作业过程智能安全管控系统在公伯峡水电站的应用研究

马晓君，谷东永

（1.青海黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 810000；2.北京中水科水电科技开发有限责任公司，北京 100038）

通过系统性地全面分析公伯峡水电站安全生产业务特点，以及安全事故的发生机理，从作业安全风险预控角度出发，以作业过程的安全措施贯彻落实为主线，以互联网+、物联网、5G、人工智能等技术为支撑，以智能门禁、智能视频、人员定位、物联设备、智能穿戴、三维可视化为技术推力，将HSE监督管理工作融入到整体安全管控系统，旨在通过“技防”手段解决生产过程风险预控能力不足、安全措施落实困难、安全监管困难等问题，实现公伯峡水电站作业全过程、全方位、预防性的智能化安全管控。

1 公伯峡水电站作业过程智能安全管控新技术

“公伯峡水电站作业过程智能安全管控”通过科技创新实现作业过程的智能化、本质安全管理。其应用的新技术有移动互联网、泛在物联网、三维建模、无线定位、WIFI网络、智能穿戴，以下是其应用场景和工作原理。

（1）移动互联网应用：

应用场景——作业人员携带智能终端进行工作票、操作票、定期作业、交接班等业务的审批流转、多媒体数据采集和搜索查询，突破地域限制随时随地办公，有效提高作业效率；

工作原理——移动终端（手机、平板、安全帽等）提供数据采集、数据输入、显示终端服务，这些数据通过4G、WIFI网络实时与服务器连接交互，实现作业过程安全管理业务的智能化“统一管理体系、同一数据源、同一数据交互网络、多端数据采集、多端数据智能发布”。

（2）泛在物联网应用：

应用场景——应用于操作防误、锁控管理、安全工器具及临时地线管理，防止不按工作票、操作票的规定内容和顺序执行作业，防止误入区域、设备间隔，防止临时地线错拆错挂漏拆漏挂，防止工器具存取无记录及管理困难；

工作原理——作业管理平台通过智能两票、标准化作业建立起作业安全业务和现场设备操作的关联，对作业过程进行智能化、强制性管控，其中智能锁具和闭锁装置部署于设备操操作机构、控制回路、柜门、房间门、临时地线、工器具零部件，后台服务器对智能锁具和闭锁装置进行统一编码和逻辑、操作管理。

（3）三维建模应用：

应用场景——三维模型应用于公伯峡水电站虚拟可视化场景的搭建，融入人员、设备、作业过程等因素，包含作业现场的人员、设备、环境动态模型的构建和动态数据的展示，为管理人员提供可视化的监督、管理、查询交互界面，为培训人员提供虚拟的安全培训环境；

工作原理——根据作业现场实景，经过构建白模、材质纹理、模型减面、动画分割、遮挡剔除、场景烘焙等过程建立三维可视化虚拟模型，并与现场动态数据结合，形成数字孪生的监视、仿真培训场景。

（4）无线定位应用：

应用场景——应用于对室内的作业人员位置、活动轨迹在线监测，扩展功能有虚拟电子围栏、停留时间计算等，在防止误入非作业区域、进入危险区域和对作业人员动态可视化管理方面有重要意义；

工作原理——基于UWB技术的TDOA三角定位法，定位过程“定位标签发出UWB信号→基站接收UWB信号→主站汇集UWB数据并转发→计算服务器进行数据解算”。

（5）5G/WIFI网络、智能穿戴应用：

应用场景——在用户指定的关键区域部署5G/WIFI基站，达到信号稳定覆盖效果，智能安全帽通过5G/WIFI网络实时传输作业人员和管理人员的视频、语音数据，进行远程安全管理和技术支持；智能安全帽支持语音和视频数据采集和存储，拾音器、摄像机、通信模块嵌入于安全帽内部结构。

2 作业过程智能安全管控现场应用方案

公伯峡水电站作业过程智能安全管控系统按照业务功能分为智能化的两票管理、工器具及地线管理、操作防误及智能锁控管理、定期作业及交接班管理、无线人员定位管理、智能穿戴及WIFI网络管理、智能人员安全培训管理、与ERP及工业电视接口共八个子系统，四层网络架构——过程层、间隔层、站控层、展示层，实现数据的采集、传输、处理、展示，软硬件结合对作业过程人的不安全行为进行智能化、强制性、全过程、全方位管控。

图1 现场作业管控流程图

2.1 作业管控子系统

（1）工作票及检修管理：功能完善、性能稳定的工作票系统会提高业务处理的准确性和效率，有效地执行工作票制度。工作票流转网络化可以大大提高流转、审核的效率，发现错误后能够及时更正，降低工作人员劳动强度，提高工作票填写的准确率，优化管理工作，提高工作效率。

（2）操作票及防误闭锁：通过对操作票进行电子化管理，与监控视频一体化集成，与三维可视化集成，实现了开票方式多样化、防误管控智能化、操作审批流程化、操作过程规范化、操作结果安全化。

（3）智能工器具管理：通过对所有工器具及应急器材身份的唯一标识及信息登记，实现安全工器具全生命周期的电子化、规范化管理；采用无线传感技术，对工器具入/出库、时间等信息实现完整记录；工器具过检验期或超生命周期，自动提醒；工器具与设备操作相关联，与两票等业务模块信息共享，防止误用工器具造成安全事故。

（4）定期标准化作业：按照设备定期工作的标准，自动生成定期工作的任务和工作内容，并及时提醒责任人，与移动APP相配合，使得电厂定期工作及时、高效地完成。

（5）交接班与日志：交接班管理模块对交接班过程进行规范管理，按交接班管理制定自定义报表格式，通过管控平台相应模块自动获取交接班的数据信息和具体内容，实现交接内容电子化、流程化和规范化。

2.2 人员管控子系统

（1）系统可实时的提供工作区域内人员的数量、位置、分布情况和每个人员任意时刻所在的位置及各时间段活动轨迹的显示，清楚、直观的反映现场工作人员的工作状况，并为生产现场的安全管理工作提供可靠的数据依据。

（2）实现现场工作人员实时位置可视化，进行主动式定位与识别，根据监控管理人员需要，通过可视化图形界面，提供指定位置现场工作人员姓名、职位、权限等扩展信息显示。

（3）可以直接根据人员姓名、工号等信息来查询该人员在某段时间内的历史轨迹，支持同时显示多人历史轨迹。

（4）可以设定重点区域允许停留的人员数量和时间，根据定位系统上传的数据监控区域内人员的数量、权限、停留时间等，当人员超员或停留时间超时系统发出告警信号，避免在特定工作现场人员超员或超时停留可能引发的危险。

（5）智能安全帽作为现场作业的前端设备，从作业人员的视角展示、记录作业过程、记录巡检过程，实现施工现场可视化管理，可将作业实况影像资料保存归档，实现远程监督与远程作业指导。

（6）从后台通过远程呼叫功能随时接入安全帽前端，同步观看当前施工作业现场实况，实现作业可视化。

2.3 移动APP子系统

通过APP软件的应用，可以帮助工作人员方便快捷地办理相关的流程业务，使得流程运作更加有效和协调。

（1）工作票移动审批：按工作票的流程和权限查看和审批工作票。

（2）操作票移动审批：按操作票的流程和权限查看和审批操作票。

（3）移动扫码识别

具有二维码扫描功能，应用于设备台账识别、人员识别（上岗工牌、安全帽）、巡检到位（设备）、设备操作顺序识别（操作票、工作票）等。

（4）信息查询

1）工作票信息：按照管控平台定义的权限（岗位、部门和专业等），查看工作票信息。

2）操作票信息：按照管控平台定义的权限（岗位、部门和专业等）查看操作票信息。

3）管理运行人员可通过权限对生产作业相关的工器具、地线、电子围栏、门禁等信息在线查询。

3 效益总结分析

作业过程安全管控系统为水电企业提供全方位、全过程的安全解决方案，消除生产事故于萌芽，使安全生产由“人防”向“技防”转变、由点向面提升、由静态管理变为动态管理、变事故分析为过程管控、变应急管控为事前预防。不仅能够提高发电经济效益，而且其带来的社会效益、安全效益、生产效益也同样可观。

经济效益：安全生产投入所产生的效益体现在生产过程和发电量上，保证生产的安全、连续、高效、可靠进行。这种投入所带来的效益就是大大缩短检修时间、提高监控效率，降低机组故障率和故障损失，减少作业人员配置和工作强度，从而提高发电量、降低企业生产过程中发生安全生产设备事故和人身伤亡的概率，而提高生产效率、保证作业安全是企业保持可持续发展和生产效益的前提条件。

社会效益：安全生产管控系统将对生产过程中人的不安全行为、设备的不安全状态、环境的不安全因素、管理的漏洞等动态因素实现主动性、预防性、全方位、全过程的集约化、本质安全生产管控，优化管理、落实安全、提高生产效率，为电厂的安全高效生产提供可靠的技术手段，将在保障电厂生产安全和效率方面起到重要作用，建立发电行业“安全生产管理”的标杆企业，具有行业影响力和社会效益。

安全效益：虽然安全产出是间接地反映出来，但其“守住生命的红线，促进安全发展”的效果是客观存在的。一旦发生安全事故，更换设备、事故处理等又会极大影响正常发电，间接造成经济损失。

生产效益：当前公伯峡水电站的工作票、操作票、巡检、交接班等日常工作存在效率低、易出错、审批时间长、统计困难等问题。项目应用数据分析、物联网、互联网、移动APP等技术将使“两票”办理效率提升50%，设备巡检效率提升50%，三维可视化监控使运行值班人员工作效率提升60%。