李 欣，李金生，肖 菲，蹇安安

（中建三局智能技術(shù)有限公司，湖北武漢 430000）

新冠疫情的爆發(fā)，給國人造成的影響是深刻而長遠的。如何利用信息化手段，打好疫情防控的主動仗，適應(yīng)疫情長期存在的新形勢，提高工人的安全感和信心，是當(dāng)前需要解決的關(guān)鍵問題。同時，由于建筑業(yè)的快速發(fā)展及其自身施工的流動性、建筑種類的多樣性等特點，建筑施工過程中的安全風(fēng)險大，安全生產(chǎn)的不確定性更大[1]。傳統(tǒng)安全教育主要依靠項目管理人員講授課及觀看安全教育影像資料等方式進行，存在教育方式單一、時間成本高、參與度低、教育效果不佳等問題[2]。加之，施工管理過程中的安全相關(guān)資料都為紙質(zhì)資料，存在易丟失、難以保存及查找等問題。且施工過程中數(shù)據(jù)隨著工程結(jié)束而封存，數(shù)據(jù)價值未得到充分發(fā)揮。

建筑工地上的安全教育信息化技術(shù)大多依賴網(wǎng)絡(luò)WiFi[3]。但因工地環(huán)境復(fù)雜，且隨著施工進度不斷發(fā)生變化，難以保障無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，尤其是地下室和超高層建筑的部分樓層無法收到運營商信號。如何真正實現(xiàn)建筑業(yè)安全培訓(xùn)的信息化，已成為一個亟待解決的問題。

1 系統(tǒng)概述

文中系統(tǒng)采用藍牙iBeacon、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，將安全教育工作從聚集性培訓(xùn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鞯臒o接觸式學(xué)習(xí)，將教育場地搬到施工現(xiàn)場，并在安全員、勞務(wù)班長、工人之間建立高效的協(xié)作關(guān)系，將安全教育工作深入到工地的每個人。該系統(tǒng)作為建筑工地上的移動安全教育助手，實現(xiàn)安全教育“零接觸”、“無聚集”、安全管理過程數(shù)據(jù)電子化、全員參與度高、覆蓋面廣、教育效果好，并通過安全數(shù)據(jù)的積累與分析，提高管理決策的效率和質(zhì)量，實現(xiàn)智能數(shù)據(jù)驅(qū)動安全管理。

文中系統(tǒng)主要由Beacon 設(shè)備、智能手機終端（帶藍牙功能）、云服務(wù)器組成。其中Beacon 設(shè)備通過微定位技術(shù)，為智能手機終端提供精準(zhǔn)的位置數(shù)據(jù)信息[4-5]。每個Beacon 設(shè)備[6]均代表一個安全教育點，幫助安全員標(biāo)記施工現(xiàn)場的風(fēng)險。智能手機終端進行數(shù)據(jù)（Beacon 設(shè)備被觸發(fā)）的采集和發(fā)送，對數(shù)據(jù)進行實時的更新與處理[7]。云服務(wù)器對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的存儲和管理。系統(tǒng)軟件主要由移動端APP和Web端管理云平臺組成。系統(tǒng)信息交互如圖1所示。系統(tǒng)主要功能模塊如圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)信息交互

圖2 系統(tǒng)主要功能模塊

2 iBeacon技術(shù)原理

藍牙低能耗（Bluetooth Low Energy，BLE）4.0協(xié)議不同于傳統(tǒng)藍牙4.0協(xié)議[8]。該協(xié)議具有快速搜索、快速連接、超低功耗保持連接和傳輸數(shù)據(jù)等優(yōu)點[9]。主要應(yīng)用于實時性要求較高，但數(shù)據(jù)速率比低的產(chǎn)品。

iBeacon 是基于地理位置的微定位技術(shù)，使用BLE 4.0 協(xié)議，其通信數(shù)據(jù)主要由通用唯一識別碼（Universally Unique Identifier，UUID）、Major、Minor、Proximity、Accuracy、Rssi 組成，其含義分別是設(shè)備的唯一身份標(biāo)識（Identity Document，ID）、主要區(qū)域標(biāo)識、次要區(qū)域標(biāo)識、表示距離的屬性（無數(shù)據(jù)、10 cm以內(nèi)、1 m 以內(nèi)、1 m 以外）、相對距離、信號強度[10-11]。iBeacon 通信數(shù)據(jù)格式如圖3 所示。

圖3 iBeacon通信數(shù)據(jù)格式

其工作原理及方式：iBeacon以一定的時間間隔向外發(fā)布廣播數(shù)據(jù)包，智能終端接收并反饋信號，實現(xiàn)信息交互[12]。每個iBeacon的唯一標(biāo)識符由UUID、Major、Minor組成[13]。用戶可以在未打開APP的情況下（APP被開啟過，且藍牙處于開啟狀態(tài)），收到iBeacon 設(shè)備廣播信息，并短暫激活該APP執(zhí)行一些方法。APP可根據(jù)iBeacon 設(shè)備的信號強度[14]，確定用戶當(dāng)前的狀態(tài)（進入、持續(xù)監(jiān)聽、離開），進而作出不同響應(yīng)。

iBeacon 相較與傳統(tǒng)藍牙技術(shù)的區(qū)別：1）無需配對，每次交互前不需要配對連接操作；2）定位精準(zhǔn)，傳統(tǒng)藍牙傳輸距離為0.1～10 m，而iBeacon 可支持0.01～50 m[15]；3）極低的運行和待機功耗[16]，依靠一顆微型紐扣電池即可持續(xù)發(fā)送信號兩年左右。

系統(tǒng)中UUID 設(shè)定為用戶企業(yè)唯一識別碼，Major 設(shè)定為項目編號，Minor 設(shè)定為項目內(nèi)iBeacon編號[17]。

3 系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

3.1 移動端APP

安全員在施工現(xiàn)場巡查時，在施工區(qū)域識別危險源，當(dāng)發(fā)現(xiàn)未解決的安全風(fēng)險隱患或涉及安全操作規(guī)程的作業(yè)，如未防護的較大洞口、附著式頂升平臺、鋼筋加工棚等區(qū)域時，部署一個或多個安全風(fēng)險教育點。安全員使用移動端APP，通過云端服務(wù)器將每個安全教育點與一個低功耗藍牙Beacon 設(shè)備綁定，并生成教育點內(nèi)容。該教育點內(nèi)容可在任意地方編輯修改。云端服務(wù)器記錄該藍牙Beacon 設(shè)備所對應(yīng)的安全教育點內(nèi)容。

由于iBeacon 在信息交互時不需要進行配對連接，當(dāng)工人走到安全教育點附近時，移動終端出現(xiàn)在藍牙Beacon 的覆蓋范圍內(nèi)，即可自動播報對應(yīng)低功耗藍牙Beacon 設(shè)備所對應(yīng)的內(nèi)容。

勞務(wù)班長在進行班前喊話或施工現(xiàn)場安全教育時，利用移動端APP 的拍照記錄功能對參加學(xué)習(xí)的工人進行拍照，并添加文字描述。該功能僅支持實際拍攝，不支持調(diào)用手機內(nèi)存儲的照片，系統(tǒng)自動讀取拍攝時間，有效防止事先拍照作弊，提高了安全教育數(shù)據(jù)的真實性。系統(tǒng)應(yīng)用場景如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)應(yīng)用場景

針對施工現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)環(huán)境差的問題，工人在進行安全教育學(xué)習(xí)后，學(xué)習(xí)記錄緩存于本地，待到有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，對多次學(xué)習(xí)記錄簽署電子簽名后提交，并可查看歷史學(xué)習(xí)記錄。使用電子簽名的方式實名打卡，生成具有法律效力的安全教育記錄，學(xué)習(xí)記錄真實，不可作假或篡改。

工人每完成一次學(xué)習(xí)，相應(yīng)的學(xué)習(xí)記錄即根據(jù)預(yù)設(shè)的評分策略生成對應(yīng)的學(xué)習(xí)積分，該學(xué)習(xí)積分可作為考評依據(jù)。施工管理者根據(jù)工人的學(xué)習(xí)積分，結(jié)合獎勵機制，對工人進行獎勵或懲罰，為正向激勵提供數(shù)據(jù)支撐。

工人定期在移動端進行安全知識答題，檢驗安全知識學(xué)習(xí)效果，幫助安全員獲得安全教育學(xué)習(xí)的反饋數(shù)據(jù)。

移動APP 操作界面如圖5 所示。

圖5 移動端APP操作界面

3.2 Web端管理云平臺

Web 端管理云平臺具有項目、人員、教育點及日志的管理功能，將信息數(shù)據(jù)電子化，安全學(xué)習(xí)流程化，輔助勞務(wù)實名制管理。數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲于云端，便于遠程監(jiān)控和管理。通過Docker 容器技術(shù)部署在云端服務(wù)器，具有部署方式簡便、可移植性高、可動態(tài)擴容和縮容等優(yōu)點。

借助移動端生成的數(shù)據(jù)，安全員可在Web端管理云平臺上查看并導(dǎo)出具有工人電子簽名的各類安全培訓(xùn)表格，如月度安全教育記錄表、入場教育記錄表、安全教育交底記錄表等。通過電子表格取代現(xiàn)有的紙質(zhì)表格方式，提高安全員工作效率，優(yōu)化工作流程，真正實現(xiàn)無紙化辦公。Web端管理后臺登錄界面如圖6所示。

圖6 Web端管理后臺登錄界面

3.3 可視化數(shù)據(jù)分析平臺

每個建筑工地的安全教育點均為數(shù)據(jù)的制造者，教育點被安全員和施工人員的學(xué)習(xí)所觸發(fā)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。云端服務(wù)器對這些海量數(shù)據(jù)運用分布式存儲技術(shù)，存放在各個存儲節(jié)點。云端服務(wù)采用Hadoop、Spark 等先進的分布式計算架構(gòu)，對數(shù)據(jù)進行分析處理。

該系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)產(chǎn)生的軌跡，生成數(shù)據(jù)分析圖表，展示在公司管理層面前。以實際數(shù)據(jù)為支撐，更好的幫助公司制定安全風(fēng)險管理策略。運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，以實際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析不同項目的不同階段發(fā)生安全風(fēng)險的概率，生成趨勢預(yù)測，實現(xiàn)智能數(shù)據(jù)驅(qū)動安全管理。同時，可自動對上報的異常健康數(shù)據(jù)進行預(yù)警提醒，幫助管理層及時獲知基層工人的健康狀況。公司級數(shù)據(jù)分析平臺界面如圖7 所示。

圖7 公司級數(shù)據(jù)分析平臺界面

4 應(yīng)用價值及效果

4.1 創(chuàng)新點及應(yīng)用價值

目前，基層疫情防控工作進入常態(tài)化，如何利用信息化技術(shù)，科學(xué)處理好常態(tài)化疫情防控與企業(yè)發(fā)展的關(guān)系，適應(yīng)疫情長期存在的新形勢，打好疫情防控的主動仗，是現(xiàn)階段企業(yè)需要思考和解決的關(guān)鍵問題。該系統(tǒng)借助藍牙iBeacon，實現(xiàn)“零接觸”出入登記、“無聚集”安全培訓(xùn)，適用于疫情常態(tài)化防控管理的多個應(yīng)用場景，為企業(yè)安全管理保駕護航。

系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點和應(yīng)用價值：

1）“零接觸”出入登記。人員出入登記使用該系統(tǒng)打卡，避免出現(xiàn)公用紙筆交叉接觸、信息誤報瞞報、人員排隊聚集、登記人員近距離接觸、手寫信息難以辨認等問題。

2）“無聚集”安全培訓(xùn)。安全教育培訓(xùn)在施工現(xiàn)場分散開展，減少人員集中聚集，更是讓安全教育走出會議室，化整為零，在工地現(xiàn)場實時進行，提高了安全教育的針對性。

3）非接觸式信息定位?；趇Beacon 的定位技術(shù)，能夠精確定位建筑工地上的安全風(fēng)險隱患及涉及安全操作規(guī)程的作業(yè)區(qū)域，幫助安全員在施工現(xiàn)場識別危險源、標(biāo)記風(fēng)險，提高工作效率，避免了安全隱患的遺漏。

4）法律效力。使用電子簽名的方式實名打卡，生成具有法律效力的安全教育記錄，輔以現(xiàn)場照片、標(biāo)簽定位、服務(wù)器時間戳等方式，讓學(xué)習(xí)記錄真實，管理不可作假或篡改（符合《中華人民共和國電子簽名法》規(guī)定）。

5）“無網(wǎng)絡(luò)”學(xué)習(xí)模式。通過云計算技術(shù)，實現(xiàn)安全教育的現(xiàn)場化、云端化、動態(tài)化，使信息傳輸不受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和空間的限制，實現(xiàn)離線式的安全教育語音播放，為一線安全管理人員和工友們提供了智慧安全教育新模式。

6）數(shù)據(jù)分析及趨勢預(yù)測。在云端沉淀歷史風(fēng)險數(shù)據(jù)，為風(fēng)險分析、智能預(yù)測奠定基礎(chǔ)，進而為企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支撐，制定具有前瞻性的風(fēng)險管理策略。

7）通用性強，應(yīng)用行業(yè)廣。該系統(tǒng)安裝部署簡單便捷，易于操作，對環(huán)境要求不高，且通用性強，可推廣應(yīng)用至冶金礦山、化工煤炭、制造業(yè)工廠等領(lǐng)域。

4.2 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)適用于建筑工地疫情常態(tài)化管理的多個應(yīng)用場景，能夠有效降低安全教育培訓(xùn)成本，提高培訓(xùn)靈活度、參與度以及教育效果，將培訓(xùn)數(shù)據(jù)電子化，方便項目管理人員及時掌握工人培訓(xùn)情況。該系統(tǒng)現(xiàn)已在18 個省/直轄市，共62 個項目正式應(yīng)用，獲得了項目施工管理人員及勞務(wù)工人的認可。尤其在火神山、雷神山應(yīng)急醫(yī)院快速建造期間，對工人的離線式安全教育應(yīng)用成功，為實現(xiàn)“零感染”的目標(biāo)作出了貢獻。項目應(yīng)用效果如圖8 所示。

圖8 項目應(yīng)用效果

5 結(jié)論

基于iBeacon 的安全教育智慧語音系統(tǒng)，借助低功耗藍牙Beacon 設(shè)備的微定位技術(shù)，將建造過程的培訓(xùn)工作從聚集性培訓(xùn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鞯臒o接觸式學(xué)習(xí)，將安全教育搬到施工現(xiàn)場，為工人提供更直觀、有針對性、多頻次的全新安全教育模式。通過該系統(tǒng)的開發(fā)及創(chuàng)新應(yīng)用，不僅助力建筑工地基層常態(tài)化疫情防控管理，提高了安全管理效率和信息化水平，減少施工安全風(fēng)險，有效避免了經(jīng)濟損失，還提升了企業(yè)安全文化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及建筑工地安全風(fēng)險的管控力度。幫助安全員從“安全生產(chǎn)管理人員”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍踩a(chǎn)監(jiān)督人員”。并通過數(shù)據(jù)的積累與分析，提高管理決策的效率和質(zhì)量，幫助管理者優(yōu)化管理策略。該系統(tǒng)在火神山、雷神山應(yīng)急醫(yī)院快速建造期間，對工人的“無接觸式”離線安全教育得到成功的應(yīng)用，為實現(xiàn)“零感染”的目標(biāo)做出了貢獻。同時，由于其安裝部署便捷、，易于操作、通用性強，可推廣應(yīng)用至冶金礦山、橋梁隧道、制造業(yè)工廠等、領(lǐng)域。