楊 玥，張蕓菡，鄭耀武，陳 珂

(1.華中科技大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢市城市建設(shè)投資開發(fā)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430070)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，隧道、地鐵等地下基礎(chǔ)設(shè)施逐漸成為我國改進(jìn)民生的主力工程之一，為提高城市綜合承載力發(fā)揮著重要作用[1]。然而，我國地下工程施工安全事故頻發(fā)的態(tài)勢(shì)尚未根本扭轉(zhuǎn)。2008年11月15日，杭州“11·15”地鐵湘湖站北2基坑坍塌事故，造成21人死亡、24人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4 961萬余元；2021年7月15日，廣東珠海石景山隧道“7·15”重大透水事故，致14名施工人員遇難，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 3 678.677 萬元；2021年10月2日，杭州地鐵9號(hào)線一期工程(余杭段)道路恢復(fù)工程“10·2”坍塌事故，造成2人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約350萬元。這些事故給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。

地下工程在施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式等方面與地上工程存在明顯差別，具有工作條件差、工作面狹窄、受地質(zhì)和水文條件影響較大等特點(diǎn)[2]。同時(shí)，由于地下工程通常施工規(guī)模大、施工機(jī)械種類多、專業(yè)工種密集，極易產(chǎn)生安全隱患，若隱患排查不及時(shí)、不全面，易錯(cuò)過最佳整改時(shí)機(jī)，從而引發(fā)一般事故乃至重大事故發(fā)生。事故隱患具有隱蔽性、漸生性及可排除性等特點(diǎn)[3]，而傳統(tǒng)的安全隱患排查體系已無法滿足地下工程施工安全管理的需要：①傳統(tǒng)排查方式主要依賴人工，易導(dǎo)致排查不及時(shí)，無法在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決安全隱患；②傳統(tǒng)方式下隱患信息的溝通不連續(xù)，具體整改任務(wù)未準(zhǔn)確定位到人，很難形成系統(tǒng)的閉環(huán)管理；③在傳統(tǒng)方式下，建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位等工程參與方通過紙質(zhì)方式或獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫記錄安全隱患信息，導(dǎo)致信息分散且未被充分挖掘，無法用于提升未來項(xiàng)目安全隱患治理水平[4]。

隨著新一代信息技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的融合，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能(AI)等技術(shù)應(yīng)用于工程項(xiàng)目建設(shè)中，逐漸成為提高安全隱患排查能力、完善隱患排查體系的重要手段[5]。宋四新等[6]結(jié)合工程項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)項(xiàng)目隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立明確有序的隱患排查工作機(jī)制，各層級(jí)分工明確，人員參與度更高。朱文杰等[7]提出基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的軌道交通隱患排查系統(tǒng)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)隱患管理閉環(huán)留痕，縮短隱患治理周期。為進(jìn)一步推進(jìn)安全生產(chǎn)治理體系和治理能力現(xiàn)代化，彌補(bǔ)人工排查效率低、隱患管理開環(huán)無反饋及隱患數(shù)據(jù)碎片化等缺陷，本文構(gòu)建基于人工與AI結(jié)合的地下工程安全隱患治理流程框架，開發(fā)了安全隱患排查系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)應(yīng)用于武漢兩湖隧道東湖段項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了安全隱患閉環(huán)管理，為提升兩湖隧道施工安全水平提供可靠的技術(shù)支持，也為提升我國地下工程安全管理水平提供重要的經(jīng)驗(yàn)參考。

1 安全隱患治理流程框架

1.1 安全隱患治理工作要點(diǎn)

隱患排查治理是地下工程安全生產(chǎn)管理的重要內(nèi)容之一，也是防止安全事故發(fā)生、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要手段。為加強(qiáng)地下工程隱患治理工作，結(jié)合目前實(shí)際情況，需設(shè)計(jì)完備的安全隱患治理流程，豐富安全隱患治理模式，統(tǒng)一存儲(chǔ)安全隱患治理知識(shí)并實(shí)現(xiàn)預(yù)警。為此，提出基于人工與AI結(jié)合的安全隱患治理流程框架，從隱患防治一體化的角度出發(fā)，將排查、整改、審核、辦結(jié)、分析等工作流程貫穿其中，旨在創(chuàng)建方式多樣、管理有序、閉環(huán)留痕的安全隱患治理模式[8]。工作要點(diǎn)如下。

1)采用人工與AI協(xié)同的排查方式，以AI彌補(bǔ)人工無法實(shí)時(shí)排查等缺陷，以人工輔助降低AI排查的誤檢率和漏檢率。

2)采用分級(jí)審核機(jī)制，各單位、崗位責(zé)權(quán)清晰，從隱患發(fā)現(xiàn)到辦結(jié)全過程知悉，確保隱患及時(shí)、正確整改，避免隱患積壓導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

3)建立統(tǒng)一的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用隱患數(shù)據(jù)，項(xiàng)目各參與方通過統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行信息共享，實(shí)現(xiàn)隱患治理全程閉環(huán)留痕。

4)對(duì)隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并形成知識(shí)，從中總結(jié)隱患發(fā)生規(guī)律，完善現(xiàn)有隱患防治體系，有序推進(jìn)下一階段隱患治理工作，實(shí)現(xiàn)管理體制與工程實(shí)際同步更新。

結(jié)合上述要點(diǎn)，擬構(gòu)建的流程可實(shí)現(xiàn)安全隱患“精準(zhǔn)識(shí)別、明晰責(zé)任、科學(xué)防治”，從根本上控制隱患演化而導(dǎo)致的安全事故發(fā)生。

1.2 流程框架

安全隱患治理流程框架如圖1所示，該框架旨在實(shí)現(xiàn)安全隱患閉環(huán)管理，即對(duì)隱患排查、整改、溯源等全過程進(jìn)行記錄，且涵蓋施工單位、監(jiān)理單位、業(yè)主代表等參與方的響應(yīng)軌跡。通過人工與AI進(jìn)行安全隱患協(xié)同排查，同時(shí)針對(duì)審核單位對(duì)已整改隱患逾期審核的現(xiàn)象，增加了隱患逾期審核自動(dòng)上報(bào)功能。

圖1 安全隱患治理流程框架

2 安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)架構(gòu)及功能

基于安全隱患治理流程框架，設(shè)計(jì)了安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)架構(gòu)。如圖2所示，該系統(tǒng)架構(gòu)采用B/S+C/S結(jié)合的方式，共包括3個(gè)層次：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層及應(yīng)用層。

圖2 安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)架構(gòu)

1)數(shù)據(jù)采集層 數(shù)據(jù)采集層用于地下工程施工現(xiàn)場的隱患信息采集，支持人工與AI相結(jié)合的采集方式。人工通過B/S端(網(wǎng)頁)、C/S端(手機(jī)APP)及攝像頭等方式將識(shí)別出的隱患上傳。AI則利用已訓(xùn)練的模型，從視頻影像中識(shí)別隱患目標(biāo)后自動(dòng)上傳。采集到的數(shù)據(jù)通過4G/5G及WIFI、有線接入網(wǎng)絡(luò)等上傳至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，繼而進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析。

2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要負(fù)責(zé)搭建動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)隱患排查閉環(huán)管理全過程的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)主要包括隱患數(shù)據(jù)和知識(shí)信息庫，隱患數(shù)據(jù)包括隱患內(nèi)容、治理軌跡信息、隱患分析報(bào)告、預(yù)警信息等；知識(shí)信息庫包含安全生產(chǎn)隱患清單、隱患防治措施等。

3)應(yīng)用層 應(yīng)用層主要包括安全隱患閉環(huán)管理、隱患分析及安全預(yù)警應(yīng)用。安全隱患閉環(huán)管理具體功能按照安全隱患治理流程框架構(gòu)建。對(duì)完成閉環(huán)管理的隱患進(jìn)行定期分析，從隱患分布、等級(jí)、發(fā)生概率等多方面進(jìn)行總結(jié)，生成統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告以供管理人員參考。安全預(yù)警主要利用總結(jié)出的隱患發(fā)生規(guī)律，開展短期預(yù)警和長期預(yù)警。短期預(yù)警指在隱患閉合后的短時(shí)間內(nèi)，針對(duì)該類隱患進(jìn)行專項(xiàng)防治，減少該類隱患的發(fā)生概率；長期預(yù)警則是根據(jù)長時(shí)間內(nèi)隱患的發(fā)生規(guī)律，對(duì)安全隱患管理體系進(jìn)行完善，以便更有效地開展隱患防治工作，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。

3 安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目背景

武漢兩湖隧道工程是世界上規(guī)模最大的城市湖底雙層隧道，全長約19.45km，采用“隧-路-隧”總體建設(shè)方式，以地下隧道為主，施工環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容復(fù)雜，因此，需采取高效的隱患排查方式和閉環(huán)留痕的管理模式。基于構(gòu)建的安全隱患排查系統(tǒng)架構(gòu)，開發(fā)適用于該項(xiàng)目的安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能模塊分為隱患閉環(huán)管理模塊、隱患分析預(yù)警模塊及知識(shí)信息模塊(見圖3)。

圖3 兩湖隧道東湖段安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)功能模塊

1)隱患閉環(huán)管理模塊為兩湖隧道東湖段項(xiàng)目隱患排查實(shí)時(shí)推進(jìn)及治理過程及時(shí)反饋提供數(shù)據(jù)支撐。通過該模塊，用戶可利用隱患排查、隱患整改確認(rèn)、隱患審核、隱患回復(fù)和隱患辦結(jié)5個(gè)子模塊從業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)施工安全隱患閉環(huán)管理。隱患回復(fù)作為排查工作的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于上報(bào)隱患的各階段狀態(tài)均需及時(shí)回復(fù)，避免逾期回復(fù)造成信息斷層。

2)隱患分析預(yù)警模塊包括隱患分析、隱患報(bào)告和安全預(yù)警3個(gè)子模塊。隱患分析子模塊可根據(jù)閉環(huán)管理模塊中形成的隱患數(shù)據(jù)，從本月隱患排查總體情況、本月各工區(qū)/施工單位隱患情況、本月較大以上隱患排查情況、隱患類別分析、隱患趨勢(shì)分析等維度，統(tǒng)計(jì)分析項(xiàng)目隱患情況。隱患報(bào)告子模塊是將隱患分析數(shù)據(jù)形成結(jié)構(gòu)化報(bào)告，為提升隱患治理能力提供基礎(chǔ)。安全預(yù)警子模塊則是針對(duì)特定隱患的短期防治發(fā)出預(yù)警。

3)知識(shí)信息模塊負(fù)責(zé)管理與共享兩湖隧道東湖段項(xiàng)目各參與方在其隱患排查工作中生成的全部知識(shí)信息資源，包含了隱患閉環(huán)管理模塊所需要的前置輸入及隱患分析預(yù)警模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)輸出。以上數(shù)據(jù)信息將形成項(xiàng)目獨(dú)有的知識(shí)并統(tǒng)一儲(chǔ)存于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中，有助于提升兩湖隧道項(xiàng)目安全管理水平。

3.2 應(yīng)用情況

3.2.1隱患排查

《城市軌道交通工程質(zhì)量安全檢查指南》(建質(zhì)〔2016〕173號(hào))的隱患庫中內(nèi)置安全隱患23類，共665種[9]。兩湖隧道東湖段項(xiàng)目隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)在此隱患庫基礎(chǔ)上，由項(xiàng)目實(shí)際情況編制隱患庫，將內(nèi)置安全生產(chǎn)隱患分為15類，共881種。在該項(xiàng)目中，人工與AI結(jié)合的隱患排查工作具體如下。

1)人工根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)置的安全隱患排查清單，采取現(xiàn)場巡檢及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的方式開展工作?，F(xiàn)場巡檢時(shí)，排查人攜帶的便攜電子設(shè)備對(duì)現(xiàn)場隱患進(jìn)行拍照，以圖片的形式記錄隱患信息；排查人也可通過視頻監(jiān)控查看施工現(xiàn)場情況，以截圖的形式記錄視頻畫面中發(fā)現(xiàn)的隱患。

2)AI采用YOLOv5目標(biāo)檢測(cè)模型，通過4個(gè)攝像頭采集施工現(xiàn)場圖像，共收集到1 699張基礎(chǔ)圖像。在此基礎(chǔ)上對(duì)其中的人、車、安全帽等對(duì)象進(jìn)行標(biāo)注，共8類，編寫測(cè)距代碼，多輪訓(xùn)練后可實(shí)現(xiàn)24h工人未佩戴安全帽等危險(xiǎn)行為識(shí)別及人機(jī)之間距離測(cè)量。訓(xùn)練結(jié)果表明，人、安全帽標(biāo)注準(zhǔn)確率分別為85.3%，84.9%，6類施工機(jī)械及普通車輛準(zhǔn)確率為90.1%～98.1%。由于AI未能達(dá)到100%精確識(shí)別，因此，需人工對(duì)AI識(shí)別結(jié)果進(jìn)行后臺(tái)審核，減少誤報(bào)和漏報(bào)。

基于上述兩種方式生成的隱患圖像及文本數(shù)據(jù)，可通過Web端或手機(jī)APP端上傳至兩湖隧道安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)。

3.2.2隱患整改

由人工及AI推送隱患信息至隱患發(fā)起模塊。隱患數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)后，施工單位每日登錄兩湖隧道安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)，根據(jù)Web端及手機(jī)APP界面推送隱患信息并提醒對(duì)系統(tǒng)上的隱患進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)需要申訴的隱患提起申訴，對(duì)無需申訴的隱患直接進(jìn)行整改。隱患整改后，監(jiān)理單位和業(yè)主代表通過隱患審核模塊檢查隱患整改是否合格，整改合格則審核隱患，上傳至隱患辦結(jié)模塊，整改不合格則回復(fù)重新整改，直至整改合格為止。隱患排查至隱患辦結(jié)的完整軌跡均存儲(chǔ)于隱患查詢項(xiàng)中，并根據(jù)隱患治理軌跡按月自動(dòng)生成隱患報(bào)告。

3.2.3隱患溯源

所有隱患的完整治理軌跡及在治理過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在知識(shí)信息模塊中。將該模塊中的數(shù)據(jù)以圖表形式進(jìn)行整理，從工程形象進(jìn)度、本月隱患排查總體情況、本月各工區(qū)/施工單位隱患情況、本月較大以上隱患排查情況、隱患類別統(tǒng)計(jì)、隱患趨勢(shì)分析角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為安全預(yù)警提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)報(bào)告內(nèi)容，重點(diǎn)對(duì)隱患發(fā)生類別、隱患發(fā)生趨勢(shì)進(jìn)行圖文分析。針對(duì)特殊、嚴(yán)重且具有代表性的隱患進(jìn)行專項(xiàng)治理，從而避免該類隱患多次發(fā)生，實(shí)現(xiàn)特定隱患專項(xiàng)治理的短期預(yù)警；挖掘月內(nèi)隱患背后的發(fā)生邏輯，探討此階段治理模式的不足，為完善下一階段的隱患排查體系實(shí)現(xiàn)長期預(yù)警。

3.3 應(yīng)用效果

2021-11—2022-05，兩湖隧道東湖段項(xiàng)目共排查安全隱患124例。如圖4所示，東湖段施工2標(biāo)段排查隱患數(shù)量多于東湖段施工1標(biāo)段，分別為74，50條。其中，一般隱患108例、較大隱患14例、重大隱患2例，占比分別為87.10%，11.29%，1.61%。

圖4 隱患數(shù)量與隱患等級(jí)統(tǒng)計(jì)

在124例安全隱患中，人工排查到的隱患種類較多，且多數(shù)處于靜止?fàn)顟B(tài)。其中，臨邊防護(hù)設(shè)施不到位37例，用電用火不規(guī)范31例，二者占總隱患數(shù)量的一半以上。AI可實(shí)現(xiàn)對(duì)部分動(dòng)態(tài)隱患的識(shí)別，其中個(gè)人防護(hù)設(shè)施(PPE)不規(guī)范6例，占比4.84%，其余隱患如圖5所示。

圖5 隱患分類

隱患整改閉環(huán)時(shí)間統(tǒng)計(jì)如圖6所示。綜合考慮隱患等級(jí)、整改周期等，大部分隱患能得到快速解決，平均閉環(huán)耗時(shí)為3.79d。1d內(nèi)解決的隱患數(shù)68例，占比54.84%；15d以上閉合的隱患(均為一般隱患)有7例，占比5.65%。

圖6 隱患整改閉環(huán)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

除了對(duì)上述124例隱患的統(tǒng)計(jì)分析外，也對(duì)系統(tǒng)使用情況進(jìn)行了用戶調(diào)研。用戶反饋表明：①系統(tǒng)豐富了安全隱患排查方式，通過人工與AI的配合提升了隱患排查效率；②系統(tǒng)擁有清晰的安全隱患排查流程，實(shí)現(xiàn)排查工作分級(jí)管控及各參與方互相監(jiān)督，促進(jìn)隱患排查良性循環(huán)；③系統(tǒng)使隱患數(shù)據(jù)透明化，實(shí)現(xiàn)隱患排查閉環(huán)留痕，并可根據(jù)隱患數(shù)據(jù)自動(dòng)生成隱患月報(bào)，幫助專業(yè)人員總結(jié)隱患發(fā)生規(guī)律，為下一階段隱患防治工作提供建議。

但在系統(tǒng)應(yīng)用過程中，仍發(fā)現(xiàn)不足：①系統(tǒng)內(nèi)置隱患清單無動(dòng)態(tài)更新，接電箱等設(shè)備安全不符合規(guī)范等隱患需用戶手動(dòng)輸入，排查效率降低，同時(shí)排查人根據(jù)未更新的隱患清單內(nèi)容排查隱患，存在漏檢現(xiàn)象；②AI識(shí)別的隱患數(shù)量較少，一方面因?yàn)槭┕がF(xiàn)場作業(yè)人員安全意識(shí)普遍較高，個(gè)人防護(hù)設(shè)施不規(guī)范等隱患出現(xiàn)次數(shù)較少，另一方面因?yàn)锳I受識(shí)別環(huán)境影響仍然較大，無法對(duì)上述隱患實(shí)現(xiàn)100%精確識(shí)別；③隱患閉環(huán)管理周期普遍較長，且存在一定數(shù)量隱患逾期審核現(xiàn)象，這主要是因?yàn)槎啻握乃斐傻念~外時(shí)間及部分使用人員不熟悉操作流程而造成審批延誤。同時(shí)，由于退出系統(tǒng)后臺(tái)后用戶無法收到隱患下發(fā)通知，使部分用戶無法第一時(shí)間接收隱患整改消息。據(jù)此，提出改進(jìn)建議。

1)建立動(dòng)態(tài)的安全隱患排查清單 根據(jù)隱患排查實(shí)際情況及錄入的隱患條目實(shí)時(shí)更新隱患清單子項(xiàng)，同時(shí)配合經(jīng)驗(yàn)豐富的排查人員，可降低隱患漏檢率和誤檢率，避免低效率的手動(dòng)輸入。

2)提高AI識(shí)別性能 對(duì)不同施工環(huán)境圖片進(jìn)行標(biāo)注，持續(xù)訓(xùn)練算法模型以應(yīng)對(duì)不同環(huán)境下同一類型隱患識(shí)別效果，提高識(shí)別精度。同時(shí)根據(jù)實(shí)際工程增加AI識(shí)別隱患種類，并對(duì)潛在隱患進(jìn)行24h監(jiān)測(cè)，減少人工排查工作量，提高隱患排查效率。

3)加強(qiáng)操作人員專項(xiàng)培訓(xùn) 針對(duì)由于操作不熟練而導(dǎo)致整改審批延誤的現(xiàn)象，應(yīng)開展系統(tǒng)教學(xué)培訓(xùn)，督促監(jiān)理單位及業(yè)主代表等系統(tǒng)操作人員盡快熟悉操作流程。同時(shí)應(yīng)對(duì)施工標(biāo)段安排具有針對(duì)性的安全教育系列活動(dòng)，如對(duì)隱患數(shù)量較多的標(biāo)段進(jìn)行隱患知識(shí)培訓(xùn)、對(duì)多次整改隱患所處標(biāo)段進(jìn)行整改規(guī)范培訓(xùn)等。

4)不斷完善系統(tǒng)，加強(qiáng)人性化設(shè)計(jì) 通過新增短信、微信等消息提醒功能，保證隱患信息能在第一時(shí)間送達(dá)相關(guān)人員，及時(shí)開展隱患治理工作。

4 結(jié)語

針對(duì)地下工程隱患排查過程高效、隱患管理閉環(huán)留痕等需求，構(gòu)建了基于人工和AI結(jié)合的安全隱患閉環(huán)管理流程框架，形成了科學(xué)、規(guī)范、系統(tǒng)的安全隱患排查體系，從技術(shù)和結(jié)構(gòu)層面突破隱患排查難點(diǎn)，為地下工程隱患治理體系持續(xù)改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。通過在武漢兩湖隧道東湖段項(xiàng)目中的應(yīng)用，對(duì)隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)的管理效果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，通過人工與AI相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)隱患排查的智能化和信息化，改善排查效果的同時(shí)進(jìn)一步提高排查效率；通過分級(jí)管控及各參與方相互監(jiān)督，促進(jìn)排查工作良性循環(huán)；依托安全隱患動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)隱患排查閉環(huán)留痕。