dāng)氣體濃度高于或低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)相應(yīng)的傳感器會(huì)立即發(fā)出報(bào)警，使管理人員可進(jìn)一步采取措施，防止以外發(fā)生。

圖2

2.6 建立有線(xiàn)通訊系統(tǒng)

對(duì)于直線(xiàn)隧道及中長(zhǎng)隧道而言，洞內(nèi)外通訊可通過(guò)對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)半雙工通話(huà)，但對(duì)于長(zhǎng)大隧道而言，長(zhǎng)度達(dá)到幾公里、十幾公里甚至幾十公里時(shí)，有線(xiàn)通訊是必不可少的，也是最可靠的方式，這種情況我們可以通過(guò)人員定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)外雙工通話(huà)，洞內(nèi)帶班人員隨時(shí)匯報(bào)施工情況，施工調(diào)度員在監(jiān)控室內(nèi)值班，可協(xié)調(diào)指揮洞內(nèi)帶班人員、空壓機(jī)房、通風(fēng)機(jī)房、鋼筋加工廠、拌合站、洞外機(jī)械、洞外施工人員準(zhǔn)備進(jìn)洞等工作，大大提高協(xié)調(diào)指揮效率。

2.7 建立遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)在洞內(nèi)重點(diǎn)部位安裝攝像頭，如防水板臺(tái)車(chē)、二襯臺(tái)車(chē)等部位，可實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控室內(nèi)實(shí)時(shí)觀察洞內(nèi)作業(yè)情況，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，各級(jí)管理單位和部門(mén)可實(shí)現(xiàn)在辦公室內(nèi)遠(yuǎn)程視頻查看洞內(nèi)作業(yè)情況，從目前的技術(shù)來(lái)看，如果有需要，可實(shí)現(xiàn)在手機(jī)上安裝相應(yīng)的客戶(hù)端，通過(guò)登錄客戶(hù)端，可隨時(shí)隨地查看洞內(nèi)實(shí)時(shí)施工情況、洞內(nèi)人員數(shù)量、洞內(nèi)人員分布、掘進(jìn)數(shù)量、仰拱數(shù)量、二襯數(shù)量、剩余工程數(shù)量、平均掘進(jìn)速度等等數(shù)據(jù)。

3 使用人員定位系統(tǒng)的條件

人員定位系統(tǒng)是將信息科技“嫁接”于施工生產(chǎn)上的產(chǎn)物，為我們的施工帶來(lái)更多方便的同時(shí)，也對(duì)我們提出了更高的要求，因此必須要具備以下幾點(diǎn)：

1）要求操作人員必須具有一定的信息技術(shù)基礎(chǔ)，至少要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的培訓(xùn)。

2）人員定位系統(tǒng)需要定期維護(hù)，隨著施工的推進(jìn)，如掌子面附近的基站、攝像頭、傳感器等部件，也需要不斷向前跟進(jìn)，如未及時(shí)跟進(jìn)，人員位置超出基站的覆蓋范圍，就會(huì)造成人員定位的位置、數(shù)量信息的不準(zhǔn)確，不能起到應(yīng)有的作用。

3）洞內(nèi)作業(yè)工序復(fù)雜多樣，人員定位系統(tǒng)的線(xiàn)路如保護(hù)不到位，會(huì)經(jīng)常被施工機(jī)械、各類(lèi)臺(tái)車(chē)等損壞，因此需要特殊保護(hù)。

4）確保所有施工人員、機(jī)械佩戴和安裝定位芯片，并定期（每年）更換電池。

4 人員定位系統(tǒng)功能的選擇

在隧道施工中，地質(zhì)條件復(fù)雜多變的情況是很常見(jiàn)的，我們可以根據(jù)不同的地質(zhì)情況，選擇合適的功能，如根據(jù)設(shè)計(jì)文件、類(lèi)似工程、附近工程對(duì)比分析，所施工隧道不屬于瓦斯隧道，那么可以不安裝監(jiān)測(cè)傳感器；通訊可使用對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)的，可以不安裝有線(xiàn)通訊系統(tǒng)等，以達(dá)到降低成本的目的，具體要根據(jù)項(xiàng)目的管理目標(biāo)而定。

5 人員定位系統(tǒng)的造價(jià)

人員定位系統(tǒng)的總造價(jià)需要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮，包括隧道長(zhǎng)度、人員數(shù)量、選擇的功能等方面，單價(jià)估價(jià)：人員定位芯片120元/個(gè)，讀卡基站3000元/臺(tái)，讀卡基站供電電源4000元/臺(tái)（3臺(tái)讀卡基站可共用一臺(tái)供電電源，但同時(shí)有線(xiàn)路跨度限制，線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致供電不足），軟件2000元/套，四芯電纜2.5-3元/米，電腦一臺(tái)，大屏幕顯示器一臺(tái)（電視即可），LED顯示器一臺(tái)，傳感器，報(bào)警系統(tǒng)、攝像頭等，一般在5-40萬(wàn)元之間。

綜上所述，人員定位系統(tǒng)是隧道施工標(biāo)準(zhǔn)化管理中較先進(jìn)的管理手段，它的人員定位功能可為施工中的應(yīng)急處置、應(yīng)急救援提供極大方便，其附帶的功能如人員、機(jī)械的進(jìn)出洞管理，人員考勤管理、有毒有害氣體監(jiān)測(cè)、聲光報(bào)警功能、通訊功能、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能等，更是極大地方便隧道施工管理，這種先進(jìn)的管理方式將逐步地推廣到現(xiàn)代施工企業(yè)中去，成為隧道施工中必不可少的先進(jìn)管理工具。

[1]米根鎖，王彥快，馬學(xué)霞.隧道人員定位系統(tǒng)中RFID防碰撞算法的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2012，48（24）：72-76.

[2]朱亞軍.智能煤礦井下人員定位監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].煤炭技術(shù)，2012(01).