基于人機交互的施工飛地 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，在后期擴建過程中形成了邊施工邊生產的“廠中（施工）場”建設模式， 即在已建成投產的生產區(qū)域內，存在獨立施工區(qū)域（施工飛地）。該模式應重點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環(huán)境帶來諸如施工震動或沉降位移等負面影響 ；另一方面，盡量減少生產運營及施工建設過程中的人機材運輸沖突。其中，由于生產運營及安全消防的要求，施工飛地區(qū)域通行道路無法全封閉，導致施工飛地作業(yè)人員不可避免需穿越生產運營區(qū)域，因此存在人員管理重大安全隱患。若作業(yè)人員誤入生產運行區(qū)域，則不利于人身安全及安全保密，因此應合理設計施工作業(yè)人員通行路線，并采取有效監(jiān)控措施。

Motowidlo（1994）認為個體行為具有較強的波動性，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進入施工飛地，并在作業(yè)期間時刻監(jiān)督人員進出施工飛地情況。由于作業(yè)人員進出頻繁，傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式費時費力且效率低下。隨著我國互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián) 網(wǎng)技術的發(fā)展，無人超市與人臉識別等領域開始利用智能制 造技術彌補傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的缺陷。S.Chae等（2010）利用無線射頻 RFID技術動態(tài)監(jiān)測安全距離，預防碰撞事故 [2] ； 英國 Ekahau公司在地下礦井隧道施工中采用實時定位系統(tǒng)RTLS進行人員緊急事故預防及救援 ；加拿大魁公司利用 RFID 技術監(jiān)控、統(tǒng)計貴重機具，以防盜竊遺失 ；芬蘭 ELKU公司利用 RFID技術建立門禁系統(tǒng)，以授權施工作業(yè)人員進出 [3-4]。本文針對在生產運營區(qū)域內存在施工飛地區(qū)域的特殊環(huán)境， 為避免傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式缺陷，結合 RFID技術筑起一道智能監(jiān)控圍欄，建立了基于人機交互的施工飛地人員監(jiān)控方式， 以加強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)危險源辨識

在施工安全管理領域，無論人員還是設備都無法做到本質安全，筆者通過實踐觀察法分別從人員不安全行為與設備不穩(wěn)定情況兩個角度歸納危險源，見表 1 所列，提出了人機交互且可互相彌補的 RFID 智能圍欄人員監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 人機交互可靠性理論 [5]

在生產企業(yè)中，可靠性是指成品或系統(tǒng)在計劃規(guī)定的條件和時間范圍內，保證功能與價值的實現(xiàn)水平。在施工現(xiàn)場， 可靠性指根據(jù)施工組織設計合理分配作業(yè)人員、施工機械、工程設備及材料等，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用于評價施工飛地作業(yè)人員的人機交互監(jiān)控水平。在上世紀 30 年代，學者們就已利用概率理論、分析影響因素、建立評價模型指標等方法研究可靠性，其中基于物理原理的串聯(lián)模型與并聯(lián)模型能夠有效評價基于人員不安全行為與設備不穩(wěn)定情況的施工飛地作業(yè)危險源可靠性水平。

1.2.1 人機交互并聯(lián)模型

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

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

假設單一傳統(tǒng)人為監(jiān)控與 RFID 設備監(jiān)控的可靠性均為90%，則通過人機交互的并聯(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)控需經歷進場教育培訓、開發(fā)通道定位及飛地區(qū)域監(jiān)控等 3 個作業(yè)流程，要求整體達到連續(xù)可靠的水平。串聯(lián)模型認為作業(yè)流程中任何一個環(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 ：施工飛地作業(yè)人員需經歷 3 個過程，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)控只有在每一個環(huán)節(jié)下保證人與機均達到一定的可靠性水平，才能使整個系統(tǒng)處于接近 100% 安全穩(wěn)定運行的狀態(tài)。

2 研究應用

2.1 項目背景

某工業(yè)項目劃分為兩期建設，施工總平面布置如圖 1 所示。在全廠圍墻紅線內，西側為一期工程已建生產區(qū)域，東側為二期工程擬在建主要施工區(qū)域 ；二期工程擴建施工區(qū)域內有施工飛地 A（循環(huán)水站）與施工飛地 B（罐區(qū)）；在二期工程東南角設置主要進出施工大門禁，并在主要施工區(qū)域、施工飛地 A 及施工飛地 B 設置 3 個小門禁 ；根據(jù)生產裝置區(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開發(fā)區(qū)域，進入施工飛地 A 及施工飛地 B 兩個小門禁。若工人離開工地也必須按此線路返回。

圖 1 某工業(yè)項目施工總平面布置

2.2 功能實現(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，文中將基于人機交互的施工飛地RFID 智能圍欄人員監(jiān)控劃分為進場登記教育、開發(fā)通道定位、飛地區(qū)域監(jiān)控環(huán)節(jié)，監(jiān)控對象與實現(xiàn)功能見表 2 所列。

2.3 應用結果

為了驗證基于人機交互施工飛地 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，采用人工觀察法對傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的可靠性進行評估，即在為期一周的時間內對進出施工飛地發(fā)生的類似報警事件進行統(tǒng)計，結果表明 ：累計觀察人員行為 800次，實際發(fā)生類似報警事件 100次，包括查出人員冒用安全帽 20次、開放通道區(qū)域逗留時間過長 20次、開放通道區(qū)域內不按規(guī)定路線行走 30次，誤闖未授權區(qū)域 20次及管理人員未察覺報警事件10 次，與人員不安全行為的危險源辨識類型基本一致，因此傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的風險為 12.5%=（100/800）×100%， 可靠性為 87.5%=1-12.5%。當采用基于 RFID 設備人機交互 RFID 智能圍欄進行人員監(jiān)控后，各報警發(fā)生率統(tǒng)計情況及可靠性評價結果見表 3 所列，整體可靠性從人工監(jiān)控的 87.5% 提升至人機交互的 98.6%，說明基于人機交互的施工飛地 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 語

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