李杰

(海洋石油工程(青岛)有限公司,山东 青岛 266520)

新世纪以来,我国海洋工程快速发展,海洋工程大多依托导管架进行采油工作。导管架建造过程中存在大量有限空间,安全风险较高,管理难度较大,推动物联网、大数据、云计算、人工智能(AI)、5G 等新 一代信息技术与导管架建造工程中的安全风险管控深度融合,充分利用人工智能,推行建造安全管理智能化,能够降低导管架建造过程中的安全管理难度,还能有效减少人力资源成本,具有重要意义。

1 安全管理智能化需求分析

1.1 无线网络基础服务

为施工现场搭建无线网络,提供可靠的网络服务,以满足监控等涉及网络需求设备联网,同时在网络搭建中部署12 V低压电源,为现场的一些低压设备提供供电服务。网络建设应根据现场施工进度进行修改,原则上网络的建设不能阻碍生产,采用有线+无线的网络形式,纯无线的网络建设也可以接受,但网络的带宽能够支撑施工现场的无线网络需求。主干有线网络带宽不低于千兆级别,通过6类屏蔽线进行部署。现场应考虑防水功能,配置接线箱,并提供12 V电源输出,为监控等提供12 V低压直流电。WIFI设备单点接入设备不低于20台,网速≥100 M,具备户外使用要求。现场非防水设备采用接线箱进行放置,并固定牢固和防水。网络安全可控,原则上网络信号都汇总到现场集装箱内。通过AC控制器、路由器及交换机完成有线网络的搭设。无线网络可自由组合,控制相互干扰问题。

1.2 人员定位服务

项目所需的硬件设备及软件必须运行可靠和兼容性好,能够在终端电脑设备运行,需根据甲方的时间情况制定可行的设计和安装方案。投标人参与本项目投标的定位系统若非自己生产,应取得相关产品授权资格,软件系统涉及的法律问题及授权由乙方负责。关于现场部署问题,使用电子围栏技术,需满足现场的服务需求。

人员定位管理系统硬件包括但不限于工控主机、打印机、身份阅读器、定位卡、信标点、基站、UPS等设备,原则上员工可通过定位卡实现门禁和人员定位功能,最终实现如下效果:人员进出通过电子围栏进入项目场地,一旦进入后系统将对人员进行位置定位和追踪,系统后台实时显示现场的人员数量,通过定位系统界面可以看到3D效果的人员分布情况和指定人员历史和现在位置查询,当需要帮助时可通过定位卡实现一键呼叫功能;对于有限空间等高风险区域,可实现禁区管理,只有授权人员才可进入,当无权人员进入后后台将报警;在电梯/高风险平台/通道等处安装信标点,可以后台跟踪人员分布情况。

1)电子围栏系统要求在网络/电源中断时也可正常运行,记录人员数据;当联网后后台数据自动同步,更新数据。

2)系统终端可以显示各单位的人员数量、工作时间、滞留报警等数据,支持历史数据的查询和导出功能。

3)人员定位系统采用无线网络技术,支持人员的位置查询、一键报警、轨迹追踪等功能,系统运行能力不低于定位卡数量。

4)定位系统采用信标点—定位卡—基站的部署方案,其中信标点要求体积小,无需外部电源,安装方便,工作时间≥6个月。

5)在施工现场,系统方案要确保定位数据在后台记录的完整性,不得出现丢失情况,例如无信标点覆盖区域。

6)支持禁区管理和报警功能,授权人员进入监控,可实现人员超数报警等功能。

7)支持设备管理,对于设备存在故障、离线或者低电量时可提供警报支持。

8)人员位置信息可3D图像进行显示,由乙方负责地图的构建和导入。供应商负责提供系统运行所需要的服务器等设施。

1.3 监控与应急管理系统

1.3.1 监控服务

1)优先考虑无线监控方案,内置存储128 G;

2)无线监控可顺利通过网络接入后台系统;

3)监控设备具备防水功能,12 V电源供电或者POE供电;

4)后台软件可对视频监控进行画面切换、控制、视频导出、回放等操作;

5)原则上施工现场全覆盖,重点区域必须覆盖;

6)监控系统接入到人员定位系统界面中,实现视频联动查看、通信异常报警等。

1.3.2 有限空间作业监控+测氧测爆服务

1)产品采用防爆设计并取得相关证书;

2)产品采用电池供电模式,电池工作时间≥8 h;

3)无线视频传输,支持可燃+氧气+有毒气探测报警功能;

4)通过4G网络或WIFI网络连接到后台系统,后台系统接入人员定位系统界面中;

5)后台系统可远程进行管理和查看。

2 安全管理智能化的实施

2.1 无线网络基础服务

1)无线全覆盖,随时随地畅游网络,采用TP-LINK AC-AP无线解决方案,实现无线全覆盖。 无缝漫游,无线网络区域内用户移动时,可以快速切换关联到最合适的AP下,实时办公、娱乐不掉线。

2)统一配置,集中管理:TP-LINK AC(无线控制器)可以自动发现所有接入网络中的TP-LINK AP,实现AP零配置接入;所有配置均由AC下发至AP。既可批量编辑,也可具体设置某个AP的信道、发射功率、限制客户端数量、LED灯状态等内容;同时还可管理不同802.1Q VLAN下的AP。

3)数据隔离,保障网络安全:所有交换机支持端口隔离,只能与上联接口通信。TP-LINK无线AP均支持多SSID,不同人员接入不同的无线网络。支持SSID间隔离,AP内部隔离,支持SSID与VLAN绑定,全力保障网络安全。

4)网络、设备维护简单:AP零配置、即插即用,通过AC统一升级所有AP的软件,极大降低网络维护工作量。AP内置独立硬件保护电路,发生故障时会自动重启,降低维护难度。

2.1.1 机柜(机箱)的安装部署

1)设备安装位置应符合工程设计平面图以及现场实际情况的要求;

2)机柜前后留有足够的空间便于设备的安装、布线以及后期的调试和维护;

3)壁挂式机柜安装时底部距地面距离宜在1.2～1.5 m之间;

4)机柜安装方式应不损坏导管架钢结构性能,不能对钢结构进行破坏。

2.1.2 室外AP的安装部署

1)安装AP之前,准确记录AP的MAC地址或其他有效编号;

2)AP的安装位置便于网线、电源线、馈线的布线,便于维护和更换;AP的安装位置距离地面的高度不应小于1.5 m;

3)在安装AP设备时,要考虑以太网交换机跟AP之间的距离限制,AP跟以太网交换机距离不能超过100 m;

4)使用自带天线的AP,需要注意天线位置和天线方向性等,AP周围2 m内不得有大的金属体阻挡。

2.1.3 电源的安装部署

1)AP设备的供电可以采用网线POE供电和交流电源供电两种方式,一般采用POE供电;

2)POE交换机及AP室外安装时,应做好防雨防潮措施,防止设备进水受潮导致损坏。

2.2 人员定位服务

定位系统根据项目需要分为打卡定位(见图1)、粗定位和精准定位(见图2)三个方面,定位信息将通过有线、无线网络传送到管理平台,显示在看板或者PC电脑3D界面上。系统设计:在施工平台布设采集器通信基站,通过网络接入存储中心服务器平台,实现全场人员实时定位。场地作业人员智能定位终端,通过自有融合算法+蓝牙定位,结合场地电子地图,实现人员无感定位。

图1 读卡器布置图

图2 粗定位和精准定位

1)打卡定位主要通过智能终端设备读写采集器读卡器,通过NFC读卡检测智能终端ID号,实时将智能卡的出入读卡点的数据发送到后台进行精准采集统计,主要适用于出入受限空间、关键打卡点以及关键区域。

2)粗定位主要适用于施工栅栏通道、走廊的定位,智能终端经过采集器信号“弱——强——弱”监测区域,采集器将检测识别到终端ID号按照一定的频率发送到平台,显示在工地看板或者PC管理界面上,误差保持在米级程度。

2.2.1 定位基站的安装部署

定位基站设备的供电采用内部电池+外部电源供电模式进行工作,在定位基站持续工作的情况下,内部电池工作时长大于7 d,外加24 V外部电源供电的情况下能够减少设备的维护工作;定位基站安装方式:根据现场实际情况,采用磁吸+抱箍的安装方式。

2.2.2 采集器的安装部署

采集器设备的供电采用内部电池供电模式进行工作,在采集器持续工作的情况下,内部电池工作时长大于6个月;采集器安装方式:根据现场实际情况,采用磁吸+抱箍的安装方式。

2.2.3 定位卡的安装部署

定位卡设备的供电采用内部电池供电模式进行工作,在定位卡持续工作的情况下,内部电池工作时长大于6个月;定位卡安装方式:管理人员对定位卡进行录入信息并授权,现场作业人员携带定位卡进入施工现场,部署在施工现场的采集器采集到定位卡信息并将信息通过基站上传到后台,后台通过服务器进行解析后展示到平台。

2.3 监控与应急管理服务

在无网、无电的有限空间里,定位基站、定位终端均采用电池供电的模式,且二者通过自组网的模式,以SUB-1G频率将信号传输到室外的通信基站,能有效减少钢结构设备对信号的屏蔽,保证信号能通过基站传送到后台。在受限空间出入口安装采集基站及NFC读卡器,作业人员携带定位终端进入受限空间作业时,经过受限空间入口处进行打卡,信号通过WIFI传输到后台,后台管理平台可以显示进入受限空间作业人员信息、进入时间等。

作业人员通过刷卡进入有限空间后去往施工现场,部署在受限空间内的采集器监测到智能终端信息,确认该作业人员已进入受限空间,并与门口NFC刷卡器作业人员进入信息进行匹对,如出现信息不匹对,则表示作业人员进入受限空间前未完成NFC刷卡工作,后台系统会将此情况视为违规作业,发出警告提醒现场管理人员注意,打卡定位效果图见图3。

图3 打卡定位效果图

作业人员在受限空间作业时,人员定位终端、视频监控及气体采集设备全程监控作业人员的作业情况和空气环境指标,并将数据通过SUB-1G技术传送到后台。现场作业完成后,作业人员携带作业工具及相关设备离开作业区域,受限空间内定位采集基站会采集到作业人员坐标变化情况,同时将数据同步传送到后台。作业人员走出受限空间,在出入口的NFC读卡器进行刷卡后离开受限空间。

2.3.1 摄像头的安装

1) 确定摄像头的安装位置,包括通道处、走廊、有限空间入口区域;

2) 摄像头采用抱箍安装方式进行安装固定,而不采用常规的螺丝固定的方式进行安装,有效避免了对导管架的损坏;

3)摄像头采用有线+无线的方式进行安装连接,采用有线方式进行安装的,供电线缆及网络线缆必须采用线管进行保护;

4)同一区域内的摄像头线缆及网线汇聚接入到就近的接线箱内,接线箱内安装空气开关、12 V电源、交换机等设备;

5)导管架上的接入交换机通过网络线缆接入到集装箱内的核心交换机上,并通过部署在集装箱内的工作电脑及显示器进行展现。

2.3.2 有限空间设备的安装

1) 有限空间设备采用可移动的摄像头和气体监测报警装置,工人作业时放入现场,记录过程和监测作业环境危害气体变化,当出现异常时发出报警,作业状况通过网络发送到后台,通过后台可监控现场的施工状态,实现对进出人员和作业过程环境的双监控;

2)气体监测报警装置部署在不影响施工作业人员工作的附近,可以有效实时监测工作区域的环境,可移动的摄像头部署在稍远的区域,将施工人员的工作状态及气体监测报警装置同时进行监控。

3 总结

1)POE供电距离严格不能超过100 m,如果网线质量或距离过远问题导致不能正常供电建议用POE供电模块中继。

2)有线接入设备如果距离接入交换机距离超过100 m建议使用光纤接发器。

3)安装AP前一定统计记录好每一个位置的AP的MAC地址,安装完成后在AC里面进行备注,并将相邻AP的信道按1/6/11隔开。