基于人機(jī)交互的施工飛地 RFID 智能圍欄人員監(jiān)控

引 言

為解決高效用地與分階段開發(fā)之間的矛盾，在后期擴(kuò)建過程中形成了邊施工邊生產(chǎn)的“廠中（施工）場(chǎng)”建設(shè)模式， 即在已建成投產(chǎn)的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，存在獨(dú)立施工區(qū)域（施工飛地）。該模式應(yīng)重點(diǎn)考慮合理的分階段規(guī)劃布局，一方面， 要求飛地施工過程避免為周圍生產(chǎn)環(huán)境帶來(lái)諸如施工震動(dòng)或沉降位移等負(fù)面影響 ；另一方面，盡量減少生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及施工建設(shè)過程中的人機(jī)材運(yùn)輸沖突。其中，由于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及安全消防的要求，施工飛地區(qū)域通行道路無(wú)法全封閉，導(dǎo)致施工飛地作業(yè)人員不可避免需穿越生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)區(qū)域，因此存在人員管理重大安全隱患。若作業(yè)人員誤入生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)域，則不利于人身安全及安全保密，因此應(yīng)合理設(shè)計(jì)施工作業(yè)人員通行路線，并采取有效監(jiān)控措施。

Motowidlo（1994）認(rèn)為個(gè)體行為具有較強(qiáng)的波動(dòng)性，人員安全行為難以完全受到安全規(guī)章操作等制度的絕對(duì)約束， 因此需采取多種監(jiān)控管理手段 [1]。傳統(tǒng)施工飛地通過安排專員在班前按既定路線帶隊(duì)進(jìn)入施工飛地，并在作業(yè)期間時(shí)刻監(jiān)督人員進(jìn)出施工飛地情況。由于作業(yè)人員進(jìn)出頻繁，傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下。隨著我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人超市與人臉識(shí)別等領(lǐng)域開始利用智能制 造技術(shù)彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的缺陷。S.Chae等（2010）利用無(wú)線射頻 RFID技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)安全距離，預(yù)防碰撞事故 [2] ； 英國(guó) Ekahau公司在地下礦井隧道施工中采用實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)RTLS進(jìn)行人員緊急事故預(yù)防及救援 ；加拿大魁公司利用 RFID 技術(shù)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)貴重機(jī)具，以防盜竊遺失 ；芬蘭 ELKU公司利用 RFID技術(shù)建立門禁系統(tǒng)，以授權(quán)施工作業(yè)人員進(jìn)出 [3-4]。本文針對(duì)在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)區(qū)域內(nèi)存在施工飛地區(qū)域的特殊環(huán)境， 為避免傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式缺陷，結(jié)合 RFID技術(shù)筑起一道智能監(jiān)控圍欄，建立了基于人機(jī)交互的施工飛地人員監(jiān)控方式， 以加強(qiáng)施工飛地人員安全管控的可靠性。

1 研究理論

1.1 施工飛地作業(yè)危險(xiǎn)源辨識(shí)

在施工安全管理領(lǐng)域，無(wú)論人員還是設(shè)備都無(wú)法做到本質(zhì)安全，筆者通過實(shí)踐觀察法分別從人員不安全行為與設(shè)備不穩(wěn)定情況兩個(gè)角度歸納危險(xiǎn)源，見表 1 所列，提出了人機(jī)交互且可互相彌補(bǔ)的 RFID 智能圍欄人員監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 人機(jī)交互可靠性理論 [5]

在生產(chǎn)企業(yè)中，可靠性是指成品或系統(tǒng)在計(jì)劃規(guī)定的條件和時(shí)間范圍內(nèi)，保證功能與價(jià)值的實(shí)現(xiàn)水平。在施工現(xiàn)場(chǎng)， 可靠性指根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)合理分配作業(yè)人員、施工機(jī)械、工程設(shè)備及材料等，確保施工過程的整體連續(xù)性及安全可靠性，因此本文將可靠性應(yīng)用于評(píng)價(jià)施工飛地作業(yè)人員的人機(jī)交互監(jiān)控水平。在上世紀(jì) 30 年代，學(xué)者們就已利用概率理論、分析影響因素、建立評(píng)價(jià)模型指標(biāo)等方法研究可靠性，其中基于物理原理的串聯(lián)模型與并聯(lián)模型能夠有效評(píng)價(jià)基于人員不安全行為與設(shè)備不穩(wěn)定情況的施工飛地作業(yè)危險(xiǎn)源可靠性水平。

1.2.1 人機(jī)交互并聯(lián)模型

基于施工飛地作業(yè)危險(xiǎn)源辨識(shí)，主要采用兩種方式實(shí)施作業(yè)人員監(jiān)控，一方面，傳統(tǒng)人為監(jiān)控的可靠性會(huì)受到人員不安全行為的影響 ；另一方面，RFID 設(shè)備監(jiān)控的可靠性受設(shè)備不穩(wěn)定情況的影響。并聯(lián)模型認(rèn)為只有當(dāng)人機(jī)管控同時(shí)處于失效狀態(tài)時(shí)，可靠性水平才失效。

假設(shè) ：傳統(tǒng)人為監(jiān)控與 RFID 設(shè)備監(jiān)控在一定時(shí)間下的可靠性分別為 P 人（t）與 P 機(jī)（t）， 可靠性失效的概率分別為 R 人（t）與 R 機(jī)（t）。單一傳統(tǒng)人為監(jiān)控可能引起的事故與風(fēng)險(xiǎn)概率為 R 人（t）=1-P 人（t）；單一 RFID 設(shè)備監(jiān)控可能引起的事故與風(fēng)險(xiǎn)概率為 R 機(jī)（t）=1-P 機(jī)（t）； 在一定時(shí)間范圍內(nèi)， 人機(jī)交互可靠性失效風(fēng)險(xiǎn)的總概率為 R 總（t）=R 人（t）×R 機(jī)（t）=[1-P 人（t）]×[1-P 機(jī)（t）] ；總體可靠性水平為 P 總（t）=1-R 總（t）=1-[1-P人（t）]×[1-P 機(jī)（t）]。

假設(shè)單一傳統(tǒng)人為監(jiān)控與 RFID 設(shè)備監(jiān)控的可靠性均為90%，則通過人機(jī)交互的并聯(lián)模型可將單一監(jiān)控狀態(tài)的可靠性從 90% 提升至人機(jī)交互的 99%。

1.2.2 作業(yè)流程串聯(lián)模型

施工飛地 RFID 智能圍欄人員監(jiān)控需經(jīng)歷進(jìn)場(chǎng)教育培訓(xùn)、開發(fā)通道定位及飛地區(qū)域監(jiān)控等 3 個(gè)作業(yè)流程，要求整體達(dá)到連續(xù)可靠的水平。串聯(lián)模型認(rèn)為作業(yè)流程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)處于失效狀態(tài)則可靠性水平失效。

定義 ：施工飛地作業(yè)人員需經(jīng)過 n 道工序，每道工序的可靠性分別為 ：P1，P2，…，Pn，總體可靠性為 P 總，那么

假設(shè) ：施工飛地作業(yè)人員需經(jīng)歷 3 個(gè)過程，平均每一過程的可靠性水平 P=90%， 則 P 總 =P1×P2×P3=72.9%。人員監(jiān)控只有在每一個(gè)環(huán)節(jié)下保證人與機(jī)均達(dá)到一定的可靠性水平，才能使整個(gè)系統(tǒng)處于接近 100% 安全穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。

2 研究應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目背景

某工業(yè)項(xiàng)目劃分為兩期建設(shè)，施工總平面布置如圖 1 所示。在全廠圍墻紅線內(nèi)，西側(cè)為一期工程已建生產(chǎn)區(qū)域，東側(cè)為二期工程擬在建主要施工區(qū)域 ；二期工程擴(kuò)建施工區(qū)域內(nèi)有施工飛地 A（循環(huán)水站）與施工飛地 B（罐區(qū)）；在二期工程?hào)|南角設(shè)置主要進(jìn)出施工大門禁，并在主要施工區(qū)域、施工飛地 A 及施工飛地 B 設(shè)置 3 個(gè)小門禁 ；根據(jù)生產(chǎn)裝置區(qū)域規(guī)定，作業(yè)人員從二期主要區(qū)域小門禁走出后，須按規(guī)定依照箭頭路線途徑生產(chǎn)開發(fā)區(qū)域，進(jìn)入施工飛地 A 及施工飛地 B 兩個(gè)小門禁。若工人離開工地也必須按此線路返回。

圖 1 某工業(yè)項(xiàng)目施工總平面布置

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

為防止施工飛地作業(yè)人員離開二期工程在建施工主要區(qū)域，在開放生產(chǎn)區(qū)域防止未按規(guī)定路線行走至施工飛地區(qū)域， 及隨意離開施工飛地區(qū)域，文中將基于人機(jī)交互的施工飛地RFID 智能圍欄人員監(jiān)控劃分為進(jìn)場(chǎng)登記教育、開發(fā)通道定位、飛地區(qū)域監(jiān)控環(huán)節(jié)，監(jiān)控對(duì)象與實(shí)現(xiàn)功能見表 2 所列。

2.3 應(yīng)用結(jié)果

為了驗(yàn)證基于人機(jī)交互施工飛地 RFID智能圍欄人員監(jiān)控可靠性的提高效果，在采用該監(jiān)控系統(tǒng)前，采用人工觀察法對(duì)傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的可靠性進(jìn)行評(píng)估，即在為期一周的時(shí)間內(nèi)對(duì)進(jìn)出施工飛地發(fā)生的類似報(bào)警事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明 ：累計(jì)觀察人員行為 800次，實(shí)際發(fā)生類似報(bào)警事件 100次，包括查出人員冒用安全帽 20次、開放通道區(qū)域逗留時(shí)間過長(zhǎng) 20次、開放通道區(qū)域內(nèi)不按規(guī)定路線行走 30次，誤闖未授權(quán)區(qū)域 20次及管理人員未察覺報(bào)警事件10 次，與人員不安全行為的危險(xiǎn)源辨識(shí)類型基本一致，因此傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的風(fēng)險(xiǎn)為 12.5%=（100/800）×100%， 可靠性為 87.5%=1-12.5%。當(dāng)采用基于 RFID 設(shè)備人機(jī)交互 RFID 智能圍欄進(jìn)行人員監(jiān)控后，各報(bào)警發(fā)生率統(tǒng)計(jì)情況及可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果見表 3 所列，整體可靠性從人工監(jiān)控的 87.5% 提升至人機(jī)交互的 98.6%，說(shuō)明基于人機(jī)交互的施工飛地 RIFD 智能圍欄人員監(jiān)控系統(tǒng)能夠大幅提升安全可靠性。

3 結(jié) 語(yǔ)

為解決工業(yè)項(xiàng)目分期分階段實(shí)施存在的矛盾，克服生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)區(qū)域內(nèi)存在施工飛地區(qū)域的特殊環(huán)境下傳統(tǒng)人工監(jiān)控管理方式的缺陷，本文結(jié)合可靠性評(píng)估的并聯(lián)模型與串聯(lián)模型原理，引入 RFID 技術(shù)建立了一套基于人機(jī)交互的施工飛地人員監(jiān)控系統(tǒng)。以某分期建設(shè)的工業(yè)項(xiàng)目施工作為案例，研究結(jié)果表明 ：人員監(jiān)控可靠性水平從人工監(jiān)控的 87.5% 提升至人機(jī)交互監(jiān)控的 98.6%，能夠從本質(zhì)上提升施工飛地人員安全管理水平。未來(lái)將在 3 個(gè)方面展開研究 ：從更多角度分析人員不安全行為及設(shè)備不穩(wěn)定因素情況，在多樣的環(huán)境下擴(kuò)展應(yīng)用該套人機(jī)交互人員監(jiān)控系統(tǒng) ；將分期建設(shè)的人員施工飛地管理思路應(yīng)用于生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的日常維修管理，并推至全廠生產(chǎn)區(qū)域使用 ；將人機(jī)交互衍生至人工智能，從而推進(jìn)工程建設(shè)領(lǐng)域安全智能制造水平。