代永雙 張志偉

(1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司, 100068, 北京; 2.城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 100068, 北京)

城市軌道交通工程施工環(huán)境復(fù)雜,涉及工種繁多,施工安全隱患眾多,致使軌道交通工程施工事故頻發(fā)[1]。文獻(xiàn)[2]通過(guò)對(duì)我國(guó)2001—2019年的239起軌道交通工程施工事故案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),事故占比前五位的施工安全事故為坍塌事故、高處墜落、物體打擊、機(jī)械傷害及起重傷害,五類(lèi)事故總占比達(dá)78.66%。導(dǎo)致施工安全事故的主要因素有物的不安全狀態(tài)、人的不安全行為、環(huán)境的不安全因素、質(zhì)量和管理上的缺陷,其中人的不安全行為是事故發(fā)生的重要因素。文獻(xiàn)[3]對(duì)地鐵車(chē)站施工工人不安全行為的導(dǎo)致因素及防范措施進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[4]基于視頻監(jiān)控從人身檢測(cè)、侵入檢測(cè)、多人協(xié)同作業(yè)三方面探索對(duì)地鐵施工不安全行為的檢測(cè)預(yù)警方法。

基于此,本文提出了一套基于BIM(建筑信息模型)技術(shù)和智慧工地理念的地鐵施工人員安全管理系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)為“安全管理系統(tǒng)”),從施工人員的不安全行為入手,進(jìn)行施工安全管理。安全管理系統(tǒng)通過(guò)在地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)安裝的視頻監(jiān)控設(shè)備,應(yīng)用BIM、GIS(地理信息系統(tǒng))和AI(人工智能)等技術(shù),將實(shí)時(shí)采集的監(jiān)控視頻與預(yù)設(shè)的安全隱患通用影像特征進(jìn)行對(duì)比查驗(yàn),對(duì)滿(mǎn)足預(yù)設(shè)特征的目標(biāo)進(jìn)行記錄。在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心搭建基于BIM的施工人員安全管理平臺(tái),可在三維場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)報(bào)警點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位和報(bào)警視頻片段的便捷查詢(xún),同時(shí)將報(bào)警信息推送至施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員的移動(dòng)端,施工管理人員查收?qǐng)?bào)警信息并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整改,之后在移動(dòng)端上傳整改記錄,反饋至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心形成閉環(huán)。

1 地鐵施工安全管理現(xiàn)狀

隨著城市軌道交通建設(shè)工程的數(shù)量和規(guī)模不斷增大,施工現(xiàn)場(chǎng)安全隱患也隨之猛增。目前,地鐵施工過(guò)程中的安全管理主要包括安全風(fēng)險(xiǎn)巡視管理和安全風(fēng)險(xiǎn)視頻監(jiān)控管理。

1) 安全風(fēng)險(xiǎn)巡視:對(duì)在建的自身風(fēng)險(xiǎn)工程,以及特級(jí)和一級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程,第三方監(jiān)測(cè)單位及監(jiān)理單位每天進(jìn)行1次巡視,安全風(fēng)險(xiǎn)咨詢(xún)單位每周進(jìn)行1次巡視;對(duì)在建的二級(jí)和三級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程,第三方監(jiān)測(cè)單位及監(jiān)理單位每3天進(jìn)行1次巡視。若工點(diǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果為存在風(fēng)險(xiǎn)或存在較高風(fēng)險(xiǎn),則應(yīng)加密對(duì)該工點(diǎn)巡視的頻次。

2) 安全風(fēng)險(xiǎn)視頻監(jiān)控:施工單位負(fù)責(zé)所轄標(biāo)段的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè),并配備專(zhuān)職視頻監(jiān)控管理人員進(jìn)行日常監(jiān)控。根據(jù)一級(jí)自身風(fēng)險(xiǎn),以及特級(jí)、一級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程影響范圍內(nèi)的自身風(fēng)險(xiǎn)工程及安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)評(píng)價(jià),第三方監(jiān)測(cè)單位在所轄線(xiàn)路管理范圍內(nèi),安排值班人員對(duì)存在風(fēng)險(xiǎn)及存在較高風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)面進(jìn)行全天候視頻監(jiān)控,并填寫(xiě)視頻值班記錄表,若達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)及時(shí)發(fā)布預(yù)警。

安全風(fēng)險(xiǎn)巡視及安全風(fēng)險(xiǎn)視頻監(jiān)控對(duì)施工安全管理人員的要求較高,受巡視頻率、施工安全管理人員的責(zé)任心和專(zhuān)業(yè)程度影響,存在安全質(zhì)量問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、不能實(shí)時(shí)報(bào)警等問(wèn)題。

從施工人員的不安全行為入手建立的安全管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)控,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)人的不安全行為并自動(dòng)報(bào)警,進(jìn)而解決地鐵施工安全管理依賴(lài)人工識(shí)別、安全質(zhì)量問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)和不能實(shí)時(shí)報(bào)警等問(wèn)題。

2 安全管理系統(tǒng)搭建方案

2.1 安全管理系統(tǒng)整體架構(gòu)

安全管理系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、監(jiān)控終端和交互終端,其整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 安全管理系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

采集模塊負(fù)責(zé)采集施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻,并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊。其設(shè)備為安裝于施工現(xiàn)場(chǎng)特定角度和位置的攝像機(jī)裝置,存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ),其設(shè)備為服務(wù)器。

數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)采集的監(jiān)控視頻進(jìn)行預(yù)處理及特征提取,并與存儲(chǔ)模塊中預(yù)設(shè)的安全隱患通用影像特征進(jìn)行對(duì)比查驗(yàn),對(duì)滿(mǎn)足預(yù)設(shè)特征的目標(biāo)進(jìn)行記錄。其設(shè)備為獨(dú)立計(jì)算機(jī),遠(yuǎn)程監(jiān)控中心為獨(dú)立計(jì)算機(jī)或監(jiān)控大屏。通過(guò)在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心搭建的施工人員安全管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的記錄和查詢(xún)。

交互終端用于接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心所發(fā)布的報(bào)警信息。其設(shè)備主要為手機(jī)。施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員通過(guò)交互終端實(shí)時(shí)查收?qǐng)?bào)警信息,并及時(shí)進(jìn)行整改,整改后在交互終端上傳整改記錄,并推送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

2.2 采集模塊的設(shè)備安裝

監(jiān)控?cái)z像機(jī)一般分為球機(jī)、槍機(jī)及半球攝像機(jī)3類(lèi)。球機(jī)由云臺(tái)支撐,可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)和變焦,安裝時(shí)角度無(wú)要求。槍機(jī)和半球攝像機(jī)要求安裝高度為3～4 m,安裝角度為向下俯視傾斜30°～45°。監(jiān)測(cè)目標(biāo)的高度不得超過(guò)整體畫(huà)面高度的1/3,寬度不得超過(guò)整體畫(huà)面寬度的1/3。成像目標(biāo)垂直于視頻畫(huà)面。以安全帽識(shí)別為例,安全帽在畫(huà)面內(nèi)成像特征必須完整,且在監(jiān)測(cè)視頻中安全帽的分辨率應(yīng)大于40像素。

2.3 創(chuàng)建BIM模型

利用Autodesk Revit軟件對(duì)地鐵項(xiàng)目所在場(chǎng)地環(huán)境和施工區(qū)域建立BIM?；贐IM,智慧管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工場(chǎng)地的虛擬化構(gòu)建,直觀地展示攝像機(jī)的位置。通過(guò)攝像機(jī)編號(hào)和名稱(chēng)可與視頻監(jiān)控廠家平臺(tái)接口對(duì)接,方便管理人員快速定位和及時(shí)響應(yīng)。施工場(chǎng)地建模范圍如表1所示。

表1 施工場(chǎng)地建模內(nèi)容及信息

2.4 安全管理平臺(tái)

安全管理平臺(tái)為搭建在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的一套B/S(瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu)平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)施工人員不安全信息的報(bào)警、記錄及查詢(xún)。

2.4.1 技術(shù)架構(gòu)

安全管理平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示,由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層及應(yīng)用層構(gòu)成。

圖2 安全管理平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)

基礎(chǔ)層是系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;數(shù)據(jù)層涵蓋了本系統(tǒng)所涉及的全部數(shù)據(jù)庫(kù),包括BIM模型庫(kù)、GIS(地理信息系統(tǒng))數(shù)據(jù)庫(kù)、人工智能分析庫(kù)等;服務(wù)層包括本系統(tǒng)使用的各種中間件,如三維BIM引擎、GIS服務(wù)支撐、安全服務(wù)支撐、消息服務(wù)支撐等;應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能,面向用戶(hù)層的各類(lèi)用戶(hù)提供各類(lèi)定制化的系統(tǒng)服務(wù)功能。

2.4.2 平臺(tái)功能及應(yīng)用

安全管理平臺(tái)的功能模塊包括攝像機(jī)連接顯示模塊、攝像機(jī)部署顯示模塊、實(shí)時(shí)視頻顯示模塊、云臺(tái)控制模塊及功能告警模塊。

1) 攝像機(jī)連接顯示模塊。通過(guò)該模塊可直接查看連接到系統(tǒng)的攝像機(jī)路數(shù)和攝像機(jī)的地址,如圖3所示。

圖3 攝像機(jī)連接顯示模塊的工作界面截圖

2) 攝像機(jī)部署顯示模塊。通過(guò)該模塊,可在平面GIS地圖中查看連接到系統(tǒng)的攝像機(jī)的部署位置。攝像機(jī)的部署位置截圖如圖4所示。

圖4 攝像機(jī)部署顯示模塊的工作界面截圖

3) 實(shí)時(shí)視頻顯示模塊。該模塊支持在BIM三維真實(shí)感場(chǎng)景中顯示施工場(chǎng)地現(xiàn)狀及攝像機(jī)部署位置,可進(jìn)行實(shí)景漫游、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等基本功能,可通過(guò)點(diǎn)選的方式選擇攝像機(jī),查詢(xún)系統(tǒng)接收到的各路攝像機(jī)傳回的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫(huà)面,包括已標(biāo)記的監(jiān)控區(qū)域以及人員監(jiān)控情況,如圖5所示。當(dāng)某攝像機(jī)識(shí)別出安全隱患,系統(tǒng)將自動(dòng)定位至報(bào)警攝像機(jī),并高亮閃爍,同時(shí)自動(dòng)彈出報(bào)警信息框及報(bào)警期間截取的圖片及視頻片段。

圖5 視頻顯示模塊工作界面截圖

4) 云臺(tái)控制模塊。通過(guò)該模塊可控制接入的攝像機(jī)云臺(tái),方便監(jiān)控位置的調(diào)整。

5) 功能告警模塊。通過(guò)該模塊可詳細(xì)看到告警攝像機(jī)的地址、告警規(guī)則類(lèi)型、起止時(shí)間、告警畫(huà)面截圖、攝像機(jī)位置等詳細(xì)信息,可在告警列表中查看、導(dǎo)出告警圖片和視頻。

3 試點(diǎn)應(yīng)用情況

安全管理系統(tǒng)在北京地鐵19號(hào)線(xiàn)一期工程新宮車(chē)輛段施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。新宮車(chē)輛段為北京地鐵19號(hào)線(xiàn)一期工程唯一的車(chē)輛停放、檢修基地,位于北京市南四環(huán)外,19號(hào)線(xiàn)一期工程南端,新宮站西北象限地塊內(nèi)。新宮車(chē)輛段主要生產(chǎn)設(shè)施有運(yùn)用庫(kù)、聯(lián)合檢修庫(kù)、綜合辦公樓、工程車(chē)庫(kù)、司乘公寓食堂及浴室、易燃品庫(kù)、物資總庫(kù)、牽引降壓混合變電站、輪對(duì)及受電弓在線(xiàn)檢測(cè)庫(kù)、鍋爐房及水泵房、污水處理站及垃圾站、門(mén)衛(wèi)室、雨水泵房及調(diào)蓄水池、鏇輪庫(kù)、洗車(chē)庫(kù)、公安派出所等。新宮車(chē)輛段的BIM如圖6所示。

圖6 新宮車(chē)輛段的BIM

3.1 攝像機(jī)的部署方案

1) 實(shí)名制出入口。實(shí)名制出入口安裝的監(jiān)控?cái)z像機(jī)以槍機(jī)和半球攝像機(jī)為主,支持安全帽識(shí)別、反光衣識(shí)別及人臉識(shí)別功能。

2) 工地通道 。工地通道安裝的監(jiān)控?cái)z像機(jī)類(lèi)型為槍機(jī),支持為安全帽識(shí)別、人員摔倒檢測(cè)等功能。

3) 鋼筋加工區(qū)。鋼筋加工區(qū)安裝的監(jiān)控?cái)z像機(jī)類(lèi)型為槍機(jī),支持安全帽識(shí)別及危險(xiǎn)區(qū)域防護(hù)功能。

4) 危險(xiǎn)區(qū)域。危險(xiǎn)區(qū)域安裝的監(jiān)控?cái)z像機(jī)類(lèi)型為槍機(jī),支持基坑邊坡防護(hù)、暗渠邊界防護(hù)及高危區(qū)域人員闖入檢測(cè)等功能。

5) 塔吊監(jiān)控。塔吊監(jiān)控?cái)z像機(jī)一般為球機(jī),安裝在高點(diǎn)塔吊上,支持工作面安全帽識(shí)別、工作面安全帶識(shí)別、危險(xiǎn)區(qū)域防護(hù)及基坑防護(hù)等功能。

6) 門(mén)衛(wèi)室。門(mén)衛(wèi)室監(jiān)控?cái)z像機(jī)為半球攝像機(jī),支持的應(yīng)用功能有離睡崗檢測(cè)等。

3.2 安全隱患識(shí)別效果

安全管理系統(tǒng)在新宮車(chē)輛段部署后運(yùn)行30 d時(shí)的報(bào)警分類(lèi)統(tǒng)計(jì)情況如圖7所示。相關(guān)管理人員對(duì)所有報(bào)警進(jìn)行逐一處理,通過(guò)檢查報(bào)警圖片和回放視頻來(lái)排除誤報(bào)事件,統(tǒng)計(jì)得出,安全管理系統(tǒng)的報(bào)警有效率達(dá)到98%以上。

圖7 安全管理系統(tǒng)在新宮車(chē)輛段部署后運(yùn)行30 d時(shí)的報(bào)警分類(lèi)統(tǒng)計(jì)情況

以未佩戴安全帽這類(lèi)人員的不安全行為為例,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控捕捉到人員未佩戴安全帽的情況時(shí),安全管理系統(tǒng)立即自動(dòng)發(fā)送微信和短信給相關(guān)管理人員,并同時(shí)在網(wǎng)頁(yè)端以彈窗的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。安全管理系統(tǒng)的報(bào)警檢索功能可為相關(guān)人員提供安全隱患的檢索和查看服務(wù)。安全管理系統(tǒng)的報(bào)警檢索界面如圖8所示。該界面可顯示報(bào)警事件的設(shè)備名稱(chēng)、預(yù)警圖片、時(shí)間、處理狀態(tài)、是否誤識(shí)別、查看預(yù)警視頻等操作。安全管理系統(tǒng)報(bào)警時(shí)的視頻截圖如圖9所示。圖9的未佩戴安全帽識(shí)別報(bào)警準(zhǔn)確無(wú)誤。

圖8 安全管理系統(tǒng)的預(yù)警檢索界面截圖

圖9 安全管理系統(tǒng)預(yù)警時(shí)的視頻截圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文從人的不安全行為入手,闡述了安全管理系統(tǒng)的搭建方法,分析了安全管理系統(tǒng)在北京地鐵19號(hào)線(xiàn)一期工程新宮車(chē)輛段施工工地的應(yīng)用效果。應(yīng)用效果表明,安全管理系統(tǒng)能針對(duì)未佩戴安全帽、進(jìn)入禁止區(qū)域、睡崗離崗等人員的不安全行為進(jìn)行智能識(shí)別并正確報(bào)警,且識(shí)別準(zhǔn)確率較高。

安全管理系統(tǒng)可為安全隱患排查工作提供一系列便捷、高效、智能的可視化功能,提高了隱患識(shí)別的精度和效率。相關(guān)人員通過(guò)交互終端能夠?qū)崟r(shí)查閱監(jiān)控視頻,實(shí)時(shí)接收?qǐng)?bào)警信息,快速定位隱患發(fā)生位置并處置。

目前,安全管理系統(tǒng)僅聚焦人員不安全行為的智能識(shí)別。隨著新技術(shù)和新設(shè)備的使用,未來(lái)的安全管理系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素,以及質(zhì)量和管理上的缺陷等方面的智能識(shí)別。