智能安全帽的研发及应用

蒋明轩，郭雅婷，陆 军，刘汝梧

（广西宁铁工程有限责任公司，1.3.4.工程师，2.线路工，广西 南宁 530000）

1 引言

广西宁铁工程有限责任公司是中国铁路南宁局集团有限公司控股的非运输企业，主要从事涉铁项目的施工。施工安全风险具有重性，有邻近营业线施工风险、沟通协调复杂、涉及专业接口多的特点，也具有作业人员专业性不强、安全认识不足等一般施工的特点。公司在多方面调研后，提出在做好“人防”管控的前提下，加大“技防”的投入。为提高“技防”能力，开发智能安全帽，通过远程平台监控现场施工安全，综合提升工程安全、质量和成本管控能力。

2 智能安全帽的设计

2.1 智能安全帽电子芯片

智能安全帽（如图1）是在传统安全帽的顶部内侧植入电子芯片，电子芯片模块能够根据现场需要，写入相应的控制信息，实现数据的收集、分析处理、上传。

电子芯片内嵌网络接口层、功能应用层及硬件驱动层三个部分，完成对位置、心率、环境参数等信息的采集和处理，通过无线网络将数据传输到监控平台，管理员通过监控平台可查看施工作业人员生命体征、工作状态、违规情况等信息，实现可视化动态管理和快速应急处置。

智能安全帽实现远程监控、精准定位、安全保护等功能，具体如表1所示。

表1 智能安全帽研发功能清单

2.2 监控平台

利用北斗高精度定位特性，以施工作业人员作为信息获取和监管的对象，运用4G作为数据通信模式，结合传感器和嵌入式技术的应用，将采集的人员位置信息、违规信息等汇聚到监控平台，监控现场施工，提升施工监管单位对施工作业工人的管理效能，为现场调度提供准确依据，有效地提高安全管理部门的工作效率、监控能力和服务水平，实现“感知、分析、服务、指挥、监管”五位一体。

监控平台总体构架以感知层、数据层、应用管理层、展现层4个逻辑层为主线进行设计。感知层将识别感知的数据上传至数据层，数据层对资源库实施分类、整合，保障整体项目数据资源明晰；应用管理层有效承接数据库资源的分类标准；展现层通过PC电脑端和移动端微信小程序实现系统的应用、资源的管理和数据查询操作，各层次紧密联系，缺一不可。

该系统依据功能需求，采用分模块设计，通过传感器数据实时采集、系统实时处理数据、物联网实时监控平台三个阶段处理，在实现预期功能需求的同时，保证整体系统工作流程的可移植性和可扩展性，监控平台工作流程如图2所示。

图2 监控平台工作流程

3 现场应用及功能介绍

3.1 工程概况

广西壮族自治区南宁市洪运路（海城路-国凯大道）工程，现浇框架式下穿涵1134m，双向8车道，南起洪运路—海城路交叉口，向北下穿南宁国际铁路港、南环铁路下行线、机务联络线及南防铁路，向北顺接洪运路国凯大道交叉口。涉及工务、电务、供电、给排水、车务专业，施工占地79380m2，工期冲刺期间有210名劳务工、50名安全监管人员、20台挖掘机、15台自卸汽车、2台吊机同时作业，给现场安全、质量、成本管控水平提出更高要求。

3.2 智能安全管控

根据工程施工现场作业人员实际，监控平台为每个智能安全帽赋予唯一的ID和二维码，将智能安全帽与施工作业人员进行一对一绑定，建立关系实施前端数据采集，监控平台形成后端基础信息数据库，管理人员可实现统筹管理。

3.2.1 状态监控预警 管理人员通过监控平台实时监控作业人员安全帽的佩戴情况，判断是否在规定区域内施工（见图3），劳务人员体征指标、作业环境是否正常。如出现脱帽、佩戴不正确、电量过低、气体检测不合格等异常现象，安全帽会直接发出警报提醒现场作业人员，同时监控平台上显现红色标识（见图4）警示监控管理员，管理人员发现异常后，以电话或者信息形式通知现场施工负责人。通过“线上+线下”，形成平台监控、监控管理员、现场施工负责人的三重管控体系，及时发现现场违章作业和人员异常状态，确保施工安全和劳动人身安全，实现工作人员的智能化、信息化监控管理。

图3 使用监控平台设置施工电子围栏

图4 智能安全帽监控界面

3.2.2 信息整理分析 智能安全帽及其监控平台收集作业过程视频信息，统计每日作业人员数量、有效工作时长、违规作业次数、活动路径范围。经过数据分析导出，能快速形成劳务作业人员考勤表（见图5），正确评价工作能力，做出考核建议和劳务结算，了解剩余劳动潜力和劳动效率。自动存储的施工过程影响资料，方便办理工程签证、变更，追溯工程质量缺陷责任人，及时发现问题原因。

图5 监控平台的工时统计界面

3.2.3 辅助管理决策 基于视频信息和统计数据报表，强化工程安全、质量、进度和成本管理。一是对比劳动效率和违章次数，选出优质劳务队伍和劳务个人；二是回看作业流程视频，总结经验，优化封锁点施工方案和施工组织，科学安排作业流程，把握安全质量监控重点，合理分配工作量，不浪费机械人工；三是及时发现剩余劳动力，核减富余劳动力，降低人工成本；四是统计惯性违章次数和违章事件，及时发现和纠正高频安全问题。

3.3 智能安全帽监控小程序

小程序提供了安全帽相关的智能安全帽注册、智能安全帽分发、智能安全帽监控、违规统计、工作时段设置、考勤统计、个人中心7个模块的监控管理服务，管理人员可以在手机端登录小程序，有利于远程监控现场安全，查阅分析数据（见图6）。

图6 智能安全帽监控小程序

4 结论

智能安全帽及其监控平台在南宁市洪运路（海城路-国凯大道）框架涵下穿铁路道路工程施工中投入使用，初步实现工程管理的规范化、精细化和智能化。安全方面，不规范佩戴安全帽、不按技术交底施工等惯性违章减少90%，考核不规范作业人员68人，确保施工期间劳务人员无突发健康问题；成本方面，节约安全管理人力成本32万元，通过回看封锁点施工视频，优化施工组织，节约机械费13万元；进度方面，工程自2020年5月正式开工，2021年8月完工，提前60天建成通车。

智能化、信息化施工是工程管理的发展方向，智能安全帽及其监控平台强化现场安全管控成效突出，在汛期出巡、线路大修、管线迁改作业中也适合使用。