CN112863119B - 一种工程施工安全风险预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程施工安全风险预警系统级预警方法，预警系统包括风险采集模块、风险监控模块、风险判定模块、风险预警模块和风险管理模块；预警方法包括：应变片和位移传感器采集变形量和位移量、环境采集模块采集施工环境中的温度T、湿度S、风量大小H和有害气体浓度ρ、将结构风险数据组输入结构风险判定函数中判定施工结构的稳定状态、将环境因子数据组输入环境风险判定函数中判定施工环境的风险等级等步骤。本发明通过风险等级判定，及时的向负责人发送风险预警信号，可起到实时、无线、高效的施工安全预警效果。

Description

一种工程施工安全风险预警系统及方法

技术领域

本发明涉及工程施工安全监控技术领域，具体涉及一种工程施工安全风险预警系统及方法。

背景技术

施工安全是各个行业工程建设中所遇到的安全问题。施工安全涵盖了在作业过程中所有的安全问题并且涉及管理、财务及后勤保障等相关内容。我国历来重视生产安全、人民生命和财产安全，对从事工程建设行业的人员及单位进行了明确的要求。为确保本工程施工过程中的安全，减少轻伤事故，杜绝发生重大事故，建立健全各级安全生产责任制。切实分解、落实安全生产责任制。明确各级人员在安全生产方面的职责，并认真严格执行，确保本项工程实现安全生产目标。

在进行工程施工的工作过程中，安全监测和预警时必不可少的重要环节，更是施工安全的重要保障，为此，我们提出一种工程施工安全风险预警系统及方法。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能多方位对工程施工过程进行安全风险监控的工程施工安全风险预警系统及方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种工程施工安全风险预警系统，其包括风险采集模块、风险监控模块、风险判定模块、风险预警模块和风险管理模块；

风险采集模块包括施工结构的变形采集模块和位移采集模块、施工环境的环境采集模块和地下的地基变化采集模块，变形采集模块、位移采集模块、环境采集模块和地基变化采集模块分别安装在对应的风险监测点上；

变形采集模块用于采集施工时搭建的支撑结构的变形数据；位移采集模块用于采集施工时搭建的支撑结构的位移数据；环境采集模块用于采集施工环境中的环境因子，环境因子包括温度、湿度、地下室氧气浓度、有害气体浓度和风力大小；地基变化采集模块用于采集地基的变化情况；

风险监控模块包括安装在施工现场的视屏监控模块、GPS定位模块、工程施工3D模型，GPS定位模块安装在监测点上；

视屏监控模块用于采集施工现场各区域的视频影像，并发送给风险管理模块，GPS定位模块用于对监测点进行定位，当监测点出现风险预警时，及时向风险管理模块发送该监测点的位置信息；工程施工3D模型用于模拟施工现场，在工程施工3D模型上可显示各个监测点的位置；

风险判定模块建立风险判定规则，风险判定模块包括地基风险判定模块、环境风险判定模块和施工结构风险判定模块；

地基风险判定模块获取地基的变化情况，判定施工现场的地基是否稳定，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息判定结果和地基不稳定因素发送给风险预警模块；

环境风险判定模块获取施工环境中的环境因子，判定环境因子是否构成风险，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息包括判定结果和已经构成风险的环境风险因子；

施工结构风险判定模块获取变形数据和位移数据，通过变形数据和位移数据判定施工结构是否稳定，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息包括判定结果和结构不稳定因素发送给风险预警模块；

风险预警模块包括预警信息发送模块和若干手持终端，若干手持终端分发给施工项目的负责人，预警信息发送模块及时将预警信息发送给对应的负责人；

风险管理模块包括监控中心，监控中心建立数据库和风险数据库，数据库用于存储变形数据、位移数据、地基变化情况和环境因子，风险数据库用于存储地基不稳定因素、环境风险因子和结构不稳定因素。

进一步地，手持终端包括APP终端，APP终端包括登录界面、结构风险数据界面、环境风险数据界面和地基风险数据界面，负责人通过账号和密码登录APP终端，根据不同的账号和密码，自动跳转到负责人所负责的结构风险数据、环境风险数据或地基风险数据的信息界面，预警信息发送模块将预警信息自动发送到对应的负责人的APP终端上。

进一步地，变形采集模块包括若干应变片，位移采集模块包括若干位移传感器，若干应变片分别粘贴在需监测变形的监测点上，若干位移传感器分别安装在需监测位移的监测点上。

进一步地，环境采集模块包括温湿度传感器、氧气浓度传感器、有害气体浓度传感器和风力传感器，有害气体浓度传感器和氧气浓度传感器均安装在地下室，风力传感器安装在施工室外环境，温湿度传感器安装在施工项目的各个监测点上。

提供一种采用工程施工安全风险预警系统的预警方法，其包括以下步骤：

S1：应变片采集施工结构上监测点的变形量f，位移传感器采集施工结构上监测点的位移量d，将变形量和位移量组合成结构风险数据组(f，d)；

S2：环境采集模块采集施工环境中的温度T、湿度S、风量大小H和有害气体浓度ρ，并建立环境因子数据组(T，S，H，ρ)；

S3：将结构风险数据组输入结构风险判定函数中：

其中，Δf为施工结构允许的变形阈值，Δd为施工结构允许的位移阈值；y(f)为变形量f的取值函数，y(d)为位移量d的取值函数；

S4：当Y₁(输出)＝0时，判定施工结构为稳定状态；

S5：当Y₁(输出)＝1时，判定施工结构为低风险，提取Y₁(输出)＝1时输入的变形量f和位移量d，并生成对应的低风险信号，变形量f、位移量d和低风险信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S5：当Y₁(输出)＝2时，判定施工结构为高风险状态，提取Y(输出)＝2时的变形量f和位移量d，并生成对应的高风险信号，变形量f、位移量d和高风险信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S6：将环境因子数据组输入环境风险判定函数中：

其中，ΔT₁和ΔT₂为施工环境中温度的安全范围，ΔS₁和ΔS₂为施工环境中湿度的安全范围，ΔH₁和ΔH₂为施工环境中风量大小的安全范围，Δρ₁和Δρ₂为施工环境中有害气体浓度的安全范围，y(T)、y(S)、y(H)和y(ρ)分别为温度的取值函数、湿度的取值函数、风量大小的取值函数和有害气体浓度的取值函数；

S7：当Y₂(输出)＝0时，判定此时施工环境为Ⅰ级，施工环境可以施工；

S8：当Y₂(输出)＝1时，判定此时施工环境为Ⅱ级，提取Y₂(输出)＝1时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅱ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅱ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S9：当Y₂(输出)＝2时，判定此时施工环境为Ⅲ级，提取Y₂(输出)＝2时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅲ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅲ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S10：当Y₂(输出)＝3时，判定此时施工环境为Ⅳ级，提取Y₂(输出)＝3时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅳ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅳ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S11：当Y₂(输出)＝4时，判定此时施工环境为Ⅴ级，提取Y₂(输出)＝4时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅴ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅴ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端。

本发明的有益效果为：本发明主要从工程施工环境、工程施工结构的稳定性以及工程施工地基的稳定性出发，对工程施工过程可能造成的安全风险进行监控，及时进行安全预警，防止发生坍塌、中毒和垮塌等安全事故，确保了施工人员的安全性。本发明通过风险等级判定，及时的向负责人发送风险预警信号，可起到实时、无线、高效的施工安全预警效果。

附图说明

图1为采用工程施工安全风险预警系统的预警方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本方案的工程施工安全风险预警系统包括风险采集模块、风险监控模块、风险判定模块、风险预警模块和风险管理模块。

风险采集模块包括施工结构的变形采集模块和位移采集模块、施工环境的环境采集模块和地下的地基变化采集模块，变形采集模块、位移采集模块、环境采集模块和地基变化采集模块分别安装在对应的风险监测点上。

变形采集模块用于采集施工时搭建的支撑结构的变形数据；位移采集模块用于采集施工时搭建的支撑结构的位移数据；环境采集模块用于采集施工环境中的环境因子，环境因子包括温度、湿度、地下室氧气浓度、有害气体浓度和风力大小；地基变化采集模块用于采集地基的变化情况。

风险监控模块包括安装在施工现场的视屏监控模块、GPS定位模块、工程施工3D模型，GPS定位模块安装在监测点上。

视屏监控模块用于采集施工现场各区域的视频影像，并发送给风险管理模块，GPS定位模块用于对监测点进行定位，当监测点出现风险预警时，及时向风险管理模块发送该监测点的位置信息；工程施工3D模型用于模拟施工现场，在工程施工3D模型上可显示各个监测点的位置。

风险判定模块建立风险判定规则，风险判定模块包括地基风险判定模块、环境风险判定模块和施工结构风险判定模块。

地基风险判定模块获取地基的变化情况，判定施工现场的地基是否稳定，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息判定结果和地基不稳定因素发送给风险预警模块。

环境风险判定模块获取施工环境中的环境因子，判定环境因子是否构成风险，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息包括判定结果和已经构成风险的环境风险因子。

施工结构风险判定模块获取变形数据和位移数据，通过变形数据和位移数据判定施工结构是否稳定，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息包括判定结果和结构不稳定因素发送给风险预警模块。

风险预警模块包括预警信息发送模块和若干手持终端，若干手持终端分发给施工项目的负责人，预警信息发送模块及时将预警信息发送给对应的负责人。

风险管理模块包括监控中心，监控中心建立数据库和风险数据库，数据库用于存储变形数据、位移数据、地基变化情况和环境因子，风险数据库用于存储地基不稳定因素、环境风险因子和结构不稳定因素。

本方案的手持终端包括APP终端，APP终端包括登录界面、结构风险数据界面、环境风险数据界面和地基风险数据界面，负责人通过账号和密码登录APP终端，根据不同的账号和密码，自动跳转到负责人所负责的结构风险数据、环境风险数据或地基风险数据的信息界面，预警信息发送模块将预警信息自动发送到对应的负责人的APP终端上。

本方案的变形采集模块包括若干应变片，位移采集模块包括若干位移传感器，若干应变片分别粘贴在需监测变形的监测点上，若干位移传感器分别安装在需监测位移的监测点上。

本方案的环境采集模块包括温湿度传感器、氧气浓度传感器、有害气体浓度传感器和风力传感器，有害气体浓度传感器和氧气浓度传感器均安装在地下室，风力传感器安装在施工室外环境，温湿度传感器安装在施工项目的各个监测点上。

本发明中采用工程施工安全风险预警系统的预警方法包括以下步骤：

S1：应变片采集施工结构上监测点的变形量f，位移传感器采集施工结构上监测点的位移量d，将变形量和位移量组合成结构风险数据组(f，d)；

S2：环境采集模块采集施工环境中的温度T、湿度S、风量大小H和有害气体浓度ρ，并建立环境因子数据组(T，S，H，ρ)；

S3：将结构风险数据组输入结构风险判定函数中：

其中，Δf为施工结构允许的变形阈值，Δd为施工结构允许的位移阈值；y(f)为变形量f的取值函数，y(d)为位移量d的取值函数；

S4：当Y₁(输出)＝0时，判定施工结构为稳定状态；

S5：当Y₁(输出)＝1时，判定施工结构为低风险，提取Y₁(输出)＝1时输入的变形量f和位移量d，并生成对应的低风险信号，变形量f、位移量d和低风险信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S5：当Y₁(输出)＝2时，判定施工结构为高风险状态，提取Y(输出)＝2时的变形量f和位移量d，并生成对应的高风险信号，变形量f、位移量d和高风险信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S6：将环境因子数据组输入环境风险判定函数中：

其中，ΔT₁和ΔT₂为施工环境中温度的安全范围，ΔS₁和ΔS₂为施工环境中湿度的安全范围，ΔH₁和ΔH₂为施工环境中风量大小的安全范围，Δρ₁和Δρ₂为施工环境中有害气体浓度的安全范围，y(T)、y(S)、y(H)和y(ρ)分别为温度的取值函数、湿度的取值函数、风量大小的取值函数和有害气体浓度的取值函数；

S7：当Y₂(输出)＝0时，判定此时施工环境为Ⅰ级，施工环境可以施工；

S8：当Y₂(输出)＝1时，判定此时施工环境为Ⅱ级，提取Y₂(输出)＝1时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅱ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅱ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S9：当Y₂(输出)＝2时，判定此时施工环境为Ⅲ级，提取Y₂(输出)＝2时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅲ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅲ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S10：当Y₂(输出)＝3时，判定此时施工环境为Ⅳ级，提取Y₂(输出)＝3时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅳ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅳ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S11：当Y₂(输出)＝4时，判定此时施工环境为Ⅴ级，提取Y₂(输出)＝4时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅴ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅴ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端。

本发明主要从工程施工环境、工程施工结构的稳定性以及工程施工地基的稳定性出发，对工程施工过程可能造成的安全风险进行监控，及时进行安全预警，防止发生坍塌、中毒和垮塌等安全事故，确保了施工人员的安全性。本发明通过风险等级判定，及时的向负责人发送风险预警信号，可起到实时、无线、高效的施工安全预警效果。

Claims (1)

1.一种工程施工安全风险预警系统的预警方法，所述工程施工安全风险预警系统包括风险采集模块、风险监控模块、风险判定模块、风险预警模块和风险管理模块；

所述风险采集模块包括施工结构的变形采集模块和位移采集模块、施工环境的环境采集模块和地下的地基变化采集模块，变形采集模块、位移采集模块、环境采集模块和地基变化采集模块分别安装在对应的风险监测点上；

所述变形采集模块用于采集施工时搭建的支撑结构的变形数据；所述位移采集模块用于采集施工时搭建的支撑结构的位移数据；所述环境采集模块用于采集施工环境中的环境因子，环境因子包括温度、湿度、地下室氧气浓度、有害气体浓度和风力大小；所述地基变化采集模块用于采集地基的变化情况；

所述风险监控模块包括安装在施工现场的视屏监控模块、GPS定位模块、工程施工3D模型，所述GPS定位模块安装在监测点上；

所述视屏监控模块用于采集施工现场各区域的视频影像，并发送给风险管理模块，所述GPS定位模块用于对监测点进行定位，当监测点出现风险预警时，及时向风险管理模块发送该监测点的位置信息；所述工程施工3D模型用于模拟施工现场，在工程施工3D模型上可显示各个监测点的位置；

所述风险判定模块建立风险判定规则，所述风险判定模块包括地基风险判定模块、环境风险判定模块和施工结构风险判定模块；

所述地基风险判定模块获取地基的变化情况，判定施工现场的地基是否稳定，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息判定结果和地基不稳定因素发送给风险预警模块；

所述环境风险判定模块获取施工环境中的环境因子，判定环境因子是否构成风险，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息包括判定结果和已经构成风险的环境风险因子；

所述施工结构风险判定模块获取变形数据和位移数据，通过变形数据和位移数据判定施工结构是否稳定，生成预警信息发送给风险预警模块，预警信息包括判定结果和结构不稳定因素发送给风险预警模块；

所述风险预警模块包括预警信息发送模块和若干手持终端，若干所述手持终端分发给施工项目的负责人，预警信息发送模块及时将预警信息发送给对应的负责人；

所述风险管理模块包括监控中心，所述监控中心建立数据库和风险数据库，数据库用于存储变形数据、位移数据、地基变化情况和环境因子，风险数据库用于存储地基不稳定因素、环境风险因子和结构不稳定因素；

所述手持终端包括APP终端，APP终端包括登录界面、结构风险数据界面、环境风险数据界面和地基风险数据界面，负责人通过账号和密码登录APP终端，根据不同的账号和密码，自动跳转到负责人所负责的结构风险数据、环境风险数据或地基风险数据的信息界面，预警信息发送模块将预警信息自动发送到对应的负责人的APP终端上；

所述变形采集模块包括若干应变片，所述位移采集模块包括若干位移传感器，若干所述应变片分别粘贴在需监测变形的监测点上，若干所述位移传感器分别安装在需监测位移的监测点上；

所述环境采集模块包括温湿度传感器、氧气浓度传感器、有害气体浓度传感器和风力传感器，所述有害气体浓度传感器和氧气浓度传感器均安装在地下室，所述风力传感器安装在施工室外环境，所述温湿度传感器安装在施工项目的各个监测点上；

其特征在于，包括以下步骤：

S1：应变片采集施工结构上监测点的变形量f，位移传感器采集施工结构上监测点的位移量d，将变形量和位移量组合成结构风险数据组(f，d)；

S2：环境采集模块采集施工环境中的温度T、湿度S、风量大小H和有害气体浓度ρ，并建立环境因子数据组(T，S，H，ρ)；

S3：将结构风险数据组输入结构风险判定函数中：

其中，Δf为施工结构允许的变形阈值，Δd为施工结构允许的位移阈值；y(f)为变形量f的取值函数，y(d)为位移量d的取值函数；

S4：当Y₁(输出)＝0时，判定施工结构为稳定状态；

S5：当Y₁(输出)＝1时，判定施工结构为低风险，提取Y₁(输出)＝1时输入的变形量f和位移量d，并生成对应的低风险信号，变形量f、位移量d和低风险信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S5：当Y₁(输出)＝2时，判定施工结构为高风险状态，提取Y(输出)＝2时的变形量f和位移量d，并生成对应的高风险信号，变形量f、位移量d和高风险信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S6：将环境因子数据组输入环境风险判定函数中：

其中，ΔT₁和ΔT₂为施工环境中温度的安全范围，ΔS₁和ΔS₂为施工环境中湿度的安全范围，ΔH₁和ΔH₂为施工环境中风量大小的安全范围，Δρ₁和Δρ₂为施工环境中有害气体浓度的安全范围，y(T)、y(S)、y(H)和y(ρ)分别为温度的取值函数、湿度的取值函数、风量大小的取值函数和有害气体浓度的取值函数；

S7：当Y₂(输出)＝0时，判定此时施工环境为Ⅰ级，施工环境可以施工；

S8：当Y₂(输出)＝1时，判定此时施工环境为Ⅱ级，提取Y₂(输出)＝1时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅱ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅱ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S9：当Y₂(输出)＝2时，判定此时施工环境为Ⅲ级，提取Y₂(输出)＝2时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅲ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅲ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S10：当Y₂(输出)＝3时，判定此时施工环境为Ⅳ级，提取Y₂(输出)＝3时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅳ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅳ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端；

S11：当Y₂(输出)＝4时，判定此时施工环境为Ⅴ级，提取Y₂(输出)＝4时输入的环境因子数据组(T，S，H，ρ)，并生成Ⅴ级警告信号，环境因子数据组(T，S，H，ρ)和Ⅴ级警告信号组成预警信息文件发送给手持终端。

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