一种智慧施工安全控制系统的制作方法

1.本发明属于建筑施工技术领域，尤其涉及一种智慧施工安全控制系统。


背景技术：

2.随着物联网技术的推广应用，建筑施工逐渐进入数字化阶段，各类“智慧工地”安全监管平台得以蓬勃发展。然而，目前的平台仅仅局限于对单项监控数据的监控和预警，缺乏更深层次的数据分析与利用，对工地总体安全状态的也没有量化的评价标准与方法。
3.目前的平台仅局限于对单项监控数据的监控和预警，其存在的问题是：对安全状态的分析和判断是非常片面的。因为影响施工安全的因素是多层、多分支、多节点的，不仅有第一层，还会有第二层、第三层；不仅是多层、而且每层里面又会有多个分支，每个分支下又会有多个节点，安全问题的多因素如同一个树状结构。一个单项数据又岂能和一个茂盛的树状结构相比呢？显然，单项监控和预警和基于树状结构的多项监控和预警，完全微不足道的。
4.目前的平台缺乏更深层次的数据分析与利用，其存在的问题是：专家经验给出的只是一个预警值，而不是安全打分，安全打分是对现状的描述，包括管理现状、设备现状、环境现状，安全打分能够起到预防、纠正、处罚的作用，而预警值并不能描述安全现状。
5.目前的平台不能对施工现场影响安全的因素进行全面的监控和预警、以及进行更深层次的数据分析与利用，其难点在于：影响安全的因素是多量纲的，由于量纲不统一，就不能进行加权求和，也就不能进行全面的监控和预警、以及进行更深层次的数据分析与利用。只能做到每一种量纲采用一种评价方法，比较混乱。例如，根据操作工人的年龄来计算安全分数，这是一种量纲；根据作业环境中有害气体的浓度来计算安全分数，这又是一种量纲；根据施工现场的风速来计算安全分数，这又是一种量纲，由于不同量纲的东西则无法合在一起进行量化的描述，所以就形成现有技术只能局限于对单项监控数据的监控和预警，而无法将各种因素整合一起进行总体的施工安全的量化描述。


技术实现要素：

6.本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种智慧施工安全控制系统，目的在于解决目前的平台仅仅局限于对单项监控数据的监控和预警，缺乏更深层次的数据分析与利用，对工地总体安全状态的也没有量化的评价标准与方法的问题。
7.本发明为解决其技术问题，采用以下技术方案：
8.一种智慧施工安全控制系统，该控制系统包括施工安全数据采集层、施工安全数据智慧评价层、施工安全数据应用层；所述施工安全数据采集层通过传感器或者计算机终端将采集的数据上传给施工安全数据智慧评价层；所述施工安全数据智慧评价层将智慧评价结果传输给施工安全数据应用层；所述施工安全数据应用层将施工安全数据智慧评价层的打分结果通过计算机终端发送给各级管理者；各级管理者根据评分结果进行施工安全的相关改进，并将施工安全的相关改进结果通过施工安全数据采集层的传感器或者计算机终
端将采集的数据再次上传给施工安全数据智慧评价层，由此形成闭环反馈；
9.其特点是：所述的施工安全数据智慧评价层，包括全面性安全目标设定模块、经验离散点转换成目标函数模块、加权求和打分模块、安全报警模块；所述的全面性安全目标设定模块用于将人、机、环、管四个方面作为一个整体进行安全智慧评价；所述经验离散点转换成目标函数模块用于将人、机、环、管分别的专家经验离散点转换成连续函数，从而将人、机、环、管的多元异构数据统一到同一个量纲下；所述的加权求和打分模块将人、机、环、管通过加权求和的方法实现树状结构逐层递推的整体上的安全打分；
10.所述施工安全数据智慧评价层的全面性安全目标设定模块，包括将人、机、环、管四个方面分为多级、多分枝、多节点进行管理；所述多级，包括第一级、第二级、第三级；所述多分支，就是第一级里面又划分人员管控、作业环境、机械设备、安全管理四个分支；所述多节点，就是第二级里面又细分为多个节点，每个节点作为下一级子节点的父节点，包括：人员管控分支的基础项节点、不安全行为节点；作业环境分支的环境监测节点、火灾节点；机械设备分支的挖掘机、电瓶车、盾构机、桥式起重机、塔式起重机、渣土车节点；安全管理分支的信息处理节点。
11.所述经验离散点转换成目标函数模块，分别包括人员管控、作业环境、机械设备、安全管理四个方面的经验离散点拟合函数；所述人员管控方面的经验离散点拟合函数，分别包括连续作业、教育培训、隐患关联得分、基础项、不安全行为的经验离散点拟合函数模块；所述作业环境方面的的经验离散点拟合函数，分别包括环境监测、工程监测、火灾监测的经验离散点拟合函数模块；所述机械设备方面的经验离散点拟合函数，分别包括挖掘机、电瓶车、盾构机、桥式/塔式起重机、渣土车的经验离散点拟合函数模块；所述安全管理方面的经验离散点拟合函数，分别包括登录频次、管理人员比例、信息处理、单位隐患经验离散点拟合函数。
12.所述的基础项节点的经验离散点拟合函数分别包括工龄、年龄、文化程度、工种危险性、证件有效性的经验离散点拟合函数；所述不安全行为节点的经验离散点拟合函数分别包括安全帽、反光衣、吸烟、危险区停留、准入区停留的经验离散点拟合函数；所述环境监测的经验离散点拟合函数分别包括风速、粉尘、有害气体、温度、湿度、噪音的经验离散点拟合函数；所述火灾的经验离散点拟合函数分别包括电气火灾、烟感、消防检查的经验离散点拟合函数；所述挖掘机的经验离散点拟合函数分别包括维修保养、出厂时间的经验离散点拟合函数；所述电瓶车的经验离散点拟合函数分别包括超速、溜车的经验离散点拟合函数；所述盾构机的经验离散点拟合函数分别包括掘进速度、土仓压力、掘进姿态、出渣量的经验离散点拟合函数；所述桥式起重机的经验离散点拟合函数包括非司机操作、危险操作、维修保养的经验离散点拟合函数；所述信息处理的经验离散点拟合函数分别包括响应及时性、闭环管理的经验离散点拟合函数。
13.所述加权求和打分模块包括同层权重计算模块、拟合函数分值模块、工点评分计算模块；所述同层权重计算包括对同级同类子节点的权重计算、对同级同类节点的权重计算、对同级同类分支的权重计算；所述同级同类就是在同一个级上具有同一个父项的各个子节点、或者各个节点、或者各个分支；所述拟合函数分值计算包括对同级同类子节点的拟合函数计算、对同级同类节点的拟合函数计算、对同级同类分支的拟合函数计算；所述工点评分计算包括对同级同类子节点的加权求和、对同级同类节点的加权求和、对同级同类分
支的加权求和。
14.所述同层权重计算公式为：
[0015][0016]
公式6
‑
1等价于以下几个公式
[0017][0018][0019]
…
[0020][0021]
所述工点评分计算公式为
[0022]
g＝q
i
y
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6
‑
2)
[0023]
公式6
‑
2等价于这个公式
[0024]
g＝q1y1 q2y2
…
q
n
y
n
[0025]
y1、y2、y
n
对应同级同类子节点、节点、分支的拟合函数分值；
[0026]
所述施工安全数据采集层包括人员管控数据采集、作业环境数据采集、机械设备数据采集、安全管理数据采集；所述人员管控数据采集包括通过计算机终端输入采集的连续作业时间、教育培训得分、隐患关联得分、基础项数据、不安全行为数据；所述作业环境数据采集包括通过传感器采集风速、粉尘、有害气体、温度、湿度、噪音数据、工程检测、火灾信息；所述机械设备数据采集包括通过传感器和计算机终端输入采集的挖掘机维修保养和出厂时间信息，电瓶车超速和溜车信息，盾构机的掘进速度、土舱压力、掘进姿态、出渣量信息，桥式/塔式起重机的非司机操作、危险操作、维修保养信息；所述的安全管理数据采集包括登录频次、管理人员比例、信息处理响应及时性和闭环管理性信息、已经单位隐患信息。
[0027]
所述施工安全数据智慧评价层的打分结果包括人员管控评价打分结果、作业环境评价打分结果、机械设备评价打分结果、安全管理评价打分结果发送给各级管理者；所述人员管控评价打分结果包括连续作业时间、教育培训、隐患关联、基础项、不安全行为的安全打分；所述作业环境评价打分结果包括环境监测、工程监测、火灾的安全打分；所述机械设备评价打分结果包括挖掘机、电瓶车、盾构机、桥式起重机、塔式起重机、渣土车的安全打分；所述安全管理评价打分结果包括登录频次、管理人员比例、信息处理、单位隐患的安全打分。
[0028]
本发明的优点效果
[0029]
1、本发明采用经验离散点转换成目标函数的方法，解决了人员、设备、环境、管理等多元异构数据统一量纲的问题，通过
①
整合专家打分结果并绘制散点图、
②
根据散点图构型选取合适的拟合函数、
③
例用数学工具进行拟合获取函数系数、
④
加权求和&数据测试与检验的方法，解决了多元异构归一化的瓶颈问题，为工地总体安全状态的量化分析打下了坚实的基础。
[0030]
2、本发明采用基于工点评分的树状结构，实现了工地总体安全状态的量化评价：采用基于加权求和的工点评分方法，实现了从末梢到节点、从节点到分支、从分支到根的逐
层分数递推；使得末梢和节点的分数相互支持、节点和分支的分数相互支持、分支和根的分数相互支持；组合以后，取得了全面性安全评分的新的效果，相比组合以前的单项评分效果要准确得多、优越得多，具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
[0031]
图1为本发明智慧施工安全控制系统三层架构图；
[0032]
图2为本发明施工安全数据智能评价层结构图；
[0033]
图3为本发明全面性安全目标设定示意图；
[0034]
图4为本发明加权求和打分模块结构示意图；
[0035]
图5
‑
1为本发明盾构机掘进速度函数构型；
[0036]
图5
‑
2为本发明盾构机土仓压力函数构型；
[0037]
图5
‑
3为本发明盾构机掘进姿态函数构型；
[0038]
图5
‑
4为本发明盾构机出渣量函数构型；
[0039]
图6为本发明施工安全数据采集层结构图；
[0040]
图7为本发明施工安全数据应用层结构图。
具体实施方式
[0041]
本发明设计原理
[0042]
本发明即针对智慧工地平台的各项监控监测数据进行深层次的整合分析，将专家实践经验转化为计算机可以识别的评价标准体系，并形成可落地应用的智慧工程安全控制系统。创新性主要表现在以下两个方面：
[0043]
1、采用归一化技术解决安全评分的多元异构问题。现有技术之所以只能单项监测和预警、而不能将人员、设备、环境、管理等施工安全管理的核心要素组合起来进行监测和预警，是因为人员、设备、环境、管理，它们各自的量刚不同，无法将它们统一起来，本发明采用归一化方法，分为二步，第一步，将人员、设备、环境、管理的不同量纲的数据统一用经验离散点表示，通过经验离散点的方式把不同量纲的数据统一到经验离散点这同一种量纲形式下；第二步，将专家经验转化为数学公式。针对获取的各项监控数据，专家调查给出的经验离散点仅仅是个别点的评分数值，具有离散性，不利于计算机直接使用，必须通过数学方法将离散型的专家调研结果转化为连续性的数学函数。本发明主要采用了最小二乘拟合法，其过程为
①
整合专家打分结果并绘制散点图、
②
根据散点图构型选取合适的拟合函数、
③
例用数学工具进行拟合获取函数系数、
④
加权求和&数据测试与检验。
[0044]
2、采用基于工点评分的树状结构解决总体量化评价问题。本发明采用加权求和的方法，从末梢到根部，逐层递推分数，取得了组合以后新的效果：从末梢递推到节点、该节点的分数采用加权求和方法；从节点递推到分支，该分支的分数采用加权求和方法；从分支递推到根，该根的分数采用加权求和的方法；末梢和节点相互支持、节点和分支相互支持、分支和根相互支持；所述的“根”就是该施工单位的智慧施工安全总分数；所述的分支就是人员管控、作业环境、机械设备、安全管理四个分支；所述节点就是人员管控分支的二个节点、作业环境分支的二个节点、机械设备分支的五个节点、安全管理分支的一个节点，对于没有末梢的节点，该节点就是上一层分支的末梢。本发明将加权求和技术用于树状结构的逐层
递推打分，解决了目前的平台对工地总体安全状态没有量化的评价标准与方法的问题。
[0045]
基于以上发明原理，本发明设计了一种智慧施工安全控制系统，
[0046]
一种智慧施工安全控制系统如图1所示，该控制系统包括施工安全数据采集层、施工安全数据智慧评价层、施工安全数据应用层；所述施工安全数据采集层通过传感器或者计算机终端将采集的数据上传给施工安全数据智慧评价层；所述施工安全数据智慧评价层将智慧评价结果传输给施工安全数据应用层；所述施工安全数据应用层将施工安全数据智慧评价层的打分结果通过计算机终端发送给各级管理者；各级管理者根据评分结果进行施工安全的相关改进，并将施工安全的相关改进结果通过施工安全数据采集层的传感器或者计算机终端将采集的数据再次上传给施工安全数据智慧评价层，由此形成闭环反馈；
[0047]
所述的施工安全数据智慧评价层如图2所示，包括全面性安全目标设定模块、经验离散点转换成目标函数模块、加权求和打分模块、安全报警模块；所述的全面性安全目标设定模块用于将人、机、环、管四个方面作为一个整体进行安全智慧评价；所述经验离散点转换成目标函数模块用于将人、机、环、管分别的专家经验离散点转换成连续函数，从而将人、机、环、管的多元异构数据统一到同一个量纲下；所述的加权求和打分模块将人、机、环、管通过加权求和的方法实现树状结构逐层递推的整体上的安全打分；
[0048]
所述全面性安全目标设定模块，如图3所示，包括将人、机、环、管四个方面分为多级、多分枝、多节点进行管理；所述多级，包括第一级、第二级、第三级；所述多分支，就是第一级里面又划分人员管控、作业环境、机械设备、安全管理四个分支；所述多节点，就是第二级里面又细分为多个节点，每个节点作为下一级子节点的父节点，包括：人员管控分支的基础项节点、不安全行为节点；作业环境分支的环境监测节点、火灾节点；机械设备分支的挖掘机、电瓶车、盾构机、桥式起重机、塔式起重机、渣土车节点；安全管理分支的信息处理节点。
[0049]
所述经验离散点转换成目标函数模块如图3所示，分别包括人员管控、作业环境、机械设备、安全管理四个方面的经验离散点拟合函数；所述人员管控方面的经验离散点拟合函数，分别包括连续作业、教育培训、隐患关联得分、基础项、不安全行为的经验离散点拟合函数模块；所述作业环境方面的的经验离散点拟合函数，分别包括环境监测、工程监测、火灾监测的经验离散点拟合函数模块；所述机械设备方面的经验离散点拟合函数，分别包括挖掘机、电瓶车、盾构机、桥式/塔式起重机、渣土车的经验离散点拟合函数模块；所述安全管理方面的经验离散点拟合函数，分别包括登录频次、管理人员比例、信息处理、单位隐患经验离散点拟合函数。
[0050]
如图3所示，所述的基础项节点的经验离散点拟合函数分别包括工龄、年龄、文化程度、工种危险性、证件有效性的经验离散点拟合函数；所述不安全行为节点的经验离散点拟合函数分别包括安全帽、反光衣、吸烟、危险区停留、准入区停留的经验离散点拟合函数；所述环境监测的经验离散点拟合函数分别包括风速、粉尘、有害气体、温度、湿度、噪音的经验离散点拟合函数；所述火灾的经验离散点拟合函数分别包括电气火灾、烟感、消防检查的经验离散点拟合函数；所述挖掘机的经验离散点拟合函数分别包括维修保养、出厂时间的经验离散点拟合函数；所述电瓶车的经验离散点拟合函数分别包括超速、溜车的经验离散点拟合函数；所述盾构机的经验离散点拟合函数分别包括掘进速度、土仓压力、掘进姿态、出渣量的经验离散点拟合函数；所述桥式起重机的经验离散点拟合函数包括非司机操作、
危险操作、维修保养的经验离散点拟合函数；所述信息处理的经验离散点拟合函数分别包括响应及时性、闭环管理的经验离散点拟合函数。
[0051]
所述加权求和打分模块，如图4所示，包括同层权重计算模块、拟合函数分值模块、工点评分计算模块；所述同层权重计算包括对同级同类子节点的权重计算、对同级同类节点的权重计算、对同级同类分支的权重计算；所述同级同类就是在同一个级上具有同一个父项的各个子节点、或者各个节点、或者各个分支；所述拟合函数分值计算包括对同级同类子节点的拟合函数计算、对同级同类节点的拟合函数计算、对同级同类分支的拟合函数计算；所述工点评分计算包括对同级同类子节点的加权求和、对同级同类节点的加权求和、对同级同类分支的加权求和。
[0052]
所述同层权重计算公式为：
[0053][0054]
公式6
‑
1等价于以下几个公式
[0055][0056][0057]
…
[0058][0059]
所述工点评分计算公式为
[0060]
g＝q
i
y
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6
‑
2)
[0061]
公式6
‑
2等价于这个公式
[0062]
g＝q1y1 q2y2
…
q
n
y
n
[0063]
y1、y2、yn对应同级同类子节点、节点、分支的拟合函数分值；
[0064]
所述施工安全数据采集层，如图6所示，包括人员管控数据采集、作业环境数据采集、机械设备数据采集、安全管理数据采集；所述人员管控数据采集包括通过计算机终端输入采集的连续作业时间、教育培训得分、隐患关联得分、基础项数据、不安全行为数据；所述作业环境数据采集包括通过传感器采集风速、粉尘、有害气体、温度、湿度、噪音数据、工程检测、火灾信息；所述机械设备数据采集包括通过传感器和计算机终端输入采集的挖掘机维修保养和出厂时间信息，电瓶车超速和溜车信息，盾构机的掘进速度、土舱压力、掘进姿态、出渣量信息，桥式/塔式起重机的非司机操作、危险操作、维修保养信息；所述的安全管理数据采集包括登录频次、管理人员比例、信息处理响应及时性和闭环管理性信息、已经单位隐患信息。
[0065]
所述施工安全数据智慧评价层的打分结果，如图7所示，包括人员管控评价打分结果、作业环境评价打分结果、机械设备评价打分结果、安全管理评价打分结果发送给各级管理者；所述人员管控评价打分结果包括连续作业时间、教育培训、隐患关联、基础项、不安全行为的安全打分；所述作业环境评价打分结果包括环境监测、工程监测、火灾的安全打分；
所述机械设备评价打分结果包括挖掘机、电瓶车、盾构机、桥式起重机、塔式起重机、渣土车的安全打分；所述安全管理评价打分结果包括登录频次、管理人员比例、信息处理、单位隐患的安全打分。
[0066]
实施例一：盾构机的工点评分
[0067]
1)分别计算盾构机的掘进速度、土仓压力、掘进姿态、出渣量的经验离散点拟合函数
[0068]
掘进速度
[0069]
以掘进速度和容许速度的比值计算，y值计算如下：
[0070][0071]
其中，y0＝107.01412；a＝
‑
6.96685；t＝
‑
0.50877。
[0072]
x计算如下：
[0073]
1)其中，v表示掘进速度(mm/min)，vs表示容许最大掘进速度(mm/min)。
[0074]
2)函数构型如图5
‑1[0075]
土仓压力
[0076]
以平均土压力(8个方位土压平均，单位bar)与水平地应力的比值计算，y值计算如下：
[0077]
y2＝ax2 bx c
[0078]
其中，a＝
‑
390.20979；b＝785.32867；c＝
‑
297.91608。
[0079]
x可粗略估计如下：
[0080][0081]
其中，表示平均土压力(bar)，h表示盾构轴线埋深(m)。
[0082]
函数构型如图5
‑
2所示；
[0083]
掘进姿态
[0084]
以盾构前端姿态偏差和容许偏差的比值计算，y值计算如下：
[0085][0086]
其中，y0＝107.82225；a＝
‑
7.90273；t＝
‑
0.55547。
[0087]
x取值如下：
[0088][0089]
u＝u 5u
t
[0090]
v＝v 5v
t
[0091]
其中，u、v分别表示前端水平偏差和垂直偏差(mm)；ut、vt分别表示水平趋势和垂直趋势(mm/m)。
[0092]
函数构型5
‑
3所示；
[0093]
出渣量
[0094]
以实际出渣量和理论出渣量的比值计算，y值计算如下：
[0095]
y4＝ax2 bx c
[0096]
其中，a＝
‑
588.09524；b＝1176.19048；c＝
‑
488.66667。
[0097]
x可粗略估计如下：
[0098][0099]
其中，v表示实际出渣量(m3)，l表示对应的掘进长度(m)。
[0100]
函数构型如图5
‑
4所示；
[0101]
2)分别计算盾构机的掘进速度、土仓压力、掘进姿态、出渣量的权值
[0102]
如图3所示，掘进速度、土仓压力、掘进姿态、出渣量的权值分别为5、9、3、6；掘进速度的权值q1＝5/23；土仓压力出渣量的权值权值q2＝9/23；掘进姿态出渣量的权值权值q3＝3/23；出渣量的权值q4＝6/23；
[0103]
3)盾构机的工点评分计算
[0104]
g＝q1y
1 q
2 y
2 q
3 y
3 q
4 y4[0105]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。