基于人机交互的施工飞地 RFID 智能围栏人员监控

引 言

为解决高效用地与分阶段开发之间的矛盾，在后期扩建过程中形成了边施工边生产的“厂中（施工）场”建设模式， 即在已建成投产的生产区域内，存在独立施工区域（施工飞地）。该模式应重点考虑合理的分阶段规划布局，一方面， 要求飞地施工过程避免为周围生产环境带来诸如施工震动或沉降位移等负面影响 ；另一方面，尽量减少生产运营及施工建设过程中的人机材运输冲突。其中，由于生产运营及安全消防的要求，施工飞地区域通行道路无法全封闭，导致施工飞地作业人员不可避免需穿越生产运营区域，因此存在人员管理重大安全隐患。若作业人员误入生产运行区域，则不利于人身安全及安全保密，因此应合理设计施工作业人员通行路线，并采取有效监控措施。

Motowidlo（1994）认为个体行为具有较强的波动性，人员安全行为难以完全受到安全规章操作等制度的绝对约束， 因此需采取多种监控管理手段 [1]。传统施工飞地通过安排专员在班前按既定路线带队进入施工飞地，并在作业期间时刻监督人员进出施工飞地情况。由于作业人员进出频繁，传统人工监控方式费时费力且效率低下。随着我国互联网与物联 网技术的发展，无人超市与人脸识别等领域开始利用智能制 造技术弥补传统人工监控方式的缺陷。S.Chae等（2010）利用无线射频 RFID技术动态监测安全距离，预防碰撞事故 [2] ； 英国 Ekahau公司在地下矿井隧道施工中采用实时定位系统RTLS进行人员紧急事故预防及救援 ；加拿大魁公司利用 RFID 技术监控、统计贵重机具，以防盗窃遗失 ；芬兰 ELKU公司利用 RFID技术建立门禁系统，以授权施工作业人员进出 [3-4]。本文针对在生产运营区域内存在施工飞地区域的特殊环境， 为避免传统人工监控方式缺陷，结合 RFID技术筑起一道智能监控围栏，建立了基于人机交互的施工飞地人员监控方式， 以加强施工飞地人员安全管控的可靠性。

1 研究理论

1.1 施工飞地作业危险源辨识

在施工安全管理领域，无论人员还是设备都无法做到本质安全，笔者通过实践观察法分别从人员不安全行为与设备不稳定情况两个角度归纳危险源，见表 1 所列，提出了人机交互且可互相弥补的 RFID 智能围栏人员监控系统。

1.2 人机交互可靠性理论 [5]

在生产企业中，可靠性是指成品或系统在计划规定的条件和时间范围内，保证功能与价值的实现水平。在施工现场， 可靠性指根据施工组织设计合理分配作业人员、施工机械、工程设备及材料等，确保施工过程的整体连续性及安全可靠性，因此本文将可靠性应用于评价施工飞地作业人员的人机交互监控水平。在上世纪 30 年代，学者们就已利用概率理论、分析影响因素、建立评价模型指标等方法研究可靠性，其中基于物理原理的串联模型与并联模型能够有效评价基于人员不安全行为与设备不稳定情况的施工飞地作业危险源可靠性水平。

1.2.1 人机交互并联模型

基于施工飞地作业危险源辨识，主要采用两种方式实施作业人员监控，一方面，传统人为监控的可靠性会受到人员不安全行为的影响 ；另一方面，RFID 设备监控的可靠性受设备不稳定情况的影响。并联模型认为只有当人机管控同时处于失效状态时，可靠性水平才失效。

假设 ：传统人为监控与 RFID 设备监控在一定时间下的可靠性分别为 P 人（t）与 P 机（t）， 可靠性失效的概率分别为 R 人（t）与 R 机（t）。单一传统人为监控可能引起的事故与风险概率为 R 人（t）=1-P 人（t）；单一 RFID 设备监控可能引起的事故与风险概率为 R 机（t）=1-P 机（t）； 在一定时间范围内， 人机交互可靠性失效风险的总概率为 R 总（t）=R 人（t）×R 机（t）=[1-P 人（t）]×[1-P 机（t）] ；总体可靠性水平为 P 总（t）=1-R 总（t）=1-[1-P人（t）]×[1-P 机（t）]。

假设单一传统人为监控与 RFID 设备监控的可靠性均为90%，则通过人机交互的并联模型可将单一监控状态的可靠性从 90% 提升至人机交互的 99%。

1.2.2 作业流程串联模型

施工飞地 RFID 智能围栏人员监控需经历进场教育培训、开发通道定位及飞地区域监控等 3 个作业流程，要求整体达到连续可靠的水平。串联模型认为作业流程中任何一个环节处于失效状态则可靠性水平失效。

定义 ：施工飞地作业人员需经过 n 道工序，每道工序的可靠性分别为 ：P1，P2，…，Pn，总体可靠性为 P 总，那么

假设 ：施工飞地作业人员需经历 3 个过程，平均每一过程的可靠性水平 P=90%， 则 P 总 =P1×P2×P3=72.9%。人员监控只有在每一个环节下保证人与机均达到一定的可靠性水平，才能使整个系统处于接近 100% 安全稳定运行的状态。

2 研究应用

2.1 项目背景

某工业项目划分为两期建设，施工总平面布置如图 1 所示。在全厂围墙红线内，西侧为一期工程已建生产区域，东侧为二期工程拟在建主要施工区域 ；二期工程扩建施工区域内有施工飞地 A（循环水站）与施工飞地 B（罐区）；在二期工程东南角设置主要进出施工大门禁，并在主要施工区域、施工飞地 A 及施工飞地 B 设置 3 个小门禁 ；根据生产装置区域规定，作业人员从二期主要区域小门禁走出后，须按规定依照箭头路线途径生产开发区域，进入施工飞地 A 及施工飞地 B 两个小门禁。若工人离开工地也必须按此线路返回。

图 1 某工业项目施工总平面布置

2.2 功能实现

为防止施工飞地作业人员离开二期工程在建施工主要区域，在开放生产区域防止未按规定路线行走至施工飞地区域， 及随意离开施工飞地区域，文中将基于人机交互的施工飞地RFID 智能围栏人员监控划分为进场登记教育、开发通道定位、飞地区域监控环节，监控对象与实现功能见表 2 所列。

2.3 应用结果

为了验证基于人机交互施工飞地 RFID智能围栏人员监控可靠性的提高效果，在采用该监控系统前，采用人工观察法对传统人工监控方式的可靠性进行评估，即在为期一周的时间内对进出施工飞地发生的类似报警事件进行统计，结果表明 ：累计观察人员行为 800次，实际发生类似报警事件 100次，包括查出人员冒用安全帽 20次、开放通道区域逗留时间过长 20次、开放通道区域内不按规定路线行走 30次，误闯未授权区域 20次及管理人员未察觉报警事件10 次，与人员不安全行为的危险源辨识类型基本一致，因此传统人工监控方式的风险为 12.5%=（100/800）×100%， 可靠性为 87.5%=1-12.5%。当采用基于 RFID 设备人机交互 RFID 智能围栏进行人员监控后，各报警发生率统计情况及可靠性评价结果见表 3 所列，整体可靠性从人工监控的 87.5% 提升至人机交互的 98.6%，说明基于人机交互的施工飞地 RIFD 智能围栏人员监控系统能够大幅提升安全可靠性。

3 结 语

为解决工业项目分期分阶段实施存在的矛盾，克服生产运营区域内存在施工飞地区域的特殊环境下传统人工监控管理方式的缺陷，本文结合可靠性评估的并联模型与串联模型原理，引入 RFID 技术建立了一套基于人机交互的施工飞地人员监控系统。以某分期建设的工业项目施工作为案例，研究结果表明 ：人员监控可靠性水平从人工监控的 87.5% 提升至人机交互监控的 98.6%，能够从本质上提升施工飞地人员安全管理水平。未来将在 3 个方面展开研究 ：从更多角度分析人员不安全行为及设备不稳定因素情况，在多样的环境下扩展应用该套人机交互人员监控系统 ；将分期建设的人员施工飞地管理思路应用于生产区域内的日常维修管理，并推至全厂生产区域使用 ；将人机交互衍生至人工智能，从而推进工程建设领域安全智能制造水平。