根据BIM和定位技术的工人不安全行为预警系统研究x0002.docx
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根据BIM和定位技术的工人不安全行为预警系统研究x0002
(文中标红内容为对应部分的要求,请按要求仔细规范论文,每篇论文篇幅不能超过6页)
集成BIM和PT技术的工人不安全行为预警系统研究
(论文题目一般不超过20个字)
王小明副教授,刘向强,张美丽
(作者至多6位,有中级及以上职称的作者须标注职称)
(清华大学建设管理系,北京100084)
(一位作者至多标注3个单位,顺序为一级单位、二级单位,所在省(自治区/直辖市)、市和邮编,各部分之间的标点请参考正文内容)
收稿日期:
2018-10-10;修稿日期:
2018-12-15
学科分类与代码:
6206010(安全管理工程)中图分类号:
X948文献标志码:
A
(按我刊要求,学科分类与代码在620****里选;中图分类号在X9**中选)
基金项目:
国家自然科学基金资助(51208282)。
(基金和资助项目最多4项)
【摘要】为了预防施工安全事故,利用建筑信息模型(BIM)和定位技术(PT),研究工人不安全行为的预警机制。
通过对施工现场工人不安全行为的统计分析,探讨工人不安全行为的分类,包括接近危险源、安全用品使用不当、违章操作,分析安全事故预警的信息需求,如工人及机械设备位置信息、工人属性及装备信息、工人及机械设备动作信息等,进而构建集成BIM和PT技术的工人不安全行为预警系统框架,划分现场不安全区域、工人属性和预警级别,分析系统功能。
研究表明:
该系统可通过对工人位置信息和行为信息的获取、处理和反馈,实现现场事故的预防(如坠落、碰撞等),从而提高施工现场安全管理水平。
(摘要是对论文内容不加注释和评论的简短陈述,独立成章;目的是让读者尽快了解主要内容,补充题目的不足,同时便于文献检索。
摘要中应含有研究的目的、方法、结果和具体的结论,结论应写客观研究成果,不宜自评,总字数260字为宜)
【关键词】施工;不安全行为;事故预防;建筑信息模型(BIM);定位技术(PT)
(请选择能反映论文主要内容或研究方法的词作为关键词,数量为5~8个,关键词用分号隔开)
ABIM-PT-integratedwarningsystemforon-siteworkers’unsafebehavior
(除首单词首字母,其余都小写)
WANGXiaoming,LIUXiangqiang,ZHANGMeili
(作者英文翻译中,姓字母全大写,名只是首字母字母大写,作者之间没有标点)
(DepartmentofConstructionManagement,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)
(顺序为二级单位、一级单位、市、省、邮编、国家,各部分标点请参考模版)
Abstract:
Inordertopreventconstructionaccidentsonsite,thewarningmechanismforon-siteworkers’unsafebehaviorwasstudiedbyintegratingBIMandPT.Theunsafebehaviorofworkersonsitewasanalyzedandclassified,includingapproachingdangerousareas,misusingpersonalprotectiveequipmentandviolatingoperatingregulations.,andthedemandofinformationforaccidentwarningalsoanalyzed,e.g.location,propertiesandactions.Furthermore,theframeworkofaBIM-PT-integratedwarningsystemwasdevelopedanditsinitialsettings(e.g.unsafeareas,workers'properties,warninglevels)andfunctionsalsopresented.Withtheinformationofworkers’locationandactions,thiswarningsystemcanidentifyworkers'unsafestatus(e.g.fallingfromheight,collision,etc.),automaticallysendwarningmessagestorelevantworkersandmanagers,andthereforeimprovethelevelofsafetymanagementonsite.
(英文摘要应尽量与中文相对应(不必完全一致),应包括论文研究目的、方法、结果和具体的结论,可比中文摘要详细。
英文的语言请着重润色,注意基本要求:
第三人称、被动语态。
)
Keywords:
construction;unsafebehavior;accidentprevention;buildinginformationmodeling(BIM);
positioningtechnology(PT)
1引言
(全文叙述时尽量避免用“对什么进行什么”的句式。
论文的第1部分为引言,以“0”开始。
注意理清引言思路,按逻辑顺序一环一环展开。
先介绍为什么要研究论文这个选题;现阶段现状如何,有哪些代表性的成果,存在什么不足,进而突出论文的创新;简要介绍论文将用什么方法具体研究什么问题,预期取得怎么样的成果。
)
建筑施工现场环境复杂多变,一方面生产要素密集,涉及大量的工人、机械设备、物料等;另一方面露天作业、高空作业多,作业人员流动性大,且多数为手工操作,同时大型机械设备的作业也较为集中。
这些特点决定了建筑施工现场不可预测因素较多,也是建筑业高事故率且难以控制的主要原因[1-3]。
因此,研究并建立安全事故预防机制,提高施工现场安全管理水平、降低事故率,对建筑业的健康发展具有重要意义(研究意义)。
建筑施工安全事故中由于高处坠落、物体打击、机械伤害和触电导致的伤亡事故多年来一直居高不下,被称为四大伤害。
这些安全事故的发生离不开人-机-环这3个方面,即人的不安全行为、物的不安全状态和不安全环境[4]。
其中,人作为生产活动的主体,是安全事故的主要激发因素,由于人的不安全行为导致的安全事故也占安全事故总数的大多数。
因此,安全事故的预防应重点针对人的不安全行为进行预测和控制。
一般工程建设项目配备安全管理人员进行现场监督与管理,但由于施工现场环境复杂、人员较多,因此,难于有效监督所有工人的作业行为。
目前,多是通过安全培训教育提高工人的知识水平和安全意识[5-6](文中引用的内容,可以在所引内容最后加文献序号;提及作者的,只写出第一作者的名字,有更多作者的话,应加“等”,格式如:
“张三等[9]发现...”),建立相关的行政管理手段[7],控制加班时间,减轻工人的劳动强度,加强安全监督和管理工作[8],并增加施工现场的安全投入,改善硬件条件以营造良好的施工环境[9],并通过建立物质激励和精神激励措施,提高工人的安全行为态度[10]。
尽管这些措施在某种程度上提高了安全管理水平,但面对动态的、复杂的施工现场环境及多变的工人行为仍难以控制,且现有安全培训手段很难让工人深入了解项目中的全部安全隐患。
为此一些研究尝试通过信息技术来控制人的不安全行为,如利用无线射频识别(radiofrequencyidentification,RFID)(按我刊要求,文中出现的缩写都应该是含义明确的,首次出现时格式为:
有限元分析(FiniteElementAnalysis,FEA),格式即中文(英文全拼,英文缩写),之后直接用缩写)技术进行人员和施工资源(机械设备等)的定位[11-12],实现人员和施工机械的碰撞事故预防[13]以及现场管理[14](研究现状)。
这些研究主要在人-机碰撞方面进行了试验性分析,而对施工现场其他事故成因考虑较少,如高空坠落等。
文中将综合考虑施工现场事故成因,将其集成于统一的虚拟平台,实时全方位监控工人的不安全行为和不安全的现场环境,并对工人进行实时预警(论文创新)。
笔者拟通过分析施工现场工人的不安全行为,明确工人不安全行为的控制信息需求,结合建筑信息模型(BuildingInformationModeling,BIM)和定位技术(PositioningTechnology,PT),集成工人的不安全行为和现场的不良环境,构建工人不安全行为预警系统,以更好地预防施工事故的发生和提高施工安全管理水平(拟研究方法和内容,及预期成果)。
2工人不安全行为分类
不安全行为是工人表现出来的非正常行为。
根据中国国家标准《企业职工伤亡事故分类标准》[15]的定义,不安全行为是指能造成安全事故的人为错误。
广义上来讲,工人的不安全行为是指任何能直接或者间接导致安全事故发生的行为,包括员工的违规行为、引起安全事故发生的不安全动作以及没有按照安全规程去做的行为。
根据以往安全事故的调查分析,美国安全工程师海因里希得出了“88:
10:
2”的规律,指出100起施工安全事故中,有88起是由人的不安全行为导致的,其他的则是由物的不安全状态和一些不可预测因素导致的[10],可见人的不安全行为是影响安全生产、导致安全事故发生的决定因素。
工人产生不安全行为的根本原因是工人的安全意识不到位,对施工过程中可能对自己或他人造成伤害的事物缺乏警觉和戒备的心理。
一方面,工人往往会因为心存侥幸和冒险心理,有意地进行一些不安全行为。
在这些不安全行为的发生过程中,工人是可以意识到危险的存在,但是因为忽略了安全的重要性或低估了危险发生的可能性,促使他们依然进行了这些不安全行为。
另一方面,工人也会因为经验、知识、技能的差异,未能及时注意到异常情况而进行一些不安全行为。
基于上述分析,将工人的不安全行为分为3类。
1)接近危险源。
接近危险是指工人在施工现场所处的位置存在危险,包括处于危险场所和接近危险源,如工人滞留不安全位置,或在不安全的地方进行作业,工人对一些危险物品的放置不当,擅自进入不安全区域等。
2)安全用品使用不当。
安全用品使用不当是指工人在施工现场忽视个人防护用品的佩戴和正确使用,佩戴非安全的装束,或者在进行一些可能发生危险的工作时没有使用安全保护装置和对安全保护装置的使用不恰当。
3)违章操作。
违章操作主要是指工作人员没有按照规定的操作流程对机械进行操作,或者在无意识的状态下作出不安全的动作。
这类不安全行为包括作业人员的错误操作,用非正规工具进行机械的操作或操作不安全的设备,没有按照规定的程序操作设备、机械或仪器,另外还包括工人在施工操作时有分散注意力的行为,作出不安全的动作以及忽视安全警告等。
3工人不安全行为预警信息需求分析(标题不宜过长,须控制在一行内)
基于BIM和PT技术的工人不安全行为预警系统的基本原理是通过实时收集施工现场中工人的不安全行为信息和位置信息,并将相关信息与BIM模型中的非安全环境信息有效集成,进行不安全行为分析与预警信息反馈。
根据上述工人不安全行为分类及预警原理,对工人不安全行为预警的信息需求进行分析。
1)工人及机械设备位置信息。
工人不安全行为预警系统中应当包含随施工进度的推进发生相应变化的建筑模型,同时还包含现场工作人员以及一些大型机械设备位于施工现场的实时位置信息,该位置信息可由三维坐标和时间的函数来表示,结合建筑模型的相关信息可以定义出施工现场的危险源和相应的不安全区域,并识别工人和机械设备所处现场位置。
工人及机械设备位置信息的收集可以由PT技术实现。
2)工人属性及装备信息。
工人属性及装备信息包括进入施工现场的工作人员的工种、场地进入权限、机械操作权限、装备佩戴等信息。
该类信息的收集可以由RFID技术实现,工人的属性及装备的相关信息可以集成到便于佩戴和识别的标签中,当工人进出场以及在施工现场内活动时,由预先设置在场地中的标签识别器进行识别和数据阅读,并传输相关信息至系统中进行分析和处理。
系统基于该类信息可以对工人的安全用品佩戴和使用是否符合要求、是否有进入特定场地权限、是否具备机械操作权限等进行识别。
3)工人及机械设备动作信息。
工人不安全行为预警还需要对工人和施工机械设备在施工现场实时发生的动作进行实时的监控,主要包括工作人员在施工现场是否有危险举动,是否按照规定的要求和程序进行工作,施工机械设备是否正常操作运转等。
工人及机械设备动作信息的收集可以由PT技术和现场监控技术共同实现,系统根据工人和机械设备关键部位的动作进行采集,判断其是否发生不安全行为。
4基于BIM和PT的工人不安全行为预警系统构建(标题不宜过长)
4.1系统框架构建
根据工人不安全行为预警的信息需求分析,构建基于BIM和PT技术的工人不安全行为预警系统框架,如图1所示。
该预警系统包括4个基本模块:
信息收集模块、输入模块、运算模块和输出模块。
信息收集模块通过人工输入或自动输入的方式收集来自整个施工现场的信息,包括施工方案、进度等项目信息以及人员、机械设备的属性和位置等现场信息。
预警系统基于包含项目相关信息的建筑模型,并通过与定位系统连接,利用PT技术采集施工场地内人员和机械设备的信息数据,随后传输到输入模块进行处理。
输入模块对收集到的一系列信息进行处理,得到施工方案模拟等信息,同时通过对定位数据的初步处理,得到相关工作人员的工作属性和位置属性,分析其安全装备佩戴情况,并获得整个施工现场的机械设备的位置信息。
图1基于BIM的工人不安全行为预警系统架构
Fig.1FrameworkoftheBIM-basedwarningsystemforworkers'unsafebehavior
(由于定稿后,我部还要进行专门排版,因此文中图不能以图片的格式给出,需要提供文字和数字可编辑的版本。
或者用word或visio等重新作图,或者将图中的文字、数字用文本框重新插入。
以上图1是符合要求的)
运算模块由若干个相对独立的系统构成。
人员操作培训系统获取施工模拟方案,制定工人操作培训方案,供工人进行施工操作前的人员培训。
安全装备佩戴监测系统获取工人的工作属性及其安全装备佩戴信息,监测人员安全装备佩戴是否符合规范要求。
人员及机械设备定位系统获取人员的工作属性和人员及机械设备的位置信息,监测人员和机械设备的位置是否安全。
危险区域识别及监测系统则获取相关人员和机械设备的位置信息,识别施工场地内的危险区域,并监测危险区域是否存在闲杂人员和机械。
输出模块则根据上述监测结果,判断预警指标是否超出安全临界状态或临界值,并根据各不安全情况的预警等级,向各相关人员发出相对应的预警信号,并提出相应的应急措施实施方案,消除事故隐患。
4.2系统初始设置
系统平台构建完成后,需要进行系统相关属性和规则的初始设计。
根据系统平台的需求和施工现场的实际情况,构建3种类型的不安全区域,将施工现场的工作人员划分成不同的属性,并建立不安全区域划分规则,针对不同的不安全区域和不同属性的工作人员提出不同的预警机制。
1)不安全区域划分。
将施工现场划分为3种属性的不安全区域:
坠落区、碰撞区以及特殊岗位,施工现场的不安全区域包含上述一种或多种属性。
根据各不安全区域发生安全事故的概率及造成伤害的大小,按其严重程度分为1—3级3个不安全等级,1级为最严重,具体划分见表1。
2)工作人员属性划分。
针对不安全区域内的工作人员,划分为3种具有不同行为权限的属性:
操作人员、作业人员、其他人员(表2)。
3)不安全行为预警等级划分。
根据施工现场存在的不安全因素,提出不安全区域的具体划分规则,并针对不同属性的工作人员,提出相应的安全预警措施。
表3为部分不安全因素对应的不安全区域划分规则及相应的安全预警措施。
表1不安全区域划分规则
Tab.1Classificationruleofunsafearea
区域属性分类
不安全等级
举例
坠落区
1级
洞口,临边,塔吊作业半径内
碰撞区
2级
车辆运行线上,施工机械周围
特殊岗位
3级
重要施工机械设备车辆等的操作岗位
(表不必画成三线表,每个单元格的边框都显示出来,左右无边线,上下为1.5磅线宽,表中为0.5磅线宽,无内容的单元格用“—”占满,最左上角的单元格不能用斜线)
表2人员属性划分规则
Tab.2Classificationruleofworkertype
人员属性
权限等级
行为权限说明
操作人员
1级
对施工机械设备车辆具有操作权限
作业人员
2级
有在不安全区域内工作的权限
其他人员
无权限
无进入不安全区域的权限
表3不安全行为预警等级划分规则
Tab.3Classificationruleofunsafebehaviorwarninglevel
不安全因素
不安全区域划分规则
安全预警措施
操作人员
作业人员
其他人员
塔吊
作业半径内为坠落区
提示是否有闲杂人员
提示危险等级
发出警报
施工机械
工作范围内为碰撞区
提示是否有闲杂人员
提示危险等级
发出警报
运输车辆
车辆周围2m,车辆运行线路上为碰撞区
提示是否有闲杂人员
提示危险等级
发出警报
洞口
尺寸<0.5m
洞口处为坠落区
—
提示危险等级
发出警报
尺寸>0.5m
洞口及洞口外围0.5m为坠落区
—
提示危险等级
发出警报
脚手架
覆盖范围内为坠落区
—
提示危险等级
发出警报
墙
外围2/m以内为坠落区
—
提示危险等级
发出警报
临边
临边高度<2m
临边以内0.5m为坠落区
—
提示危险等级
发出警报
临边高度>2m
临边以内1m为坠落区
—
提示危险等级
发出警报
特殊岗位
重要机械设备车辆的操作间为特殊岗位
提示是否有闲杂人员
—
发出警报
4.3系统功能分析
针对不同属性的工作人员以及所处的不安全区域,系统可以实现工人位置实时监测、装备佩戴监测、重要机械设备操作监测等功能。
同时,结合对施工现场车辆等机械设备的位置实时监测,还可以实现碰撞事故预防。
在施工开始之前,根据施工方案,还可以进行重要部位施工方案模拟,供工作人员进行操作培训和学习。
系统的工作流程,如图2所示。
1)重要施工部位培训。
通过虚拟现实等技术,可以对工人进行一系列的安全培训,使工人在开始工作之前就明确了解自己工作的操作要求、程序、步骤、注意事项,以及可能发生的危险等。
技术人员将操作较为复杂的工作过程在计算机上模拟出来,并制成多媒体文件,以便给工作人员讲解和培训。
工作人员可以在施工现场的实际操作前,在计算机系统内进行虚拟的操作,直至对该项工作达到完全的了解。
2)工人进出场及行动路径识别。
系统搜集工作时间内工人的位置信息,可以判断工人进出施工现场的时间,从而计算工人的工作时间及工作量。
同时,实时的位置信息可以组成工程时间内工人的行动路径,判断工人在施工现场的工作行为等。
如果发生施工事故,可以了解施工事故现场工人数量,并判断出最佳搜救策略,同时便于工人进行自救和互相救助等。
3)安全装备佩戴识别。
由佩戴在工人身上的标签以及装配在安全装备上的标签,通过设置在施工现场出入口的标签识别器的数据读入和计算,可以识别工人的属性,判断工人是否具备进入该施工现场的权限;并根据该工人的属性,判断该工人需要佩戴的安全装备,并计算该工人是否按照规定佩戴了符合要求的安全装备。
该功能可以有效避免工人不戴安全帽、不穿安全鞋就进入施工现场等不安全行为。
图2预警系统工作流程
Fig.2Workingprocedureofthewarningsystem
4)机械操作权限识别。
系统在机械设备上装同样包含机械设备属性信息的标签,当工人在操作机械设备时,系统同时接收机械设备的属性信息和操作人员的属性信息,判断该机械设备是否为正规的操作设备,同时判断该工人是否具备操作该机械设备的权限。
如出现无权限人员操作机械设备的情况,系统会对该操作人员发出警报,并记录该操作人员的这次违规行为。
5)工人及机械设备碰撞预防。
施工事故中,很多是由于工人的位置不当或工人与机械设备间的距离超过了安全值造成的。
通过搜集工人以及机械设备的实时信息,可以在系统内判断工人和机械设备的位置是否恰当,并及时报警。
例如:
系统计算出运输车辆的运行轨迹,一旦工人站立在该运行轨迹上,系统对工人发出警报,要求其离开该位置;系统还可以划分出塔吊的运转范围,划分出危险区域,工人或其他车辆等进入该区域范围,系统即向工人以及塔吊操作人员发出警报,要求工人离开并引起塔吊操作人员注意;系统判断工人与机械设备间的距离信息,当两者距离过近超过安全值(如3m),系统对双方发出警报。
4结论
(论文的最后一部分是“结论”,不要写成“结语”或别的什么名字。
结论内容也不要写成总结或与摘要内容重复,应准确、完整、明确、精炼,需归纳成条,除了研究取得的主要成果,也可说明研究的不足及今后的研究方向)
1)从行为控制的角度构建的施工现场工人不安全行为分类方法,即接近危险源、安全防护用品使用不当和违章操作,有利于对现场不安全行为进行分级处理与控制。
2)结合BIM技术和PT技术构建的安全行为预警平台,集成了人的不安全行为和现场的不安全环境,实现了工人位置识别、机械操作监测、碰撞事故预防等功能,有利于对建筑施工安全行为进行实时监控,并及时反馈预警信息,防止事故的发生。
3)研究重点在工人及机械设备等位置和属性信息的监测与分析,而在工人及机械微观行为监控方面,仅进行了初步探讨,在未来需要进行深入研究。
5致谢
特别感谢清华大学(土水学院)—广联达BIM联合研究中心的资助与支持。
参考文献
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[序号]作者姓名.书名[M].出版地:
出版者,出版年份:
起页-止页。
[序号]作者姓名.论文篇名[J].刊物名称,年份,卷号(期号):
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专著
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法规
其他
文献类别标识
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C
N
J
D
R
S
L
Z
若为中文期刊类参考文献,请您将各著录项目均翻译成英文。
例如:
[1]易灿南,谢泽均,李开伟,等.姿势对单手拉叉车肌肉疲劳影响的试验研究[J].中国安全科学学报,2016,26(7):
68-73.
YICannan,XIEZejun,LIKaiway,etal.Effectsofpostureonmuscularfatigueinapallettruckpullingtaskwithsinglearm[J].ChinaSafetyScienceJournal,2016,26(7):
68-73.
·请参考我刊近两年发表的论文,最少一篇。
[1]王颖,胡双启,池致超,等.建筑安全事故成因分析及预警管理的研究[J].中国安全生产科学技术,2011,7(7):
112-115.
WANGYing,HUShuangqi,CHIZhichao,etal.Causeanalysisofconstructionsafetyaccide
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