摘要 經(jīng)濟高速發(fā)展的同時，科技水平不斷革新，智能化技術(shù)在諸多領(lǐng)域得到廣泛應用。通過智能技術(shù)的應用，加強橋梁工程項目風險管理，確保橋梁工程的順利施工，能有效防范施工風險并降低損失?；诖?，該文提出橋梁施工中風險智能化管理的三種手段。一是應用超寬帶（UWB）定位技術(shù)進行定位，實現(xiàn)現(xiàn)場操作人員與車輛的實時監(jiān)控。二是借助Web端BIM模型獲取車輛和人員位置數(shù)據(jù)，并加以展示。三是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場人員處于危險狀態(tài)，通過預警程序進行實時監(jiān)控，并啟動振動鳴叫設(shè)備給予現(xiàn)場預警。

關(guān)鍵詞 公路橋梁；風險管理；智能化；UWB定位

中圖分類號 U445.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）05-0011-03

0 引言

橋梁項目施工中，影響工程質(zhì)量的因素眾多，雖然針對橋梁施工風險進行了系統(tǒng)分析，然而相關(guān)各項工作都需要通過人工監(jiān)控來完成，使得工程中的風險管理難以有效地進行。因此，需要找到有效的方法來進行高效風險管理，以控制工程質(zhì)量。因此，該文基于智能化管理，提出了橋梁項目施工風險控制的策略。

1 工程概況

某橋梁項目服役時間長，主橋橋面板裂縫明顯，人行道和行車道局部混凝土脫離。該橋梁為國家級經(jīng)典建筑，具備劃時代意義和時代特色，需要針對病害特點加以維修。該文以大橋維修養(yǎng)護為基礎(chǔ)，提出了適合大橋的施工風險智能控制的策略，并對該方案的運行質(zhì)量進行了分析。

2 橋梁施工風險智能化管理原理及數(shù)據(jù)采集

2.1 智能化管理原理

該橋梁維修施工中，現(xiàn)場工作人員安全帽張貼標簽并通過超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）系統(tǒng)進行實時定位，記錄標簽位置數(shù)據(jù)后將其傳送至系統(tǒng)程序加以評估。預警程序根據(jù)接收的數(shù)據(jù)實時分析，如發(fā)現(xiàn)標簽有潛在風險，啟動標簽振動或鳴叫系統(tǒng)，將對應信息輸送至危險源接口。通過系統(tǒng)智能化管理借助三維模型讀取位置和狀態(tài)信息，經(jīng)過模型展示后識別風險并預警[1]。橋梁施工和維修中風險智能化管理流程如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集過程

施工現(xiàn)場人員、車輛均張貼定位標簽加以區(qū)分，施工作業(yè)時智能化系統(tǒng)自動識別并獲取標簽坐標位置，將數(shù)據(jù)信息傳輸至UWB系統(tǒng)。

（1）UWB技術(shù)的作用原理與藍牙和Wi-Fi等類似，具備數(shù)據(jù)傳輸能力強、能耗低和安全性突出的特點，可實現(xiàn)多址調(diào)制。基于UWB的定位技術(shù)已在多領(lǐng)域中推廣，消防員定位、礦井作業(yè)人員定位、監(jiān)獄管理、施工定位及搜救定位等均應用該技術(shù)取得了突出成果。

（2）UWB技術(shù)的定位原理如圖2所示。UWB系統(tǒng)包括基站、定位標簽和系統(tǒng)平臺三部分，傳統(tǒng)定位系統(tǒng)由基站發(fā)射信號，對定位標簽位置進行檢測。而該系統(tǒng)下標簽主動發(fā)射信號由系統(tǒng)平臺獲取其數(shù)據(jù)分析標簽所處狀態(tài)及位置，定位效率明顯提升，管理智能化顯著改善[2]。

（3）定位標簽可接受基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，還具備振動或鳴叫功能，遇突發(fā)狀況或處于危險階段時，可接受系統(tǒng)平臺指令。系統(tǒng)處理平臺可提供定位引擎和監(jiān)控功能，通過獲取被監(jiān)控目標的位置信息，自動計算定位距離。監(jiān)控軟件根據(jù)獲取的距離值進行換算，明確目標詳細位置。

3 實時BIM模型

利用3D建模對現(xiàn)場進行了在線仿真，并將現(xiàn)場人員、車輛位置信息和移動狀況反饋給用戶。通過UWB系統(tǒng)接收位置數(shù)據(jù)將其狀態(tài)發(fā)送至預警程序，通過與設(shè)定值比對確定其安全狀態(tài)。BIM模型應用后讀取目標位置信息，對標簽運動軌跡進行在線繪制與儲存，確定其狀態(tài)情況。

通過系統(tǒng)提取將標簽信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)提取數(shù)據(jù)詳情并加以修改。采取GET或POST方式借助Http連接調(diào)用數(shù)據(jù)實現(xiàn)對目標信息的精確控制。UWB定位系統(tǒng)進行目標位置信息的精確讀取，發(fā)現(xiàn)危險信號時將信息傳送至危險源接口，BMI模型讀取坐標信息后將指令下發(fā)至定位標簽，更新目標位置信息并啟動報警裝置，通過系統(tǒng)實時展現(xiàn)運動狀態(tài)[3]。

4 預警軟件

通過UWB系統(tǒng)采集定位標簽傳送的位置信息，明確被監(jiān)控對象的坐標位置，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至預警程序，由危險源接口分析處置詳細信息。

（1）預警程序進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過提取定位標簽位置信息判斷是否處于風險狀態(tài)，對數(shù)據(jù)評估后傳送至危險源接口，獲取現(xiàn)場工人與車輛的具體位置和運動狀態(tài)，評估其風險水平。

（2）該橋梁項目現(xiàn)場維修過程中的常見風險事件如下：①人車相撞；②防護不到位；③現(xiàn)場施工無安全人員或監(jiān)督員在場；④高空作業(yè)靠近易墜落區(qū)域；⑤易燃區(qū)或易觸電區(qū)動火作業(yè)。

（3）施工現(xiàn)場人員流動性大且車輛眾多，需對人員、車輛編號加以區(qū)分，通過程序識別不同標簽反映其運行狀態(tài)?？蓪ΜF(xiàn)場施工人員類型分類，不同類型和施工區(qū)域給予不同標簽號，確保施工場所的每個人員和車輛均有定位標簽標記，通過定位標簽獲取其運動狀態(tài)及安全水平[4]。

（4）UWB系統(tǒng)通過路由器與風險源預警程序連接，并借助局域網(wǎng)通過UWB獲取被測量目標的定位，將提取的數(shù)據(jù)傳送至端口，通過數(shù)據(jù)采集協(xié)議提取狀態(tài)數(shù)據(jù)。5566端將采集的數(shù)據(jù)傳遞給預警程序，預警程序分析潛在風險，如果定位標簽存在潛在風險，及時啟動位于定位標簽的振動或鳴叫裝置進行預警，并將相關(guān)信息傳輸至危險源接口，由危險源接口顯示標簽風險狀態(tài)。

（5）預警程序具備數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)接收、坐標轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)分析、風險預警等功能。利用Windows socket函數(shù)接收來自定位標簽發(fā)送的信號數(shù)據(jù)，并將其存放于字符數(shù)組，區(qū)別采集時間、位置、標簽號等基本信息。通過WGS84三維系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)信息，確定其經(jīng)緯度與高程坐標，實時分析目標位置及運動狀態(tài)，預警程序提取數(shù)據(jù)后，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯亲鴺吮阌诤罄m(xù)處置[5]。

（6）常見的系統(tǒng)風險源預警方式有兩種：①施工區(qū)域內(nèi)人員距離值大于特定數(shù)據(jù)，啟動定位標簽的預警裝置；②定位標簽獲取位置信息，系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果顯示其將與汽車相撞時發(fā)出預警。系統(tǒng)檢測發(fā)現(xiàn)風險狀況時啟動振動或鳴叫程序，發(fā)揮預警作用，或根據(jù)現(xiàn)場情況對危險源接口提取的標簽號狀態(tài)值進行修改。標簽號狀態(tài)屬性被調(diào)整為DStaus時，在三維模型中以顏色變化的方式顯現(xiàn)，提醒工作人員及時關(guān)注現(xiàn)場狀況，避免風險事故發(fā)生。

（7）預警算法的詳細流程如圖3所示。預警程序獲取UWB系統(tǒng)提交的數(shù)據(jù)，通過定位標簽反饋的信息準確判斷被監(jiān)控對象的位置，根據(jù)定位標簽的不同在對應數(shù)組中判斷，根據(jù)事故發(fā)生的情況，對事故發(fā)生的時間進行了分析，并對事故發(fā)生的危險性進行了評估。如果計算結(jié)果超出了允許范圍，則表示工人可能存在風險，預警程序啟動定位標簽的振動或鳴叫設(shè)備，對現(xiàn)場施工人員作出預警提醒，并在相應的標簽上調(diào)節(jié)相應的風險源界面的狀況，Web段BIM模型將風險源的狀況及時地讀出并作出反饋[6]。

5 車庫現(xiàn)場試驗

該次車庫現(xiàn)場試驗涵蓋了上述兩種預警方式，詳見表1。試驗環(huán)節(jié)需要應用的標簽如表1所示，易燃區(qū)域的位置坐標詳見表1，試驗開始階段所有定位標簽的初始值均設(shè)定為1。

（1）現(xiàn)場巖石的過程中，主要通過人的運動模擬現(xiàn)場情況，借助標簽的位置變化由系統(tǒng)獲取坐標值狀態(tài)，并將采集的實時數(shù)據(jù)信號傳輸至危險源接口處，通過三維展示對定位標簽的坐標位置及時更新，反映出模型的運動狀態(tài)[7]。

（2）現(xiàn)場模擬情形1：動火作業(yè)與汽車相近，碰撞前2 s預警程序發(fā)出警報，并引發(fā)標簽振動，通過系統(tǒng)程序進行狀態(tài)值的變更，將動火作業(yè)狀態(tài)DStatus從狀態(tài)1調(diào)整為2。這種情況下車輛處于靜止狀態(tài)下，無人車相撞風險，或人和車處于相對靜止狀態(tài)下，兩者之間的相對距離無變化，無需對人和車做出預警[8]。

（3）現(xiàn)場模擬情形2：動火作業(yè)人員接近易燃區(qū)域，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定標準，距離小于1 m時由預警程序發(fā)出預警信號，動火作業(yè)人員狀態(tài)從DStatus調(diào)整為4。如果動火作業(yè)人員與易燃區(qū)域的距離超過10 m則撤銷警報警示，將動火作業(yè)人員的狀態(tài)值調(diào)整為3，安全人員的DStatus值調(diào)整為3[9]。

5.1 情況1演示

現(xiàn)場兩名工作人員進行模擬，一人手持3號標簽，一人手持4號標簽，分別模擬行人和汽車。兩個標簽接近前2 s，預警程序開始報警，并引發(fā)標簽鳴叫，若撞擊危險解除則停止鳴叫。在三維模型中同樣顯現(xiàn)該情形，人和車的模型均采用綠色標志，人和車存在2 s后碰撞風險時，車輛顏色變?yōu)辄S色，風險解除后方可恢復。

5.2 情況2演示

施工現(xiàn)場兩名工作人員，一人手持4號標簽，一人手拿6個牌子，分別模仿著消防工人和安全員，接近可燃物的地方，距離小于1 m時，預警程序引發(fā)振動，振動區(qū)域限定在動火作業(yè)人員距離易燃區(qū)域1 m內(nèi)，超過該距離限制后預警振動自動解除。安全員遠離施工區(qū)域，當距離超過10 m時，預警程序引發(fā)6號標簽振動，當安全員距離易燃區(qū)域距離10 m以內(nèi)時，停止預警振動。該情形下動火作業(yè)人員和安全員靠近和遠離易燃區(qū)域的三維模型表現(xiàn)如下：初始狀態(tài)，動火作業(yè)人員指示燈和安全人員指示燈均為綠色，當動火作業(yè)人員距離易燃區(qū)域1 m范圍內(nèi)時，動火作業(yè)人員指示燈變?yōu)榧t色，當動火作業(yè)人員遠離易燃區(qū)域超過1 m之后，動火作業(yè)人員綠色指示燈亮起。

6 結(jié)論

綜上所述，該文基于智能技術(shù)，對大橋施工風險管理方式展開研究，利用 UWB系統(tǒng)，對其進行了實時現(xiàn)場位置標簽的監(jiān)督，并將位置信息及時傳送到預警程序和危險源接口，通過對接收數(shù)據(jù)的準確分析和綜合判斷，及時預警，并在定位標簽產(chǎn)生振動或鳴叫。WEB端三維模型根據(jù)現(xiàn)場狀況模擬再現(xiàn)，通過對顏色變化的區(qū)別反映施工區(qū)域安全水平[10]。通過在地下車庫中進行實驗，實驗結(jié)論表明，該文所提出的以智能技術(shù)為基礎(chǔ)的大橋施工現(xiàn)場風險管理方案，具有較高可行性，可為相關(guān)工程項目實施提供技術(shù)參考。

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