人-机-环境中的在线安全监控策略研究

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(中国电子科技集团公司第五十二研究所，杭州 310012)

引 言

施工升降机是建筑工地垂直通道上运载人员和货物的建筑设备。当前对建筑工地的施工升降机的监管仍处于监管方式较落后、监管无法全面覆盖和靠人力监管的现状，存在无法有效监管到位的问题。因监管方式的滞后、失控、不全面和缺失等原因导致重大安全生产事故频发[1-2]，造成了重大的社会影响和巨大的经济损失。

通过对施工升降机安全事故的分析、总结，施工升降机事故原因可以概括为三个方面：人的不安全行为、机的不安全状态和环境的不安全因素。本文建立了从 “人的行为”、“机的状态”和“环境因素”三个方面集合的施工升降机安全监控模型，提出了一种将“人的不安全行为”和“机的不安全状态”列为重点监管对象的施工升降机在线安全监管策略。该策略采用在线安全监控系统，应用物联网和互联网技术，建立大数据管理平台，形成大数据的业务体系和新的管理模式，预防施工升降机安全事故，提高原有的施工升降机系统的安全性和可靠性，提高建筑工地现场“人的不安全行为”、“机的不安全状态”和“环境的不安全因素”的综合安全管理水平。

1 施工升降机安全监控模型

施工升降机监控模型可简化为人-机-环境模型，如图1所示。

图1 施工升降机安全监控模型

由人、机、环境三大要素组成的升降机安全监控系统模型，系统中的“人”包括施工升降机驾驶人员、管理人员和维修保养人员；“机”是指人所操控管理的施工升降机的总称；“环境”是指人和施工升降机共处的特定工作环境。它们是相互作用、相互影响，组成特定功能的复杂集合体，称为传统的监控模型[3]。

采用的在线安全管理系统属于后装系统，对原有的施工升降机设备无须进行改造，也不改变原有的控制/管理的流程。其实质是加强对人和机的监控，提高传统的监控模型的安全性和可靠性，同时提高了系统的动态响应时间，记录了系统运行的各项参数，存储了大量的运行数据，为形成新的监控服务模式提供了数据支撑。

2 施工升降机在线安全监控系统

目前的升降机安全监控管理[4]是一个人工的系统，没有使用到信息化的设备，针对施工升降机的使用流程主要涉及的环节如图2所示。

图2 施工升降机使用流程

现有的施工升降机也已经采取了一些有效的安全防护手段，但对现有的安全防护设施、计量维保、监督检查等却没有相应的信息化监控手段，人工检查虽然能够在一定程度上避免安全防护设施损坏、维保不到位等问题的发生，但实时性不够、覆盖面不宽，无法达到有效监控的目的。

针对图2的业务流程，建立施工升降机在线安全监控系统，如图3所示。

图3 施工升降机在线安全监控系统

以工地为单位，在每个施工升降机中安装在线监控设备。在线监控设备通过2G/3G/4G移动通信网络与互联网交换数据。租赁/维保单位、施工单位、安监部门、工地安全员以及手机移动客户按照权限访问相应的业务单元，开展相关工作。

3 在线安全监控策略

参考文献[5]详细分析和设计了升降机吊笼的重量信号采集模块、加速度采集模块、楼层呼叫接收模块、数据存储模块、远程通信模块等各部分功能电路。详细阐述了系统的重量、加速度信号数据采集、处理和修正的方法、系统运行参数存储和转存、远程通信的实现等。参考文献[6]主要针对施工升降化载员、载重两项指标进行监测，并将实时数据发送至远程监控管理平台。参考文献[7]围绕温度信号采集部分、水平倾斜角度采集部分、电气控制回路状态采集部分、人机交互环境设计、楼层呼叫功能设计和远程通信部分设计等几个方面展开。参考文献[8]的维修保养闭环管理功能主要将吊笼升降结束瞬间采集、上报施工升降机的运行状态和故障数据，以短消息的方式将远程监控平台的指令转发至维保人员手机。维保人员执行维保指令后通过触摸屏向远程监控平台反馈维保落实信息。

上述参考文献[5-7]中提到的系统，对施工升降机的监管对象重点仍在“机的不安全因素”，没有加强对人的监管。参考文献[8]对“人的不安全行为”和“机的不安全状态”都进行了有益的研究，采用指纹识别[9]的方式识别驾驶人员，但对事故多发、易发的施工升降机安装、加高、拆卸阶段的监管没有涉及。

因此本文提出一种将“人的不安全行为”和“机的不安全状态”列为重点监管对象的施工升降机在线安全监管策略。该策略如图4所示。

图4 施工升降机在线安全监管策略

图6 维保流程

该策略将与施工升降机有关联的驾驶员、工地安全员、租赁公司人员、维保人员全部纳入到系统中进行监管，有效地管控“人的不安全行为”。同时将“机的不安全状态”也纳入监管。该策略的要点在于生物特征识别[10]的实名制管理业务流程。生物特征识别流程如图5所示。通过实时比对司机的生物特征信息，排除非法司机和非法操作施工升降机的现象，达到在线监管施工升降机的目的。

图5 生物特征识别过程

生物特征识别有指纹识别、人脸识别、虹膜识别以及上述几种的复合识别。各地的监管应用因地制宜，因此采用统一的数据接口接入，分不同的数据库管理各种生物特征，从而利于推广和综合使用。

升降机的使用过程中，维保是一个很重要的环节，但维保作假现象比较普遍，难于监管。本系统建立维保管理模块，保障升降机的维保工作落到实处。施工升降机监控系统会根据设备安装的时间和使用的情况，定期向维保单位发送维保提醒。维保人员则需要持证到现场维保，维保结束后，需要在监控系统中进行登记。登记后，维保的结果会发送给项目部的管理人员，项目部的人员核实后，一次维保过程完成。维保流程如图6所示。

同时，加节加高、拆卸和转场也纳入监管中。当安装人员把升降机安装完毕、加节加高和转场后，需要在此系统中确认。由于维保人员需要持证到现场维保，同时维保记录实时在系统中能够体现，大大减少维保作假的可能。维保过程中出现异常状态，系统会自动锁车，需派人到现场核实通过后才能开车。安装、加节加高、拆卸和转场过程中，系统严禁施工升降机运行，保证安全。

4 在线安全监控设备

为实现上述的在线安全监控策略，研发了安装于施工升降机的在线安全监控设备。图7为施工升降机在线安全监控设备示意图。

图7 施工升降机在线安全监控设备功能框图

监控设备可实现以下功能：驾驶员专人专岗管理、身份识别(生物特征识别/刷卡)、防坠器的检定管理、整机复检的管理、安装和维保管理、安全员管理、驾驶员在位检测、防坠器在位检测、人数识别模块、防冲顶保护、运行速度、运行高度、顶升高度设置、可设定范围的顶层底层预警和报警、吊笼载荷称重、风速显示、倾角显示、楼层呼叫、楼层显示、光电及语音报警、远程传输、支持远程参数的查看和配置、升降机状态(进料门、出料门、上下限位、天窗断绳等保护开关、上下行)、自检功能、可判别外部供电和蓄电池供电、实时检测电源电压，具有过压、低压保护功能、可检测铅酸蓄电池的寿命，提醒维保人员更换蓄电池。

5 监控管理平台

远程监控管理平台由应用服务器、数据库服务器、Web服务器以及Web浏览器组成[12]。在线安全监管设备通过移动网络与远程监控管理平台通信，发送施工升降机的工作状态信息、人员信息到远程监管平台，接收远程监控管理平台的远程控制指令。用户通过登录远程监控管理平台查询、管理和控制施工升降机的状态。根据功能需求，施工升降机远程监控平台为使用者提供了互动管理界面。

6 系统实现与应用

为了实现在线安全监控策略，现场监控设备安装在杭州市某建筑企业施工升降机吊笼内，如图8所示。

图8(a)是由控制主板和各功能模块组合而成的主机设备。图8(b)是监控设备的显示器，实现人机交互的功能，因施工升降机频繁的通断电，还必须要有不间断电源箱，如图8(c)。图8(d)是虹膜和人脸复合识别系统。图9为系统安装在升降机司机内的显示器。

图8 施工升降机在线安全监控设备

图10为平台的登录界面。图11为系统首页的界面。图12为系统动画模拟施工升降机运行的界面。

系统使用结果表明：工地现场监控设备能够正确采集司机、安全员和维保人员的生物特征信息，采集施工升降机的运行状态信息与故障数据，保持与应用服务器正常通讯，具备远程锁车/远程解锁的功能；应用服务器能够正确解析、存储现场监控终端上报的数据，有针对性地发送和接收维保指令；管理人员能够通过网站对所属施工升降机的维保情况进行有效监管。该系统还包含当前政府监管部分的业务流程，实现了工地安监的信息化和智能化。

图9 系统显示器

图10 平台登录界面

图11 运行界面

图12 施工升降机动画

结 语

本文从人-机-环境方面建立了施工升降机安全监控模型，提出了一种将“人的不安全行为”和“机的不安全状态”列为重点监管对象的施工升降机在线安全监管策略及系统。设计了在线安全监控系统，描述了系统的总体架构，阐明了系统的硬件设备和软件流程，验证了系统的可行性。系统针对当前普遍存在的驾驶员识别不利于现场快速调查取证和人员排查的情况，采用生物识别技术统一接口提高了系统的实用性和兼容性。同时对事故多发、易发的施工升降机安装、加高、拆卸阶段的问题，进行了深入研究并纳入监管。

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