水电工程安全应急云平台构建研究

李玉芹，黎 静，王新栋，李 茂

(1.西安科技大学,西安 710054；2中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

近年来，中国的水电工程建设项目取得空前发展，大批水电工程项目的成功实施对保障国家能源安全、促进国民经济发展、繁荣区域经济做出了重要贡献。由于水电工程所处的环境和自身特点，施工过程中突发事件发生随机性大、频繁发生，具有不确定性，对工程建设计划的正常实施产生较大冲击，影响水电工程建设项目的顺利实施和可持续发展，对工程目标实现产生不利影响，整体安全生产形势严峻[1]。因此，水电工程项目建设相关部门应该建立相对完善的安全应急管理系统以提高应急管理能力。

1 应急云平台建设的研究现状

目前，国务院及地方政府部门研究建立了国家应急平台体系；国家安全生产监督管理部门研究建立了安全生产应急平台；国土资源管理部门研究建立了地质灾害应急平台；交通运输管理部门研究建立了安全应急管理服务平台[2]。高大磊、妥洪玻、桂翔、马莉等[3-8]针对公路、机场及煤矿等其他行业、单位也都不同程度开展了应急平台方面的技术研究，但水电工程建设全过程的“安全应急云”管理平台体系的研究尚无研究经验。

目前，市场上面向工程建设安全应急行业的系统及解决方案，大多存在技术、业务知识和配套设备3个层面的不足：① 在技术层面上，已有解决方案大多基于商业软件和关系数据库产品开发，缺乏大数据处理分析能力和水平扩展能力，不能满足工程建设安全应急行业海量数据的管理、分析需求，特别是数据量持续不断增长的需求；② 在业务层面上，目前还没有建立一套行之有效的统一行业标准，包括数据标准、业务模型、部门职责、工作流程等，导致在工程安全应急过程中各部分各自为战、管理混乱；③ 在配套设备层面上，基本没有针对工程建设安全应急的系统硬件设备，很多终端设备都是从其他行业延伸过来的，无法形成有效的监测和应急效力。

2 水电工程安全应急管理

水电工程突发事件应急管理的根本目的是减少突发事件的发生以及降低突发事件造成的人员伤亡、财产损失、社会影响和生态环境破坏。水电工程突发事件安全应急管理主要包括：① 事故预防；② 应急准备；③ 应急响应；④ 后期处置。4个阶段的动态过程，各阶段相辅相成，共同作用[9]。

2.1 事故预防

(1) 技术装备水平。要提高突发事件的预防与应急能力，必须时刻监测施工过程及工作环境的变化。同时，对水电工程施工过程中的重大危险源、隐患等进行辨识与评估，采取必要措施预先处理，降低突发事件发生的可能性。

(2) 组织协调能力。主要指在突发事件发生时，对应急人员、物资、装备等应急资源的调配、协调能力，迅速展开应急救援，即突发事件及冲突处理能力。

(3) 监测监控能力。做好突发事件应急监测的布点与采样，配备相应的应急监测仪器，提高现场监测监控能力，根据可能导致事故发生的前兆，向相关部门发出紧急信号，提前预防或消除突发事件发生。

2.2 应急准备

(1) 通信与信息保障

应急响应过程中，相关人员必须坚守工作岗位，确保通信设备处于正常使用状态，并按规定程序及时、准确向有关负责人报送信息。另外，应急指挥中心应与政府监管部门或其他相关职能部门保持及时沟通，以便获得对救援工作的指导和帮助。

(2) 应急队伍保障

根据项目建设单位的应急管理工作规定，定期开展群众性的应急培训和演练活动，并按照应急预案的有关规定成立应急工作小组，以及建立专家库与督促所属企业和专业救援队伍签订救援协议，明确其相应职责，必要时刻组织专业培训，提高其应急救援状态下的工作能力。

(3) 医疗救护保障

项目建设单位应根据应急工作的实际需要，有计划地组织施工人员开展自救、互救(心肺复苏、人工呼吸等)基本技能的培训以及逃生等演练活动，必要时可以通过协议确定当地应急医疗救护资源，支援现场应急救治工作。

(4) 应急物资和设备保障

项目建设单位应依据突发事件处置的实际需求，配备必要的应急救援装备或工具。另外，应结合各类安全检查活动督促所属企业充实救援物资、定期检修救援设备，并与社会救援力量保持有效的联系，必要时可通过协议确定社会应急救援资源，作为应急救援的必要补充。

2.3 应急响应

首先，事故现场相关人员对突发事件的严重程度、可控性、影响范围、事故性质以及可持续性等进行研判；对现场救援情况、应急资源调度情况、人员撤退情况进行了解，请求上级启动相应级别的应急响应，保证“以人为本”的原则，尽最大地努力抢救伤员，尽可能将人员伤害与财产损失降到最小，防止事态进一步扩大。其次，如果现场相关人员及项目各参建单位的应急能力无法有效应对突发事件，就要启动扩大响应，请求当地安全监管部门及相关单位协同作战，共同应对突发事件。另外，启动相应级别响应时，应急人员立即到位，信息网络立即开通，充分调配应急资源，全力配合现场应急救援行动。行动过程中，若发现事态有扩大的趋势，应该果断采取扩大应急的措施；若事态仍然难以控制，则申请增援；若事态得以控制，则解除警戒，进行事故调查以及善后处理等应急恢复工作。

2.4 后期处置

(1) 事故调查

应急响应工作结束后，项目建设单位应积极配合政府相关部门进行事故调查工作，调查事故原因、评估事故损失、恢复施工秩序等。若政府授权单位自行调查，依据项目建设工程的生产安全事故调查处理和监督管理规定开展调查工作。

(2) 现场处置

事故调查取证工作结束后，项目建设单位应积极开展现场清理和恢复生产工作。首先,要恢复施工现场相对稳定的状态，迅速开展善后处置工作。另外，在这期间要避免二次灾害或衍生灾害的发生。

(3) 应急总结

应急处置工作结束后，项目建设单位应对应急救援的整个过程进行全面总结。根据事故的应急总结，对事故的应急救援工作进行全面评估；对相应的应急预案进行评审、修订；对不足的应急资源进行补充、完善，要细致深入地剖析应对过程中显现出来的应急能力不足之处，为后续应急能力的建设及应急工作的展开提供前车之鉴。

3 安全应急云平台建设

3.1 平台概况

水电工程项目建设过程安全和应急管理综合服务平台旨在打通水电工程建设过程中安全应急管理的各个环节。通过云计算、大数据、移动互联等技术，以GIS作为展现平台，专业运维作为支撑，集成视频监控、运输车辆定位、人员定位、风险评估、水雨情、地质、山洪监测和预警等为一体的安全应急综合管理平台[10]。该系统采用前端APP应用和后台Web应用方式，开发电脑客户端、手机客户端软件。以“整合、补充、共享、服务”为指导思想，通过建立风险及防范专项库、安全应急法律法规专项库、应急预案专项库、安全专家专项库、事故案例专项库、隐患上报处置专项库、应急资源专项库、人员和设备专项库等，最终建立“安全和应急管理综合服务平台”智库。主要思想是工程施工阶段为安全施工、应急处置，指挥调度提供高效、便捷的技术服务和数据服务，从而提高工作效率，为工程施工保驾护航。

3.2 平台系统架构

通过分析水电工程安全应急管理的过程，从系统开发和构建的逻辑结构上看，安全和应急管理综合服务平台自底向上可分为5个方面：① 基础设施层；② 数据采集层；③ 数据中心；④ 服务支撑层；⑤ 业务应用层；⑥ 展示层。

3.2.1 基础设施层

安全和应急管理综合服务平台的基础设施层是支撑整个平台运行的基础条件，主要包括：① 由互联网/有线专网/4G网络/无线网络(WiFi)、卫星通信网络等构成的物理链路系统；② 由服务器、存储设备、交换机、机柜、UPS服务器、监测仪器、传感器、显示设备等构成的硬件支持体系；③ 由三维地理信息平台软件、数据库软件、操作系统软件、安全软件、防毒杀毒软件等构成的软件支持体系。

3.2.2 数据采集层

数据采集层通过各种手段获取安全和应急管理综合服务平台运行需要的各类专业属性数据、基础数据、业务数据、安全应急综合管理数据及其他数据。数据采集手段包括与其他系统交换共享、数据采集软件录入、监测设备仪器、人工调查(主要是移动端数据录入(包括智能手机、PDA等)和实地勘测获取数据)等。

3.2.3 数据中心

数据中心是安全和应急管理综合服务平台的重要组成部分，由数据管理维护工具、数据库等构成，为平台服务支撑层和业务应用系统提供数据资源及数据服务。数据中心对数据进行统一组织和管理。其数据主要包括：空间数据、安全管理数据、应急管理数据、成果展示数据等。针对安全应急综合管理平台建设的需求，构建统一的数据存储、管理、应用和服务平台。

3.2.4 服务支撑层

服务支撑层以数据中心为基础，提供安全管理、应急管理等业务应用系统运行的环境基础和单点登录(SSO)、权限管理、信息发布等功能组件。同时也是各种业务集成的基础。在数据中心的PaaS层(平台即服务)支撑下，购置并建设GIS平台、物联网平台、视频通道平台，依托服务支撑层的功能组件(包括单点登录(SSO)、权限管理、功能管理、信息发布等)，构建安全和应急管理综合服务平台的服务支撑层。安全应急综合管理平台的服务支撑层面向安全管理、应急管理、视频管理等业务领域的工作需要，提供信息浏览、查询、统计分析、系统管理维护等业务应用功能模块，同时实现业务应用的扩展性、可二次开发等。

3.2.5 业务应用层

安全和应急管理综合服务平台的业务应用层是平台功能实现的关键层，主要包括：① 综合管理模块；② 安全管理模块；③ 应急管理模块；④ 视频管理模块。

(1) 综合管理模块

1) 三维基础地理信息模块

基于数据中心构建的三维基础地理信息模块是业务应用层和展示层的核心模块，是工程安全应急综合管理数据表达、可视化、查询统计、分析计算的主要载体；三维GIS模块可以展示数据中心内的数据、业务数据、数据产品和信息产品，集成各个业务应用；实现了面向地质灾害业务的GIS和三维GIS空间分析功能。

2) 应急指挥模块

依据安全应急综合管理业务要求，建立应急指挥体系结构，包括行政等级、责任人联系方式及相关的应急预案方案。通过建立的应急指挥体系目录树，选择其中任一节点，指挥体系的相关责任人及其他信息根据行政等级分级分类排序、统计。查询结果可在三维地理信息平台中进行定位，发送短信(单发短信或群发短信)，查看应急预案等。

3) 决策指挥模块

实现应急资源查询、分析、调度、决策指挥。针对突发事件，通过收集分析预测结果，结合突发事件的进展情况，对事件的严重程度、可控性、影响范围、事故性质以及可持续性等进行研判，对现场救援情况、应急资源调度情况、人员撤退等情况进行了解。针对当前灾情，采集相应的资源数据、地理信息、历史处置方案，调用专家知识库，对灾害信息综合集成、分析、处理、评估，研究制定相应技术方案和措施，对救援过程中遇到的技术难题提出解决方案并进行指挥，实现应急救援的科学性和准确性。

(2) 安全管理模块

安全管理模块主要针对施工期间的制度、人员、设施设备、文档等内容进行核查、管理、维护，从而保障整个工程安全有效地进行，保证工程的质量和时效。具体的业务工作，如图1所示。该功能模块本质上是对安全管理中涉及到的文档、人员、设施设备、安全信息、工程项目信息、移动端信息进行管理维护。随着业务工作的梳理和深入，可根据实际情况，调整功能模块。

(3) 应急管理模块

应急管理模块主要针对施工前后以及施工期间的应急信息进行管理维护，从而当事件发生时可以提供及时、有效的应急信息，具体功能如图2所示。

图1 安全管理模块图

图2 应急管理模块图

(4) 视频管理模块

通过智慧综合视频云平台可以将安全管理、应急指挥方面的视频会议、视频监控以及日常的安全生产管理、培训等多个部门、多业务需求的视频结合到一个平台上，为多部门、多角色提供不同的服务需求。对视频的监测点、视频设备、视频数据的集成、管理、浏览、查询，为工程建设安全应急综合管理提供数据和功能支持。视频管理模块主要是对视频监测点的信息、采集到的视频数据以及视频监测设备本身信息进行浏览、查询、管理。

3.2.6 展示层

展示层基于基础应用系统，展示数据中心内的数据、数据产品和信息产品。展示层的核心是基于Virtual Globe的多分辨率三维虚拟环境，在此基础上，应用3D GIS技术叠加不同的业务专题信息和业务应用，实现不同的业务应用和业务信息的集成。安全应急管理信息展示是面向工程安全应急管理业务的一个信息展示平台、工作平台和管理平台。该平台的用户主要包括：领导(决策人员)、项目管理人员、施工操作人员、其他相关人员。针对不同的用户业务工作需要，该平台展示提供不同的信息。

4 结 语

水电工程项目建设施工环境差，涉及范围广，各类突发事件频繁发生，根据安全应急管理的4个动态过程，确定水电工程项目建设过程中的应急服务内容[11-13]。结合大数据、互联网+、云计算等技术，借助“云”的概念，从基础设施层、数据采集层、数据中心、服务支撑层、业务应用层和展示层6个方面对平台的系统架构进行分析，构建安全和应急管理综合服务平台。该平台打通了应急资源分布在不同区域、不同部门之间的“墙”，通过对一切可用应急资源的统一管理和调配来实现应急联动、相互协同，从时间和空间上实现资源共享、迅速调配，提高应急效率，对水电工程突发事件应急管理建设具有实际指导意义。