基于物联网的作业现场安全管控技术研究

吴建军,史胜春

(1.中国石油化工集团公司信息化管理部,北京 1007282.石化盈科信息技术有限责任公司,北京 100728)

作业现场作为直接作业的操作平台，更是炼化企业事故多发的重灾区，据资料统计，发生于作业现场的事故占事故总数量的比率高达90%[1]。探寻作业现场安全事故的原因，是本质安全观念不深入[2]，“三基”工作落实不到位。因此积极探索安全管控方法，加强对作业现场的安全管理显得尤为重要。本文基于物联网强大的射频识别技术、传感技术、网络通信技术和云计算能力[3]，建立作业现场传统安全+物联网安全管控新模式。

1 物联网与作业现场安全管控现状

1.1 物联网概述

物联网[4-5]是为了实现全球信息资源共享的一种互联网思想，如今已经成为继计算机、互联网之后的世界信息产业第三次浪潮。通常将物联网划分为3个层面：①感知层，主要基于射频信号的空间耦合作用、传感器的灵敏度获取员工或设备的行为、状态；②网络层，需要结合互联网技术，按照约定的协议，实现“物”与“网”的连接，完成信息的交换与共享；③应用层，基于感知层和网络层，结合云计算，对数据进行分析与处理，监督、阻止作业现场的不安全行为。

1.2 炼化企业作业现场安全管控现状

分析近年来炼化企业作业现场安全事故，发现其安全管控水平仍相对较低，主要体现在2个方面：①本质安全观念不深入。从管理方面讲本质安全更加强调人的安全意识、规范人的安全行为、提高人的安全技能，重视制度的完善、标准的更新和规程的可操作性[6]，然而目前企业生产中，领导对安全工作的重视程度落后于期望值，员工安全意识依旧相对薄弱，制度的不完善、规程的不合理等问题，成为制约炼化企业作业现场安全管理水平提高的重要因素；②“三基”工作落实不到位。三基工作强调要进行以人为本的基层建设、制度优先的基础工作和应知应会的基本功训练，但是在实际生产中，存在着大量的责任落实不到位、基础工作不细致和基本功训练不扎实的现象，致使安全事故时有发生。

1.3 物联网在作业现场安全管控的应用

将物联网应用于安全管控的各个阶段，可实现对每一个流程的管控：①不安全状态识别。物联网具有可靠的通信网络与可视化识别特点，结合射频设备识别复杂生产网络内设备的不安全状态能力，特别是人的不安全行为实时监督，加强管理效果；②生产过程工艺优化。通过采用物联网技术，可以实现对炼化企业生产线的设备实时监测，数据实时采集，产品设备操作使用实时记录，设备故障远程监控和检测；③环保监测及能源管理。物联网与环保设备的融合，实现了对炼化企业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。

2 基于物联网的作业现场安全管控技术

奶酪模型将安全系统比作层层相扣的一叠奶酪，其中每层奶酪都代表了一道防线，奶酪上的小孔则是潜在的安全隐患。在现有作业过程管控的安全防线上引入物联网，在4个主要业务环节采用传统安全+物联网技术，增加多道自动识别无人监管防线，建立施工作业安全屏障，填补潜在系统漏洞、增强本质安全、落实“三基”工作，在实现将管理制度和要求转化为作业过程不可触碰的红线的同时，实现高效管理、提升工作效率，打造炼化企业作业现场管控新模式。基于物联网的作业现场安全管理架构，见图1。

图1 作业现场安全管理架构

2.1 业务应用层

2.1.1入场关

a)承包商人员培训信息自动视频建档。通过视频信息采集，构建承包商人员信息库，在减少人工工作量的同时保证信息的完整性、准确性、及时性。具体操作如下：①对参加教育培训的承包商人员在集中入场时进行视频人脸识别，采集人员信息，集成企业承包商人员信息库；②结合物联网视频识别技术，建立入场教育培训及考试人员档案库，防止替考现象的发生；③集成公安系统自动识别违法人员，对培训人员的身份信息进行核查，防止不法分子入厂；④当本次培训的承包商人员80%以上为首次培训时，依靠传感器向培训教师进行预警操作，以提升基本功训练效果，提高员工的专业技能。

b)承包商人员入厂监管。通过门禁系统与人脸视频识别集成，对进厂刷卡的承包商人员采用视频监控自动识别人员身份，并进行异常身份报警，实现承包商人员自动监管，降低厂区人员本质安全风险。

c)承包商机具入厂监管。监管人员通过移动终端扫描机具合格证，结合拍照信息，对承包商入厂机具自动进行机证信息合一、合格检验信息审查，严把入场作业机具合格关。

2.1.2作业前审查关

a)工作安全分析(简称JSA)。根据网格化管理模型，通过射频识别、二维码等物联网技术，在厂区内建立装置、设备、仪表等电子工厂模型档案，管理人员通过移动终端扫描作业现场标识点以及机具合格证，识别作业区域环境、机具等风险，通过物联网技术建立的风险分析库和事故案例库，自动匹配并推荐JSA分析内容，保证风险识别评估的全面性、有效性、专业性。结合各专业人员作业前JSA分析内容，自动补充风险库，实现JSA分析安全经验分享，提升作业技能的同时，贯彻本质安全理念。

b)安全交底。属地监护人通过移动终端，扫描承包商人员门禁卡，系统自动审查承包商作业及承包商监护人员的身份信息及特殊工种、入厂教育培训、属地教育培训等资质信息；现场视频全程记录现场安全交底工作，承包商人员通过管理人员手持终端刷卡确认安全交底工作完成，确保安全交底工作切实落实。当现场视频监控到未安全交底人员时，自动进行报警；管理人员开展安全交底工作时，通过扫描施工现场识别点，自动推送事故案例库，警示作业人员，切实做好安全工作。

2.1.3作业过程监护关

a)人员状态监控。通过职工智能穿戴设备、承包商智能门禁卡、智能视频监控、电子作业许可证，实现作业现场全方位、多角度立体联动监控。①建立实现作业现场人员血压/心率体质指标监测，环境气体监测，实时定位监控系统，同时集成大数据服务，实现人员跌倒、高处坠落、长期不活动、超出监护距离等异常情况判断和报警，同时支持人员主动求助报警，确保现场人员人身安全；②实现开始/暂定/停止不同作业状态时，现场出/入场人员情况自动识别，对于非法出/入场及逗留人员，进行报警，确保现场人身安全。

b)环境及装置状态监控。在作业现场周围设置智能固定气体分析监测仪、劳保防护用品、动静设备检测仪等，通过物联网技术，实现自动与周围人员穿戴设备及智能门禁卡智能通讯，当异常情况发生时，将报警信息同时传回中控室、外操室，并主动向现场周围人员报警，保证现场人身安全。

c)智能视频巡检监控。通过智能穿戴设备/智能门禁卡+电子作业许可证+智能视频的物联集成，实现电子眼自动锁定作业施工区域，全程自动监控报警。

2.1.4离场验收关

a)作业验收。当作业结束后，通过移动终端扫描施工现场标识点，通过与风险库信息的检索和匹配，自动推送验收措施清单，确保现场作业安全验收，不留余火、盲板等隐患。

b)机具离场。监管人员通过移动终端扫描机具合格证，并拍照记录，更新承包商机具完工状态，确认机具离场时的状态信息，确保现场不留安全隐患。

c)人员离场。当作业结束后，电子作业许可状态更新为完工验收，通过智能穿戴设备及现场视频监控，自动对现场人员离场情况进行跟踪确认。

2.2 技术服务层

a)人员异常监控服务。通过人员监管业务模型+人员感知分析，识别作业现场员工及承包商人员异常情况，为人员业务应用服务提供技术支撑。

b)人与设备智联服务。实现人员感知、设备/机具感知、环境感知的互联互通，为数据自动化采集，系统协同优化，人员科学决策，提供技术支撑。

c)定位计算服务。基于定位基站及电子标签，实现人、物的定位服务。

d)智能视频识别服务。将视频信息转化为结构化信息，并实现人员、车辆等行为和状态，以及环境的异常识别。

e)环境异常监控服务。将现场各种环境监测设备的采集信息，转化为统一标准数据，支撑业务应用。

2.3 感知层

a)人员感知。智能手环、智能安全帽、人员一卡通、智能视频、定位基站等。

b)设备/机具感知。装置/设备电子标签、机具二维码、定位基站、防爆终端等。

c)环境感知。智能安全帽、气体检测仪、智能视频、防爆终端等。

3 实例应用

以中国石化某炼化分公司为例，进行传统安全+物联网技术模式有效性验证。该公司集原油和乙烯生产仓储为一体，形成了“大炼油、大乙烯、大码头、大仓储”的产业格局，代表了中国炼油化工行业先进的生产能力。在其炼油部、港储部，试用建立了电子作业许可管理系统，提高用火作业许可的办理效率，完善风险管理制度，排除风险隐患，实现多人全域协同电子作业许可管理，提升工作效率。

4 结语

a)本文针对当前炼化企业作业过程事故频发、本质安全理念不深入、三基工作落实不到位的问题，提出了基于物联网的作业现场安全管控技术方案。

b)在现有作业现场安全管控的基础上，分别在入场关、作业前审查关、作业过程监护关和离场验收关这4个主要业务环节，增加多道自动识别无人监管防线，搭建电子作业许可管理平台，建立了作业现场管控新模式。

c)经过现场应用，表明该技术不仅可落实安全责任、实时监控风险，更可通过提升培训质量的方法促进员工安全意识提升，实现可持续发展。