水运工程施工危险源信息化预警控制系统

张霞，徐晖

（1.交通部水运科学研究院，北京 100088；2.长安大学，陕西 西安 710064）

0 引言

国内外多年的统计资料表明，施工项目中安全事故的发生率较高，由于事故带来的损失较大[1-2]，因此安全管理显得十分重要。施工项目的安全管理往往从消除危险源或降低危险源所带来的风险入手[3]。危险源是导致事故的根源，其定义为可能导致人员伤亡或物质损失事故的、潜在的不安全因素[4]。

水运工程施工危险源具有点多、面广、影响因素复杂、辨识不易等特点，容易引发重大事故[5]，因而其管理工作难度大且效果往往不够理想。

如何提高其危险源管理的效果和效率，成为亟待解决的问题，信息技术的利用可以提供帮助。国外建筑行业施工安全管理的信息化程度较高[6]，20世纪80年代，美国就曾推出施工安全管理专家系统[7]，施工危险源管理进入信息化时代。2000年，Richard Coble提出了利用网络技术实现项目进度计划与安全管理相结合的理论[8]，强调了网络技术的应用。而国内建筑行业尤其是水运施工企业在危险源管理的信息技术应用方面仍相对落后。

本文基于信息技术提出了建立水运工程施工危险源信息化预警控制系统的设想，以期为水运施工企业安全管理系统的发展提供依据。

1 水运工程施工危险源的预警管理

水运工程施工危险源的预警管理，就是通过科学的管理手段实现施工危险源的监控、预测和评价、控制。监控：对施工过程进行监测，判断日常活动过程与结果是否满足管理目标的预期要求；预测和评价：根据监控结果，通过判断危险源所处的状态，来确定施工过程处于“事故状态”或“正常状态”；控制：由预测和评价结果，做出相应的应对措施，即，在确认事故隐患发生的情况下，采取既定手段调控其运行过程，使之恢复正常状态。

建立危险源预警管理系统将有效地改变水运工程安全监督管理模式，加强内部监督制约机制。

2 水运施工危险源信息化预警控制系统

2.1 系统的概念

信息技术（Information Technology）是利用计算机和现代通讯手段获取和处理信息等技术的总称。

水运施工危险源信息化预警控制系统，就是将信息技术应用于水运工程施工危险源的预警管理，把施工过程中危险源的监控、预测、评价、控制等管理要素标准化、程序化，并结合网络技术统一与中心计算机进行管理的系统。这里的信息技术主要包括数字监控技术、网络技术和软件技术。

信息技术的运用，可以有效地实现对点多、面广、量大的水运工程施工危险源的统一管理，提高管理效率，并将改变安全监管部门过去那种看报告、听汇报、下基层视察等原始工作方法，实现从对具体项目安全生产状态的具体管理转变到对施工企业安全生产行为的管理，使整体的水运施工危险源管理走向规范化、制度化和标准化。

2.2 系统建立的基础

该系统模型的建立要解决以下几个问题：

1）信息的收集和处理。进行危险源相关信息的收集和处理，并把它们输入计算机，包括：危险源信息清单、预防措施、处理和解决方案等。

2）软件技术。利用软件技术将危险源的管理要素有机结合。软件的编制要由软件公司和水运工程安全管理的研究部门共同开发。

3）硬件设施的配备。包括：计算机和相应的配套设施，例如网络通信设施、数字监控设备等。

2.3 信息处理技术

危险源相关信息处理有两个环节：①准备阶段。建立危险源信息库，将危险源的相关信息根据不同工程和施工工序分类，以模块的型式存储入计算机。②危险源辨识与评估阶段。进行数据库中未知危险源的辨识与评价。

2.3.1 水运工程施工危险源的辨识

危险源辨识应选择适于建立体系的方法：

1）对生产组织进行调查研究，包括：与现场有经验的人员询问、交谈；查阅相关记录；现场观察和填写安全检查表；成员工作任务分析等。

2）获取相关的外部信息：从有关类似组织、文献资料、专家咨询等方面获取有关危险源信息。

3）危险与可操作性研究 （hazard and operability study）：通过指导语句和标准格式寻找工艺偏差，以辨识系统存在的危险源。

4）事件树分析（event tree analysis）：从初始原因事件起，分析各环节事件“正常”或“失效”的过程，并预测各种可能的结果，通过对系统各环节事件的分析，辨识危险源。

5）故障树分析（FTA）：根据系统可能发生的或已经发生的事故结果，去寻找与事故发生有关的原因、条件和规律，辨识有关危险源。

为建立危险源信息库组织危险源的辨识时，需综合运用以上方法，以全面地识别危险源。

2.3.2 水运工程施工危险源的评价

危险源的危险性评价方法分为定性评价、定量评价和综合评价。综合评价结合定性和定量评价方法，综合考虑施工工艺、设备、环境、管理等方面，从整体出发，对系统危险源进行危险性评价。

适用水运工程施工危险源评价的方法很多，建立危险源信息库时，可主要采用模糊综合评价法，其他1～2种方法辅助。进行未知危险源评价时，则要根据危险源及施工工艺的特点选择方法。表1归纳了常用方法的评价目标、方法特点、应用条件及水运工程施工危险源适用性评价。

2.4 水运施工危险源预警管理系统模型

2.4.1 总体模式

水运工程施工危险源信息化预警管理系统以施工项目危险源信息的数字化数据处理模型和危险源的综合辨识、评价方法为核心，由监控平台、管理平台两大模块组成。监控平台由危险源监控系统、危险源辨识系统和危险源评价系统组成；管理平台包含日常管理模型、组织管理模型、危机管理模型3部分。系统模块之间通过网络通信平台进行信息的传递，同时借助网络通信技术实现系统和企业管理系统以及相关外部信息进行信息的沟通。危险源信息化预警管理系统构造如图1所示。

图1 水运施工危险源信息化预警管理系统

系统打破了以往通常以算法为主干的模式，采用以数据为中心的方式，同时，以模块的形式处理不同环节的数据，使得算法可配置系统，以获得更多的灵活性。这种灵活性可以更好地适应监控内容的改变，随着施工项目的变化，像组装的电脑一样为系统配备合适的监控平台和管理平台，同时也可以方便地为系统更新。

对于确定的施工项目，模块更换并不是很频繁，提高了整体的运算速度。

2.4.2 监控系统

监控的任务有两个：一是过程检测，即对监测对象的活动进行全过程监视；二是对大量的监测信息进行处理，包括整理、分类、存储、传输、建立信息档案，进行历史的和技术的比较，确定常态和非常态，对于非常态的检测特性进行报告（进入下一个系统——辨识系统）。

表1 危险源评价方法比较

过程检测可分为3个阶段，在系统编制的初级阶段，通过监控室内安全员的输入解决和中心计算机的对话；随着技术的方案，有望实现辨识方式的智能化，即通过监控机器人识别并直接和计算机对话来完成监控过程。

初级阶段，为了方便和降低技术难度，可统一对危险源辨识库中的危险源进行编码，对出现的异常情况同编码进行对应，这个时期将编码作为人机传递的语言。评估施工方案时，需对方案进行分析，并将相关危险源编码化。

发展阶段，实现人机对话，计算机对输入的信息自动识别。如果输入的信息为施工方案或者模拟的施工过程，就可以完成方案的评估。

高级阶段，智能化系统阶段，监控系统自动完成识别以及和中心计算机的对话功能，实现自动化管理。

监控系统帮助安全员和安全监理对现场的全面控制，实现足不出户的现场管理和提前预警。

2.4.3 危险源辨识系统

监控发现的异常现象，通过对话功能传递至危险源辨识系统。危险源辨识系统结构如图2所示。

图2 危险源辨识系统

危险源辨识库提供了基本数据资料，将水运工程施工危险源信息按不同的施工工序分层次保存，水上作业的层次划分如表2所示。危险源信息包括所属工序、所属工艺、危险性等级。危险性等级的划分为：5.极其危险；4.高度危险；3.显著危险；2.一般危险；1.稍有危险。

危险源辨识库的数据来源于以往的相关研究，并通过各个施工项目的进行不断完善，国家安全网络的建设则可以集合全国的危险源信息。

专家支持系统是施工项目危险源辨识库的“智能”组成部分，主要包含“专有”的专业信息，它的知识库有众多安全专家的安全管理经验和技巧，利用系统分析方法，判断监控中的异常情况是否需要评估，报告给评估系统。

表2 其它海上作业危险源辨识清单

2.4.4 危险源评估系统

危险源评估系统结构如图3所示。危险源评估系统的信息核心是系统的通信中心，在收到辨识系统的报告后，将报告情况发送到专家系统进行方法选择和经验判断，然后进行如层次分析法、模糊综合评价方法等的计算来对系统危险源进行评价，评价结果反馈到专家系统，进行判断，确认结果可靠后将结果传递回信息核心。在系统危险源评价过程中，经过评价指标体系的确立、评价指标权重的设定和计算，综合评判危险源的危险性等级。

图3 危险源评估系统

2.4.5 管理平台

危险源信息化预警控制系统的目标，是实现对各种危险源的早期控制，并能在严重的事故形势下实施危机管理。系统的管理平台包括组织管理、日常管理、危机管理3个管理活动阶段。

1）组织管理。正常的施工进度和施工计划。

2）日常管理。包括两个方面，一是日常对策，二是危机模拟。日常对策针对危险源进行纠正活动，防止其发展为事故，逐渐使其恢复到正确状态。危机模拟，是在日常对策活动中发现事故因素难以有效控制，因而对可能的危机状态进行假设与模拟的活动，以此提出对策方案，为进入危机管理阶段做好准备。

3）危机管理。危机管理是一种“例外”性质的管理，是只在特殊情况下才采用的特别管理方式。它是在施工管理平台已无法控制事故状态情况下，以特别的危机计划、领导小组、应急措施，介入施工活动的管理过程。

评估系统做出评价结果以后，报告给管理平台，管理平台根据报告的危险性等级选择管理模式：5，进入危机管理；4，停工并进入日常管理；2或3，进入日常危险源管理；1或未接到异常报告，则进行组织管理。

2.5 监控设备

实现对现场的监控，首先要有监控设备。监控设备包括两部分，一是监视设备，其布置应能满足监视整个施工现场的需要；二是设备的监测设施，即对关键机械和施工车辆、船舶的监测。

软件系统通过计算机控制监控设备，尤其是发展到自动化管理阶段时，设备和软件要实现无缝相接。

3 结语

水运工程施工危险源点多、面广，影响因素复杂、辨识不易，由于施工状态的变化性，其管理是个动态过程。构建危险源信息化预警控制系统，可以建立快速反应机制，并最终实现管理的自动化，时时监控，及时发现事故隐患并采取相对措施，最大限度地制止安全事故的发生。

此外，系统可以实现危险源信息共享，向缺乏安全经验的人员提供经验信息，为项目部间甚至施工企业间交流危险源控制和管理经验提供信息平台。

总之，该系统的建立对于规范施工现场业务流程，提升水运施工企业安全生产的管理水平，以及最终实现施工企业的信息化管理将有重要意义。

[1]Sherrill R.Loss Control Comes of Age[J].Professional Safety，1980，25（9）：15-18.

[2]方东平，黄新宇.建筑业安全事故经济损失研究[J].建筑经济，2000（3）.

[3]董大旻.建筑施工安全生产中的危险源管理研究[D].同济大学，2007.

[4]Willie Hammer，Dennis Price.职业安全管理与工程（5版）[M].北京：清华大学出版社，2003.

[5]张霞.港口施工危险源评价方法应用研究[D].北京：首都经贸大学，2009.

[6]田元福.建筑安全控制及其应用研究[D].西安建筑科技大学，2004，

[7]徐伟.建筑工程施工的智能方法[M].上海，同济大学出版社，1997.

[8]Richard J Coble.Jimmie Hinze，Theo C Haupt.Construction Safety and health management[M].New Jersey：Prentice Hall，2000.