隧道施工人员安全管理系统
接云明
（中铁二十局集团第四工程有限公司，山西临汾042100）
【摘要】我国的安全生产方针是“安全第一、预防为主、综合治理”，安全第一自不必说，要将安全生产放在首位；预防为主，就是把安全生产工作的关口前移，超前防范，建立预测、预报、预警、预防的递进式、立体化事故隐患预防体系，改善安全状况，预防安全事故；综合治理，是指适应我国安全生产形势的要求，自觉遵循安全生产规律，正视安全生产工作的长期性、艰巨性和复杂性，抓住安全生产工作中的主要矛盾和关键环节，综合运用经济、法律、行政等手段，人管、法治、技防多管齐下，并充分发挥社会、职工、舆论的监督作用，有效解决安全生产领域的问题。
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关键词 隧道施工；人员定位；安全管理；预警系统
施工安全生产事关人民群众的生命和财产安全，各级政府机关、各级主管部门、施工企业一贯高度重视隧道安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。通过法律手段、管理模式等方面的不断努力与尝试，近几年无论是隧道施工，还是矿山安全生产状况总体上趋于稳定好转，但由于基础管理工作薄弱等种种原因，隧道施工安全状况仍然不容乐观。如何改变目前企业对洞内人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化，真正做到以人为本，也成为所有施工企业关心的问题，因此建立以灾害预防、事故救援、电子信息化管理为主要目标的信息化和智能化建设势在必行。
1传统隧道施工人员管理方式
传统方法采用的是“一人一本一洞口”的管理方式，即一个值班人员拿着一个记录本在一个洞口当“守门员”，记录本记录的信息根据施工单位的要求各不相同，一般会包括以下信息：姓名、单位（班组）、进洞时间、出洞时间，有的还记录机械、车辆进出洞时间。这种管理方式如果记录准确，则管理人员可以掌握洞内的施工人员数量，大概掌握洞内作业情况。
随着近年基础建设投入的增加，隧道施工项目数量也大大增加，发生意外事故的数量也不断增长，给国家、集体、人民群众造成了严重的生命和财产损失。
因此，基于以上原因，施工企业有必要借助现代高科技手段，尤其在隧道施工过程中，建立起有效的预教、预测、预报、预警、预防体系。
2人员定位系统在隧道施工中的应用
隧道施工是一项工序复杂的施工过程，各工种专业性强、差距大，各工序之间衔接紧密，涵盖爆破施工、喷射混凝土施工、钢筋焊接、钢筋绑扎、排水系统施工、人员与机械配合施工等复杂过程，每一道工序都需要人力来完成，机械不能够完全替代，因此隧道施工具有劳动密集型特点。
2.1人员定位系统的基本原理
人员定位系统最基本的功能首先是解决了施工人员位置的问题，它的基本原理来源于卫星定位系统，即通过3颗以上的卫星就可以将物体的三维物理位置进行定位。根据这个原理我们将范围缩小，在一定区域内架设几颗“卫星”，通常称为基站，那么就可以实现在这个区域内将人员进行定位。
用于隧道施工的人员定位系统分为两种，第一种为精确定位，即利用2台以上基站信号将该区域完全覆盖，达到对施工人员精确定位平面位置的目的，任何一个施工人员都可以被显示出精确的洞内位置；第二种为模糊定位，即将隧道划分成若干范围（段落），在需要定位的段落里面安装1台基站，这样可以显示出该基站范围内（或该段落内）的施工人员数量、人员信息，但不能反应出人员的精确位置。
2.2人员定位系统的建立
在需要定位的区域，根据实际地理位置安装多个基站，通过基站与传输接口的连接，再将总站与电脑系统连接，实现软件与硬件结合，最终形成人员定位系统。
2.3人员、机械的出入洞管理
在隧道洞口架设一台基站，用于人员、机械的进出洞管理。施工人员、机械需随身佩戴一张“身份证”，通常称为识别卡，识别卡会随时发出信号，每当人员、机械经过洞口处的基站时，无需任何操作，基站会自动识别卡片信息，并将信息发送至数据接口，通过计算机处理，记录相关进洞信息，人员如张三，男，开挖班，身份证号：***，进洞时间8：36，出洞时间11：15；机械如4号出渣车，司机李四，车牌号：***，进洞时间9：05，出洞时间9：43，这些信息可以通过大屏幕直观地显示出来，也可以通过LED显示屏以表格的形式显示出来，并可在电脑中永久记录下来，以便查询。
此系统还可以作为考勤之用，在选定的时间范围内可将施工人员进出洞情况汇总成考勤表，作为考勤依据。
2.4人员作业定位管理
我们在隧道施工中，通常分为以下三个作业面，分别为掌子面施工、仰拱施工、二衬施工，这三个作业面人员相对集中，从众多的隧道事故统计中可以看出，危险区域依次为掌子面、仰拱与掌子面之间段落、二衬与仰拱之间段落，因此，这三个区域有人员定位的必要性。
基站识别区域理论值为空旷无障碍地带半径100m内，洞内施工环境复杂，实际可覆盖半径70m左右，因此对于地质条件稍复杂的隧道而言，掌子面到二衬的距离不会超过基站的可覆盖范围，即140m，那么我们完全可以利用2台基站，安装在仰拱附近区域，实现这三个区域的人员精确定位。但也不能太过于靠近掌子面，以免爆破施工安全距离不足。
精确定位的主要用途在于施工过程中，一旦发现紧急情况，施工人员可按下芯片上的报警装置，声光报警系统即可启动，施工人员即可在第一时间撤离危险区域，如发生隧道塌方事故，救援人员可以准确知道被困人员的具体位置及分布情况，可以使救援人员进一步了解、判断情况，如果被困人员生还，并且有意识，那么可以不断按下报警按钮发出信号，使救援人员在显示器上看到何人、何处有报警，使救援工作突出重点。
2.5建立预警系统
通过安装传感器，可随时检测隧道内的氧气、有毒有害气体浓度，如常见的一氧化碳、二氧化碳、甲烷（瓦斯）、硫化氢等等易燃易爆气体，当气体浓度高于或低于标准值时相应的传感器会立即发出报警，使管理人员可进一步采取措施，防止以外发生。
一氧化碳传感器氧气传感器瓦斯传感器声光报警器
2.6建立有线通讯系统
对于直线隧道及中长隧道而言，洞内外通讯可通过对讲机实现半双工通话，但对于长大隧道而言，长度达到几公里、十几公里甚至几十公里时，有线通讯是必不可少的，也是最可靠的方式，这种情况我们可以通过人员定位系统，实现洞内外双工通话，洞内带班人员随时汇报施工情况，施工调度员在监控室内值班，可协调指挥洞内带班人员、空压机房、通风机房、钢筋加工厂、拌合站、洞外机械、洞外施工人员准备进洞等工作，大大提高协调指挥效率。
2.7建立远程视频监控系统
通过在洞内重点部位安装摄像头，如防水板台车、二衬台车等部位，可实现在监控室内实时观察洞内作业情况，通过互联网平台，各级管理单位和部门可实现在办公室内远程视频查看洞内作业情况，从目前的技术来看，如果有需要，可实现在手机上安装相应的客户端，通过登录客户端，可随时随地查看洞内实时施工情况、洞内人员数量、洞内人员分布、掘进数量、仰拱数量、二衬数量、剩余工程数量、平均掘进速度等等数据。
3使用人员定位系统的条件
人员定位系统是将信息科技“嫁接”于施工生产上的产物，为我们的施工带来更多方便的同时，也对我们提出了更高的要求，因此必须要具备以下几点：
1）要求操作人员必须具有一定的信息技术基础，至少要经过专业人员的培训。
2）人员定位系统需要定期维护，随着施工的推进，如掌子面附近的基站、摄像头、传感器等部件，也需要不断向前跟进，如未及时跟进，人员位置超出基站的覆盖范围，就会造成人员定位的位置、数量信息的不准确，不能起到应有的作用。
3）洞内作业工序复杂多样，人员定位系统的线路如保护不到位，会经常被施工机械、各类台车等损坏，因此需要特殊保护。
4）确保所有施工人员、机械佩戴和安装定位芯片，并定期（每年）更换电池。
4人员定位系统功能的选择
在隧道施工中，地质条件复杂多变的情况是很常见的，我们可以根据不同的地质情况，选择合适的功能，如根据设计文件、类似工程、附近工程对比分析，所施工隧道不属于瓦斯隧道，那么可以不安装监测传感器；通讯可使用对讲机实现的，可以不安装有线通讯系统等，以达到降低成本的目的，具体要根据项目的管理目标而定。
5人员定位系统的造价
人员定位系统的总造价需要根据实际情况综合考虑，包括隧道长度、人员数量、选择的功能等方面，单价估价：人员定位芯片120元/个，读卡基站3000元/台，读卡基站供电电源4000元/台（3台读卡基站可共用一台供电电源，但同时有线路跨度限制，线路过长会导致供电不足），软件2000元/套，四芯电缆2.5-3元/米，电脑一台，大屏幕显示器一台（电视即可），LED显示器一台，传感器，报警系统、摄像头等，一般在5-40万元之间。
综上所述，人员定位系统是隧道施工标准化管理中较先进的管理手段，它的人员定位功能可为施工中的应急处置、应急救援提供极大方便，其附带的功能如人员、机械的进出洞管理，人员考勤管理、有毒有害气体监测、声光报警功能、通讯功能、远程视频监控功能等，更是极大地方便隧道施工管理，这种先进的管理方式将逐步地推广到现代施工企业中去，成为隧道施工中必不可少的先进管理工具。
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参考文献
［1］米根锁，王彦快，马学霞.隧道人员定位系统中RFID防碰撞算法的研究[J].计算机工程与应用，2012，48（24）：72-76.
［2］朱亚军.智能煤矿井下人员定位监控系统研究[J].煤炭技术，2012(01).
［责任编辑：曹明明］
