景通，古小夢，孟凡杰

（1.中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000；2.華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司巴塘分公司，四川 巴塘 627650）

0 引言

隨著水電市場向西部偏遠山區(qū)的推進，受西部偏遠山區(qū)特殊的高山峽谷地貌影響，水電站場內(nèi)道路或水工過流建筑物的設(shè)計多采用地下洞室形式，而且在布置上縱橫交叉，大多以地下洞群形成，因此給工程施工的安全管理帶來較大的難度。而在地下洞群施工過程中，施工安全管理存在諸多的不確定性，一旦發(fā)生安全事故，將會給企業(yè)帶來較大的負面影響和人力財力損失，所以，施工安全管理是參建各方都比較關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的地下洞室施工安全管理大多依靠人工進行單方面管理，近年來隨著施工管理信息化的發(fā)展，洞室施工安全管理也逐步向智能化、動態(tài)化、信息化方向發(fā)展。文獻［1-4］介紹了智能化安全管理在公路、鐵路隧道中的應(yīng)用情況，并取得了較好的效果。在此基礎(chǔ)上，為了提高地下洞群施工安全管理效率，引入隧道施工安全智能化管理系統(tǒng)不僅具有重要的意義，還是施工安全管理的一個重要研究方向。

1 工程概況

拉哇水電站是金沙江上游13 級開發(fā)方案中的第8 級，電站籌建期右岸交通道路工程主要為②、④、⑧、?道路，受地形條件限制，道路設(shè)計以隧道為主。道路處于海拔2 600.0～2 700.0 m，其中隧道長度分別為3 170.0，3 830.0，1 257.7，1 088.0 m。各道路具體布置：以②道路（右岸上壩道路）作為主線，道路起點為電站下游跨河大橋右岸橋頭，終點在大壩右岸壩頂，全長3 173.0 m；從②道路隧道K0+200 樁號開始分別向上、下游方向引出④道路和?道路，其中④道路全長3 874.9 m，通向上游圍堰右岸堰頭，為右岸低線道路，?道路全長1 104.3 m，通向右岸曲引朗溝渣場；從②道路隧道K2+340 樁號開始向上游方向引出⑧道路，全長1 274.7 m，為發(fā)電進水口、泄洪洞、放空洞進水口施工道路。道路總體布置縱橫交叉，形成道路隧道群，其中4 條隧道中有2 條長度超過3 000.0 m，為特長隧道，特長隧道數(shù)量上占隧道總數(shù)的50.0%，長度上占隧道總長的73.9%。

2 系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)原理

地下洞群施工過程中，先給地下洞群中每條隧洞作業(yè)面安裝一套隧洞施工安全智能化管理系統(tǒng)，再將各系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)通過有線和無線相結(jié)合的方式遠程傳輸至后臺服務(wù)器，通過服務(wù)器處理功能將數(shù)據(jù)直觀地顯示在可視化電視墻上，項目管理者可及時查詢地下洞群內(nèi)任意作業(yè)面當(dāng)前的施工狀況及相關(guān)數(shù)據(jù)，從而清晰直觀地了解地下洞群施工情況。

2.2 系統(tǒng)組成

地下洞群施工安全智能化管理系統(tǒng)由多套相同的分系統(tǒng)組成，一套分系統(tǒng)安裝在一個地下隧洞作業(yè)面上，用于該作業(yè)面的施工安全管理，每套分系統(tǒng)由6 個子系統(tǒng)組成。

2.2.1 人員進出、定位管理系統(tǒng)

系統(tǒng)分為人員進出考勤管理和定位信息管理，主要由監(jiān)控主機、讀卡基站、人員識別卡、傳輸數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換器等組成。系統(tǒng)主要是通過安裝在洞口和洞內(nèi)的讀卡基站，識別所有進、出隧洞人員或洞內(nèi)作業(yè)人員安全帽內(nèi)佩戴的人員識別卡，再通過傳輸系統(tǒng)將基站采集的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控主機，并轉(zhuǎn)換為人員活動軌跡來實現(xiàn)人員定位及考勤功能。為了確保識別信息不中斷，根據(jù)有效作業(yè)范圍每隔一段距離安裝一臺讀卡基站。當(dāng)洞內(nèi)發(fā)生危險情況時，人員可以通過按下識別卡上的按鈕及時將情況通知洞外值班室，值班室人員及時通過警報形式通知所有帶識別卡的人員，實現(xiàn)洞內(nèi)洞外雙向通訊，以便做好危險預(yù)防及救助。

2.2.2 施工人員、車輛門禁通道系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由監(jiān)控主機、控制板、道閘、三輥閘、讀卡基站、人員識別卡、車輛識別卡等組成。系統(tǒng)預(yù)先在人員、車輛識別卡中儲存相關(guān)信息，通過安裝在洞口的讀卡基站識別所有進、出隧洞人員及車輛的識別卡，然后由傳輸系統(tǒng)將基站采集的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控主機，主機根據(jù)預(yù)先儲存的人員、車輛信息控制道閘、三輥閘，限制人員、車輛進、出隧洞，可自動限制、禁止非工作人員或非工程車輛私自進出施工區(qū)域，同時可將信息同步顯示在LED大屏幕上，方便現(xiàn)場管理人員及時處理。

2.2.3 隧洞內(nèi)氣體檢測及報警系統(tǒng)

系統(tǒng)通過安裝在檢測環(huán)境中的氣體傳感器來檢測環(huán)境中存在的氣體種類、成份、含量等信息。如果檢測的含量超過設(shè)定值時系統(tǒng)自動報警，同時通過信息傳輸線路將檢測的信息傳輸至服務(wù)器，由服務(wù)器通過同步顯示系統(tǒng)卡顯示至洞口LED 大屏幕，使管理人員及時掌握隧洞內(nèi)的氣體狀況，并做好應(yīng)急準備。

2.2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由服務(wù)器、攝像機、視頻播放器、傳輸數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換器及通訊傳輸部分組成。系統(tǒng)通過安裝在隧洞作業(yè)面及洞口附近的監(jiān)控攝像頭對現(xiàn)場情況進行信息采集，采用傳輸系統(tǒng)將采集的信息傳輸至服務(wù)器，再由服務(wù)器將信息反饋至視屏播放器來實現(xiàn)監(jiān)控功能。監(jiān)控信息可以通過視頻、云臺、放大、錄像等功能，使有管理權(quán)限的用戶對任何點的錄像進行設(shè)置、下載、實時點播、錄像等操作，同時可以通過PC 瀏覽器進行監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以24 h 對隧洞施工現(xiàn)場各視頻點進行無死角地實時監(jiān)控。

2.2.5 LED 同步顯示系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由服務(wù)器、同步系統(tǒng)卡、LED 顯示屏組成。系統(tǒng)將監(jiān)控主機中的信息通過同步系統(tǒng)卡直接顯示在LED 屏上，做到現(xiàn)場信息一目了然，使隧洞施工管理人員能及時了解進、出隧洞的施工人員情況。隧洞內(nèi)的有毒有害氣體等實時檢測數(shù)據(jù)可以通過信號處理與LED 屏幕進行聯(lián)動，讓值班人員能夠清晰地掌握洞內(nèi)施工情況。在正常情況下還可以通過LED 大屏幕顯示一些安全標語和施工注意事項等，提示施工人員注意施工安全，在高溫、霜凍等惡劣天氣時可以及時進行溫馨提示，在汛期可以及時進行水情、汛情提示。

2.2.6 通訊系統(tǒng)和后臺處理系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由服務(wù)器、電視墻及通訊傳輸線路組成。系統(tǒng)通過有線、無線及光纖通訊系統(tǒng)將前方各系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)傳輸至后臺處理系統(tǒng)，系統(tǒng)及時將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在電視墻上，管理人員能及時查詢?nèi)我馑矶串?dāng)前工作狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

本文通過拉哇水電站右岸交通隧道群的施工，來驗證地下洞群施工安全智能化管理系統(tǒng)的具體使用效果。

1）由于所有管理及作業(yè)人員均在地下洞室內(nèi)，施工過程中如果需要查詢?nèi)藛T活動軌跡，傳統(tǒng)管理模式只能靠人工完成，因此，獲取數(shù)據(jù)的可靠性和人員的工作效率都較低，不能滿足相關(guān)需要。而采取人員進、出定位系統(tǒng)可精準地定位到進、出隧道及隧道內(nèi)所有人員的位置和行動軌跡，使查詢者可以做到有的放矢，不僅可以獲取精度較高的數(shù)據(jù)，還能降低施工成本、提高人員作業(yè)效率。

2）在地下洞室內(nèi)施工，存在的安全風(fēng)險和不可控因素都較大，一般僅允許工作人員和車輛進入洞室內(nèi)，非工作人員和車輛一律禁止進入。傳統(tǒng)的管理模式在每個隧洞進入口處設(shè)置一個崗?fù)ぃ扇斯z查和登記進入洞室的人員和車輛信息，符合要求后才能讓其進入洞室，管理的不可控因素仍然較大，會給施工管理帶來諸多問題。而采用施工人員、車輛門禁通道系統(tǒng)后，可嚴格落實施工管理規(guī)定，減少管理中的不確定性和人為因素，以達到施工管理需要。

3）地下洞室施工中，有毒有害氣體檢測是保證地下洞室作業(yè)人員作業(yè)安全的有力保障。傳統(tǒng)的氣體檢測方式需人工到洞室內(nèi)逐項進行量測，以確定洞室內(nèi)是否滿足要求，這種檢測方式不能保證檢測人員的自身安全和數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性，從而降低了施工作業(yè)效率。采用隧洞內(nèi)氣體檢測及報警系統(tǒng)后，不需要檢測管理人員進入洞內(nèi)即可獲取洞內(nèi)氣體的濃度參數(shù)，從而判斷洞內(nèi)氣體狀況是否滿足施工需要，及時確認作業(yè)人員是否可以進入洞內(nèi)進行作業(yè)施工。

4）采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以更精確地做到施工作業(yè)現(xiàn)場全方位的監(jiān)控管理，用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工管理模式，可以減少人工的使用量，節(jié)約施工成本。

5）通過通訊系統(tǒng)和后臺處理系統(tǒng)取代傳統(tǒng)人工詢問方式，利用互聯(lián)網(wǎng)有線和無線的模式將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)信息傳遞到管理后方，使后方管理人員及時了解現(xiàn)場的施工動態(tài)，以便后方管理人員對現(xiàn)場情況及時進行判斷，減少中間人工過程傳輸?shù)牟淮_定性。通過LED 同步顯示系統(tǒng)可以將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)及時反映在視屏播放器上，使現(xiàn)場管理和后方管理同步接收現(xiàn)場獲取的數(shù)據(jù)，達到前、后方管理步調(diào)一致，更有利于管理施工。

總之，通過洞群管理系統(tǒng)可以使地下洞室安全管理更集成化，這樣可以大大減少安全管理人力資源的投入，節(jié)約施工成本。

4 結(jié)語

以智能化、動態(tài)化、信息化為代表的新一代安全管理模式正在與傳統(tǒng)管理模式融合創(chuàng)新，推動隧洞建設(shè)邁入新的階段。地下洞群施工安全智能化管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)安全管理模式相比，在生產(chǎn)安全保障和經(jīng)濟效益上均有重大意義，必將成為隧洞建設(shè)的重要組成部分。在上述研究的基礎(chǔ)上還可以開發(fā)和研究施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)、地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)、語音通信系統(tǒng)、形象進度系統(tǒng)等子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)可以合并在地下洞群施工安全智能化管理系統(tǒng)中，使地下洞群施工向全方位、智能化管理的方向推進。